电机定子绕组切换装置的制作方法

本实用新型涉及油田采油技术领域，特别涉及一种电机定子绕组切换装置。

背景技术：

游梁式抽油机是石油开采中应用最普遍的机械装置。游梁式抽油机启动时要求电机具有足够大的扭矩，当游梁式抽油机正常运转时，电机的扭矩远小于游梁式抽油机启动时的电机的扭矩，这样导致了“大马拉小车”的问题，降低了电机的效率和功率因数，浪费了电能，并对电网质量产生了一定的影响。为了克服上述问题，需要对电机定子绕组进行切换，以调整电机的工作状态。

现有技术中有一种电机定子绕组切换装置，该装置主要包括切换模块和电机定子绕组，该电机定子绕组采用Y-△接法，该切换模块控制电机定子绕组在Y接法与△接法之间切换，使电机在两个功率档之间进行转换。这两个功率档的比值为此外，△接法指的是将各相电源或负载依次首位相连，并将每个相连的点引出，作为三相电的三个相线；Y接法指的是将各相电源或负载的一端都接在一点上，各相电源或负载的另一端作为引出线，这些引出线分别为三相电的三个相线。

由于上述装置是按照Y-△接法来切换电机定子绕组，所以结构较复杂，且转换的两个功率档的比值为一个固定数值，所以无法实时检测电机作用于机械负载(即整个游梁式抽油机的负载)的输出功率，因而无法保证电机处于最佳工作状态，可靠性较差。

技术实现要素：

为了解决现有技术中电机定子绕组切换装置结构较复杂，可靠性较差的问题，本实用新型提供了一种电机定子绕组切换装置。所述技术方案如下：

提供了一种电机定子绕组切换装置，所述装置包括：检测模块、控制模块和电机定子绕组，

所述检测模块的输入端通过机械负载与电机连接，所述检测模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述检测模块用于检测所述电机作用于所述机械负载的输出功率，并将指示所述输出功率的控制信号发送至所述控制模块；

所述电机定子绕组的一端与所述控制模块的输出端连接，另一端与所述电机连接，所述控制模块用于根据所述输出功率改变所述电机定子绕组的接线方式，以使所述电机作用于所述机械负载的输出功率改变。

可选的，所述电机定子绕组包括：一次定子绕组、二次定子绕组和三次定子绕组，

所述一次定子绕组的匝数N₁、所述二次定子绕组的匝数N₂和所述三次定子绕组的匝数N₃之间的关系为：

$N_1:N_2:N_3=\sqrt{P_3}:\sqrt{P_2}:\sqrt{P_1},$

其中，所述P₁为所述一次定子绕组的功率，所述P₂为所述二次定子绕组的功率，所述P₃为所述三次定子绕组的功率。

所述接线方式包括：第一方式和第二方式，在所述电机定子绕组的接线方式为所述第一方式时，所述电机作用于所述机械负载的输出功率为第一功率，在所述电机定子绕组的接线方式为所述第二方式时，所述电机作用于所述机械负载的输出功率为第二功率，

所述第一方式的电机定子绕组的匝数小于所述第二方式的电机定子绕组的匝数，所述第一功率大于所述第二功率。

可选的，所述第一方式为：

所述一次定子绕组的A相线圈的尾部与所述二次定子绕组的A相线圈的首部连接，

所述一次定子绕组的B相线圈的尾部与所述二次定子绕组的B相线圈的首部连接，

所述一次定子绕组的C相线圈的尾部与所述二次定子绕组的C相线圈的首部连接。

可选的，所述第二方式为：

所述一次定子绕组的A相线圈的尾部与所述二次定子绕组的A相线圈的首部连接，所述二次定子绕组的A相线圈的尾部与所述三次定子绕组的A相线圈的首部连接，

所述一次定子绕组的B相线圈的尾部与所述二次定子绕组的B相线圈的首部连接，所述二次定子绕组的B相线圈的尾部与所述三次定子绕组的B相线圈的首部连接，

所述一次定子绕组的C相线圈的尾部与所述二次定子绕组的C相线圈的首部连接，所述二次定子绕组的C相线圈的尾部与所述三次定子绕组的C相线圈的首部连接。

可选的，所述N₂大于所述N₁，且小于所述N₃。

可选的，所述P₂小于所述P₁，且大于所述P₃。

本实用新型提供了一种电机定子绕组切换装置，由于该装置的检测模块能够实时检测电机作用于机械负载的输出功率，并将指示输出功率的控制信号发送至控制模块，控制模块能够根据输出功率改变电机定子绕组的接线方式，相较于现有技术，简化了电机定子绕组切换装置的结构，提高了切换绕组的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1是本实用新型实施例提供的一种电机定子绕组切换装置的结构示意图；

图1-2是本实用新型实施例提供的一种电机定子绕组的结构示意图；

图1-3是本实用新型实施例提供的一种三个功率档位的示意图。

通过上述附图，已示出本实用新型明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种电机定子绕组切换装置10，如图1-1所示，该装置包括：检测模块100、控制模块200和电机定子绕组300。

检测模块100的输入端通过机械负载400与电机500连接，检测模块100的输出端与控制模块200的输入端连接，检测模块100用于检测电机500作用于机械负载400的输出功率，并将指示输出功率的控制信号发送至控制模块200。

电机定子绕组300的一端与控制模块200的输出端连接，另一端与电机500连接。控制模块200用于根据输出功率改变电机定子绕组300的接线方式，以使电机500作用于机械负载400的输出功率改变。

综上所述，本实用新型实施例提供的电机定子绕组切换装置，由于该装置的检测模块能够实时检测电机作用于机械负载的输出功率，并将指示输出功率的控制信号发送至控制模块，控制模块能够根据输出功率改变电机定子绕组的接线方式，相较于现有技术，简化了电机定子绕组切换装置的结构，提高了切换绕组的可靠性。

进一步的，如图1-2所示，电机定子绕组300包括：一次定子绕组310、二次定子绕组320和三次定子绕组330。

其中，一次定子绕组310的匝数N₁、二次定子绕组320的匝数N₂和三次定子绕组330的匝数N₃之间的关系为：

$N_1:N_2:N_3=\sqrt{P_3}:\sqrt{P_2}:\sqrt{P_1},$

其中，P₁为一次定子绕组310的功率，P₂为二次定子绕组320的功率，P₃为三次定子绕组330的功率。N₂大于N₁，且小于N₃。P₂小于P₁，且大于P₃。

示例的，N₁等于30；N₂等于47；N₃等于59。

具体的，电机定子绕组的接线方式包括：第一方式和第二方式，在电机定子绕组的接线方式为第一方式时，电机作用于机械负载的输出功率为第一功率，在电机定子绕组的接线方式为第二方式时，电机作用于机械负载的输出功率为第二功率。第一方式的电机定子绕组的匝数小于第二方式的电机定子绕组的匝数，第一功率大于第二功率。

为了使电机作用于机械负载的输出功率不同，第一方式为：一次定子绕组的A相线圈的尾部与二次定子绕组的A相线圈的首部连接。一次定子绕组的B 相线圈的尾部与二次定子绕组的B相线圈的首部连接。一次定子绕组的C相线圈的尾部与二次定子绕组的C相线圈的首部连接。

进一步的，第二方式为：一次定子绕组的A相线圈的尾部与二次定子绕组的A相线圈的首部连接，二次定子绕组的A相线圈的尾部与三次定子绕组的A相线圈的首部连接。一次定子绕组的B相线圈的尾部与二次定子绕组的B相线圈的首部连接，二次定子绕组的B相线圈的尾部与三次定子绕组的B相线圈的首部连接。一次定子绕组的C相线圈的尾部与二次定子绕组的C相线圈的首部连接，二次定子绕组的C相线圈的尾部与三次定子绕组的C相线圈的首部连接。

此外，也可以单独使用一次定子绕组，此时，电机作用于机械负载的输出功率为最大功率。

一次定子绕组、二次定子绕组和三次定子绕组，可以按照电机三相绕组布置方式布置在电机定子槽内，并执行相应的三相标识过程。

具体的，如图1-3所示，一次定子绕组的三相标识过程为：将A相线圈的首部标识为U2，将A相线圈的尾部标识为U4，将B相线圈的首部标识为V2，将B相线圈的尾部标识为V4，将C相线圈的首部标识为W2，将C相线圈的尾部标识为W4。

二次定子绕组的三相标识过程为：将A相线圈的首部标识为U4(即一次定子绕组的A相线圈的尾部与二次定子绕组的A相线圈的首部连接)，将A相线圈的尾部标识为U3，将B相线圈的首部标识为V4(即一次定子绕组的B相线圈的尾部与二次定子绕组的B相线圈的首部连接)，将B相线圈的尾部标识为V3，将C相线圈的首部标识为W4(即一次定子绕组的C相线圈的尾部与二次定子绕组的C相线圈的首部连接)，将C相线圈的尾部标识为W3。

三次定子绕组的三相标识过程为：将A相线圈的首部标识为U3(即二次定子绕组的A相线圈的尾部与三次定子绕组的A相线圈的首部连接)，将A相线圈的尾部标识为U1，将B相线圈的首部标识为V3(即二次定子绕组的B相线圈的尾部与三次定子绕组的B相线圈的首部连接)，将B相线圈的尾部标识为V1，将C相线圈的首部标识为W3(即二次定子绕组的C相线圈的尾部与三次定子绕组的C相线圈的首部连接)，将C相线圈的尾部标识为W1。这样一来，引出12个接线端子。采用该种引线方式，如图1-3所示，电机的功率档位被设置为高功率档位、中功率档位和低功率档位三个功率档位。如图1-1所示，控制 模块200能够根据控制信号改变电机定子绕组300的接线方式，使得电机作用于机械负载400的输出功率可以为高功率档位、中功率档位和低功率档位中的任一功率档位，达到了适应相应的负载功率的效果。

本实施例以电机常用极数为6，槽数为36的单层链式，节距为5槽的电机为例进行说明，先根据计算得到三个功率档位的绕组对应的匝数：N₁，N₂和N₃，其中，N₁+N₂+N₃的值恰好能嵌满电机槽，一次定子绕组、二次定子绕组和三次定子绕组中每一次定子绕组为18组(A相线圈、B相线圈和C相线圈各6组)，18组中每组为一圈，一共18圈。采用本实用新型实施例提供的电机定子绕组切换装置，可以绕制30匝的A相线圈，17匝的B相线圈，12匝的C相线圈；再按照36槽单层链式，节距为5槽的嵌法将A相线圈嵌入定子绕组槽内，同时执行相应的三相标识过程；再按照A相线圈在定子绕组槽内的位置，按照36槽单层链式，节距为5槽的嵌法将B相线圈嵌入定子绕组槽内，同时执行相应的三相标识过程；最后按照A相线圈在定子绕组槽内的位置，按照36槽单层链式，节距为5槽的嵌法将C相线圈嵌入定子绕组槽内，同时执行相应的三相标识过程，最终使得电机作用于机械负载的输出功率可以为高功率、中功率和低功率中的任一功率。

需要补充说明的是，在游梁式抽油机等变负载场合，由于启动惯量大，只有装备容量较大的电机才能正常启动，而游梁式抽油机在正常工作时所需电机的容量又较小，且变化较大。由于电机为感性负载(即带有电感参数的负载)，当负载率(即实际容量与额定容量的比值)很低时，其工作效率和功率因数(即有功功率与视在功率的比值)也很低，导致整个配电网和电机处于低效率运行状态，而且，当功率因数过低时，会使配电网网损增大，严重影响了供电电压质量。现有技术中主要是采用Y-△接法切换电机绕组，具体的，采用△接法启动，采用Y接法运行，由于Y接法的电机额定功率只有原额定功率的三分之一，再加上抽油机的负荷变化较为剧烈，使得电机按Y接法运行时过载现象较为严重，容易烧毁电机，严重影响了油田的安全生产。虽然，Y-△接法相对于变频调速来说，现场操作方便，成本较低，在电机再制造等场合具有一定的可用性，但其存在微调匝数不灵活，受并联支路数的影响，且Y接法的部分电流比原电流大等缺陷。随着变负荷场合越来越多，现有的通过改变Y-△接法来切换电机绕组的电机定子绕组切换装置已无法满足实际生产需求，为了有效提高电机在 整个运行过程中的效率和功率因数，提高电机的整体性能，开发新的三功率绕组切换技术及装置具有较大的工程实用价值。

本实用新型实施例提供的电机定子绕组切换装置，可以适应抽油机的变负载工况，具有绕组的匝数微调灵活，不受并联支路数的影响，及电流分配均匀等优点，该装置融合了变负载工况与混合绕组输出功率技术，减少了系统设备容量，降低了使用环境对电机能效的影响。该装置能够使电机保持高效率和高功率因数运行，提高电机的整体性能，提高机械采油系统效率，节约能源。将该装置应用于某抽油机，通过现场监测，得到应用该装置后，平均有功节电率达16.49％，无功节电率达58.73％，综合节电率达28.70％，平均年节电量2454kW·h(千瓦·时)。

综上所述，本实用新型实施例提供的电机定子绕组切换装置，由于该装置的检测模块能够实时检测电机作用于机械负载的输出功率，并将指示输出功率的控制信号发送至控制模块，控制模块能够根据输出功率改变电机定子绕组的接线方式，相较于现有技术，简化了电机定子绕组切换装置的结构，提高了切换绕组的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。