專利名稱：抽油機用三相交流電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種抽油機用三相交流電動機。
我國引進的美國石油協(xié)會的各種抽油機，基配套動力是一種超高滑差式電動機，采用了NEMA標準設(shè)計D制造，起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小。并且定子繞組引出9根出線，改變引出線接線方式，電動機可作高轉(zhuǎn)矩、中高轉(zhuǎn)矩、中低轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)矩四種運行。其主要特點是轉(zhuǎn)差率高，機械特性軟而起動轉(zhuǎn)矩大，體積小，可轉(zhuǎn)換接法而節(jié)能?！吨行⌒碗姍C》1985第1期P27-29載文“超高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機工作特性及節(jié)能效果的分析”一文，對該YCCH型電機作了典型的敘述。但由于該電機轉(zhuǎn)子損耗大、效率低(只60％)、溫升高的弊端，及轉(zhuǎn)子鑄鋁工藝復(fù)雜、成本造價居高不下，使用也不太可靠，故未廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)我國油田普遍應(yīng)用的仍是YCY、Y系列電動機，基本按ZBK22007-88《Y系列(IP44)三相異步電動機技術(shù)條件》設(shè)計制造。按抽油機起動轉(zhuǎn)矩選擇電動機額定功率，起動和使用可靠，電機售價也低于YCCH電機，但只一種△接法而不能轉(zhuǎn)換，性能一般，運行時效率和功率因數(shù)極低，大馬拉小車，電機本身耗能較多。
本實用新型的目的是提供一種抽油機專用電動機。該電動機主要特征為(1)起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，能順利起動抽油機；(2)在抽油運行中，電機效率和功率因數(shù)仍保持較高標準值，而高于現(xiàn)用電動機。甚至隨油井油質(zhì)不同而能分檔運行，電機運行進入最佳節(jié)能狀態(tài)；(3)工作可靠，或兼縮小體積、減輕重量。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是(1)定子繞組是將普通60°相帶的與每極每相槽數(shù)q(＝Z1/3P，Z1為定子槽數(shù)，p為磁極數(shù))相等的q個線圈，按既定要求分為三角(△)形部分q△個和星(Y)形部分q，個兩類匝數(shù)及線徑不同的線圈。當(dāng)q＝偶數(shù)時，q△＝qy＝q/2；當(dāng)q＝奇數(shù)時，一般可制成q△＝(q+1)/2，qy＝(q-1)/2。同相繞組的Y部分順相序落后于△部分30°空間電角度嵌放。當(dāng)并聯(lián)路數(shù)相等時，△部分與Y部分每個線圈的匝數(shù)比為
倍。(2)每相繞組可引出首、中、末3個出線端，其中首端接Y類繞組、末端接△類繞組、而中端恰接在Y與△兩類繞組的連接處，整臺電機可引出9個出線端，以便在外部轉(zhuǎn)換三相三角(△)形、星-三角(Y-△)串聯(lián)形、星(Y)形三種接線方式，制成可調(diào)(功率)式電機分檔運行；也可在內(nèi)部接成Y-△低諧波基本繞組一種固定連接，僅引出3個(首端)出線端，制成不可調(diào)(功率)式電機。(3)轉(zhuǎn)子采用雙籠或異形槽，以進一步增加堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，降低堵轉(zhuǎn)電流。
現(xiàn)以實施例可調(diào)式電機YWCT280M2-8,55/45/30KW及不可調(diào)式電機YWC280M1-8,55KW為例，結(jié)合F列附圖對實現(xiàn)本實用新型的最好方式作詳細闡述。
附圖的簡要說明

圖1是72槽8極可調(diào)式電機繞組展開圖。
圖2是72槽8極不可調(diào)式電機繞組展開圖。
圖3是可調(diào)式電機繞組分相與線端標志圖。
圖4是不可調(diào)式電機出線端標志圖。
圖5是可調(diào)式電機高轉(zhuǎn)矩檔三角(△)形接線圖。
圖6是可調(diào)式電機中高轉(zhuǎn)矩檔星-三角(Y-△)串聯(lián)形接線圖。
圖7是可調(diào)式電機低轉(zhuǎn)矩檔星(Y)形接線圖。
圖8是可調(diào)式電機分檔轉(zhuǎn)換電氣控制原理圖。
一、電磁設(shè)計方案及關(guān)鍵工藝1.電磁設(shè)計和成型線圈制造。本實用新型的設(shè)計方案，是在現(xiàn)有三相異步電動機的基礎(chǔ)上，僅對其定子繞組結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)子槽形改進而實現(xiàn)的?，F(xiàn)有Y系列電機的定子繞組普遍采用60°相帶繞組。繞組的基波系數(shù)由于相帶分布較廣而較低，而高次諧波的存在使得雜散損耗大而影響電機起動性能和效率的提高。而據(jù)本實用新型的技術(shù)方案，則應(yīng)將此現(xiàn)有定子繞組60°相帶的q個線圈，分成qy、q△個兩部分30°相帶線圈，本實用新型實施樣機定子槽數(shù)Z1＝72槽，磁極數(shù)P＝8極，據(jù)公式計算q＝3，qy＝1，q△＝2。進而按電機電磁設(shè)計程序其他通用公式計算出線圈匝數(shù)等全部技術(shù)數(shù)據(jù)。
對于YWCT系列可調(diào)式電動機，基于上述Y-△繞組，9個出線端，構(gòu)成的基本繞組型式，應(yīng)具有低諧波繞組磁勢，同時又增大基波繞組系數(shù)。并且，可在同一電源電壓下轉(zhuǎn)換Y-△、△、Y三種接法，這樣，電機隨之具有三種額定功率和相應(yīng)的電磁特性。應(yīng)對三種接法分別設(shè)計計算，并進行多方案對比選優(yōu)。三檔功率電磁方案表明，轉(zhuǎn)差率Y接最高，Y-△接次之，△接一般為最低。
對于YWC系列不可調(diào)式電動機，基本繞組仍為Y-△繞組，且僅此一種接法，3根出線，轉(zhuǎn)差率也較高。設(shè)計計算只考慮一種額定功率，毋須考慮Y、△接法另兩種功率及性能，所以可簡化設(shè)計。而且高效率繞組優(yōu)勢能充分顯示。與同容量Y系列電機相比較，可節(jié)省較多的銅、鐵材料。即體積小，重量輕。
根據(jù)設(shè)計計算出的△、Y兩部分繞組匝數(shù)、線規(guī)、線圈數(shù)，分別繞制兩類成型線圈。以下我們把Y部分線圈稱I類線圈，△部分為II類線圈。
2、線組嵌入排列。如圖1、圖2所示，圖中阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3、…代表鐵蕊槽號和線圈號。編號原則是線圈和線圈的上層邊所在的槽編為同一號碼，實、虛線分別代表雙層繞組的上、下層邊。圖1中線圈節(jié)距為1-9。圖2中線圈節(jié)距為1-10。相鄰線圈連線及極相組間的過橋線都繪在繞組端部一側(cè)。如此構(gòu)成三相迭繞組。圖1中U1、V1……W3等分別代表9個出線端標志。圖2中U1、V1、W1表示3個出線端標志。
本實用新型的基本型式為30°相帶星-三角混合繞組。圖1有9個線端，是可調(diào)式電機。通過外部9根引出線可轉(zhuǎn)換Y-△、△、Y三種接法。圖2僅有3個線端，是不可調(diào)式電機，已在內(nèi)部結(jié)成Y-△一種接法，不可轉(zhuǎn)換成△或Y接法。
總之，繞組是一種基本的30°相帶Y-△繞組。在繞組排列上，應(yīng)把同相繞組的Y部分順相序落后于△部分30°空間電角度嵌入。在圖1、圖2中，定子旋轉(zhuǎn)磁場方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向逆槽號1、2、3…72方向旋轉(zhuǎn)，以U相繞組為例，Y部分1號線圈是滯后于△部分2、3號線圈30°電角度嵌入的。
圖1、圖2中，qY＝1的單個線圈如1、4、7…為I類線圈，而q△＝2的雙連線圈，如2、3，5、6，7、8…為II類線圈。
繞組連接的變換，主要是下述端部連接線的作用。
3、繞組端部結(jié)構(gòu)。從圖1、圖2的繞組展開圖看出，繁復(fù)的每槽繞組實質(zhì)為I類1號線圈順4、7…類槽號的重復(fù)及II類2、3號線圈順5、6，8、9…類槽號的重復(fù)。嵌線時，如圖從第1號槽起，1號槽嵌I類線圈1個，2、3號槽嵌II類線圈2個，往下依次按I類1個，II類2個嵌完。在線圈兩端都墊入相間絕緣?？梢姡毒€同于普通電機工藝。其結(jié)構(gòu)的特征在于分I、II兩類線圈和各線圈之間的接線及端部結(jié)構(gòu)不同?，F(xiàn)在q分為q△和qY兩個極相組，端部相間絕緣也增多1倍。
二、本實用新型分檔轉(zhuǎn)換原理圖1為可調(diào)式電機9出線線端標志及分相，說明如下表1表1是可調(diào)式電動機分相及出線端標志
由于每相繞組按I、II類線圈排列分成兩半，通過每相首、末中端，三相共9根引出線，以便在外部將三相繞組接成三種方式。下面以電磁轉(zhuǎn)距為標志說明本實用新型中分檔轉(zhuǎn)換原理。
1、高轉(zhuǎn)距如附圖5。把一相尾端與鄰相首端相連成一點(U2V1、V2W1、W2U1)，繞組接成△形連接。中端U3、V3、W3空著不接。三角形繞組頂點接入三相電源?！鹘酉嚯妷旱扔诰€電壓，電磁轉(zhuǎn)矩與相電壓的平方成正比地高。這種狀態(tài)電動機輸出為高轉(zhuǎn)矩，額定功率最大。此檔用于抽油機起動。
2、中高轉(zhuǎn)矩。如附圖6，把一相繞組末端與鄰相繞組的中端相連(U2V3、V2W3、W2U3)，每相繞組首端分別接三相電源，這時三相繞組接成Y-△形，繞組連成30°相帶星-三角混合繞組。眾所周知，這時電機電磁參數(shù)分布為最佳狀態(tài)，I、II類線圈中的基波磁勢算術(shù)相加，比普通電機基波繞組系數(shù)增大3.5％，同時5、7次諧波磁勢互相抵消，不可調(diào)式電機就結(jié)成該Y-△繞組狀態(tài)，發(fā)揮此優(yōu)勢，提高出力，降低損耗，改善性能。對可調(diào)式電機，由于繞組此接法的相電壓比△接降低一些，使電磁轉(zhuǎn)矩與相電壓平方成正比地隨之下降，為中高轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，電動機的額定功率下降至△接的80％。但足以拖動抽油機抽油。
3、低轉(zhuǎn)矩。如附圖7，把三相繞組末端連成一點(U2V2W2)，各相繞組中端U3、V3、W3空著不接，首端U1、Y1、W1分別接三項電源，則構(gòu)成三相Y接繞組。這時繞組相電壓為線電壓的1/3，故電磁轉(zhuǎn)矩下降至△接的1/3，電動機運行在低能轉(zhuǎn)矩狀態(tài)。輸出額定功率為最大容量的55％，對于油層淺，油質(zhì)好的狀況足以帶動抽油機抽油。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、可調(diào)式電機與抽油機工況匹配高轉(zhuǎn)矩順利起動，中高轉(zhuǎn)矩或低轉(zhuǎn)矩高效率節(jié)能運行，避免了Y系列電動機大馬拉小車及YCCH電動機轉(zhuǎn)子損耗大，效率低的弊端，效率提高20％，功率因數(shù)提高10％。
2、不可調(diào)式電機發(fā)揮新型繞組優(yōu)勢，制成高出力，低損耗高效率電機，體積重量比Y系列電機小。
3、提高了運行可靠性。電機運行時轉(zhuǎn)子滑差較Y系列電機大，可減少抽油桿的沖擊。與YCCH電機比較，轉(zhuǎn)子溫升低得多，提高電機絕緣耐熱壽命。
4、電機在低諧波繞組狀態(tài)長期運行，故電磁噪聲比Y、YCCH型電機都小5分貝左右。
5、I、II兩類繞組結(jié)構(gòu)僅繞線與接線較復(fù)雜，嵌線與普通雙迭繞組電機一樣，結(jié)構(gòu)件與普通電機絕大部分通用，上新產(chǎn)品快。
下面是本實用新型的實施例最近按上述構(gòu)思研制成功YWCT280M2-8兼有55/45/30KW三檔可調(diào)式功率電機及YWC280M1-8，55KW高出力電機，為抽油機用電動機樣機。經(jīng)型式試驗證明，起動轉(zhuǎn)矩性能達到美國NEMA標準設(shè)計C的要求，其他各項性能優(yōu)于ZBK22 007-88的要求，見表2。達到要求高轉(zhuǎn)矩起動，運行又節(jié)能的抽油機用電動機的要求。
表2是抽油機用電動機各項性能數(shù)據(jù)匯總表。
必須指出，YWCT電機節(jié)能主要措施在于隨負載變化，換檔轉(zhuǎn)換，表3列出YWCT280M2-8 55/45/30KW空載損耗與鐵耗試驗數(shù)據(jù)。
表3是可調(diào)式電機三檔次空載損耗與鐵耗試驗值
從表3看出，將電機自動轉(zhuǎn)換到45KW檔，足以拖動抽油機運行，光空載損耗就可節(jié)約(1464-1002)×24＝11.088KWH/天，按每年運轉(zhuǎn)300天計，一年可以節(jié)電4000KWH，一臺電機年節(jié)約電費4000元(按每千瓦時電費1元計)。
YWC高出力、高效率電機主要特點是縮小鐵芯體積，表4列出兩臺YWC280M1-8與Y280M2-8電機 銅、硅鋼片重比較數(shù)據(jù)。
表4是不可調(diào)式電機與同容量55KW、Y系列電機銅硅鋼片重比較表
從表4可見，在相同功率下，YWC每臺可節(jié)銅2.9Kg，硅鋼片85.23Kg，而且使用性能更優(yōu)。
圖8示可調(diào)式電機分檔轉(zhuǎn)換電氣控制原理圖。接上電源，按下起動按鈕SB2，接觸器1KM、2KM主觸頭閉合，電動機M在高轉(zhuǎn)矩檔起動并運行穩(wěn)定后，延時繼電器K1自動動作，K1常閉觸頭開，2KM斷電，2KM主觸頭開，K1常開觸頭閉，接觸器3KM得電，3KM主觸頭閉，電動機轉(zhuǎn)入中高轉(zhuǎn)矩檔節(jié)能運行。輕負荷時按轉(zhuǎn)換按鈕SB3，接觸器3KM斷電，而4KM得電，電動機轉(zhuǎn)入低轉(zhuǎn)矩檔節(jié)能動行。按下停止按鈕SB1，電動機斷電停轉(zhuǎn)。
圖8中其他元件為熱繼電器KA1、KA2熔斷器IFU～5FU，電流互感器TA，電流表PA，中間繼電器KA3等。
權(quán)利要求抽油機用三相交流電動機，包括銅線繞組定子、鑄鋁轉(zhuǎn)子及機座、端蓋結(jié)構(gòu)件、接線盒等，其特征在于(1)定子繞組是將普通60°相帶的與每極每相槽數(shù)q(＝Z1/3P，Z1為定子槽數(shù)，p為磁極數(shù))相等的q個線圈，按既定要求分為三角(△)形部分q△個和星(Y)形部分qy個兩類匝數(shù)及線徑不同的線圈，當(dāng)q＝偶數(shù)時，q△＝qy＝q/2，當(dāng)q＝奇數(shù)時，一般可制成q△＝(q+1)/2，qy＝(q-1)/2，同相繞組的Y部分順相序落后于△部分30°空間電角度嵌放，當(dāng)并聯(lián)路數(shù)相等時，△部分與Y部分每個線圈的匝數(shù)比為3倍，(2)每相繞組可引出首、中、末3個出線端，其中首端接Y類繞組、末端接△類繞組、而中端恰接在Y與△兩類繞組的連接處，整臺電機可引出9個出線端。
專利摘要抽油機用三相交流電動機。繞組的基本型式為星形-三角形混合繞組?？山映?個出線端，制成可調(diào)式高轉(zhuǎn)矩起動后，轉(zhuǎn)換為中高轉(zhuǎn)矩或低轉(zhuǎn)矩高效節(jié)能運行的抽油機用三相交流電動機。也可僅結(jié)成Y-△繞組，3根出線，制成不可調(diào)試高出力、高效抽油機用三相交流電動機，體積小，重量輕。
文檔編號H02K3/28GK2266220SQ95236579
公開日1997年10月29日 申請日期1995年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月12日
發(fā)明者鄒楚池 申請人:鄒楚池