專利名稱：抽油機(jī)用三相交流電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種抽油機(jī)用三相交流電動機(jī)。
我國引進(jìn)的美國石油協(xié)會的各種抽油機(jī)，基配套動力是一種超高滑差式電動機(jī)，采用了NEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(jī)可作高轉(zhuǎn)矩、中高轉(zhuǎn)矩、中低轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)矩四種運(yùn)行。其主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)差率高，機(jī)械特性軟而起動轉(zhuǎn)矩大，體積小，可轉(zhuǎn)換接法而節(jié)能。《中小型電機(jī)》1985第1期P27-29載文“超高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)工作特性及節(jié)能效果的分析”一文，對該YCCH型電機(jī)作了典型的敘述。但由于該電機(jī)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(jià)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(jī)，基本按ZBK22007-88《Y系列(IP44)三相異步電動機(jī)技術(shù)條件》設(shè)計(jì)制造。按抽油機(jī)起動轉(zhuǎn)矩選擇電動機(jī)額定功率，起動和使用可靠，電機(jī)售價(jià)也低于YCCH電機(jī)，但只一種△接法而不能轉(zhuǎn)換，性能一般，運(yùn)行時(shí)效率和功率因數(shù)極低，大馬拉小車，電機(jī)本身耗能較多。
本實(shí)用新型的目的是提供一種抽油機(jī)專用電動機(jī)。該電動機(jī)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(jī)；(2)在抽油運(yùn)行中，電機(jī)效率和功率因數(shù)仍保持較高標(biāo)準(zhǔn)值，而高于現(xiàn)用電動機(jī)。甚至隨油井油質(zhì)不同而能分檔運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行進(jìn)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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(gè)線圈，按既定要求分為三角(△)形部分q△個(gè)和星(Y)形部分q，個(gè)兩類匝數(shù)及線徑不同的線圈。當(dāng)q＝偶數(shù)時(shí)，q△＝qy＝q/2；當(dāng)q＝奇數(shù)時(shí)，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(shí)，△部分與Y部分每個(gè)線圈的匝數(shù)比為
倍。(2)每相繞組可引出首、中、末3個(gè)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(jī)可引出9個(gè)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(jī)分檔運(yùn)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(gè)(首端)出線端，制成不可調(diào)(功率)式電機(jī)。(3)轉(zhuǎn)子采用雙籠或異形槽，以進(jìn)一步增加堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，降低堵轉(zhuǎn)電流。
現(xiàn)以實(shí)施例可調(diào)式電機(jī)YWCT280M2-8,55/45/30KW及不可調(diào)式電機(jī)YWC280M1-8,55KW為例，結(jié)合F列附圖對實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的最好方式作詳細(xì)闡述。
附圖的簡要說明

圖1是72槽8極可調(diào)式電機(jī)繞組展開圖。
圖2是72槽8極不可調(diào)式電機(jī)繞組展開圖。
圖3是可調(diào)式電機(jī)繞組分相與線端標(biāo)志圖。
圖4是不可調(diào)式電機(jī)出線端標(biāo)志圖。
圖5是可調(diào)式電機(jī)高轉(zhuǎn)矩檔三角(△)形接線圖。
圖6是可調(diào)式電機(jī)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(jī)低轉(zhuǎn)矩檔星(Y)形接線圖。
圖8是可調(diào)式電機(jī)分檔轉(zhuǎn)換電氣控制原理圖。
一、電磁設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵工藝1.電磁設(shè)計(jì)和成型線圈制造。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案，是在現(xiàn)有三相異步電動機(jī)的基礎(chǔ)上，僅對其定子繞組結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)子槽形改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有Y系列電機(jī)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(jī)起動性能和效率的提高。而據(jù)本實(shí)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(gè)線圈，分成qy、q△個(gè)兩部分30°相帶線圈，本實(shí)用新型實(shí)施樣機(jī)定子槽數(shù)Z1＝72槽，磁極數(shù)P＝8極，據(jù)公式計(jì)算q＝3，qy＝1，q△＝2。進(jìn)而按電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序其他通用公式計(jì)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(jī)，基于上述Y-△繞組，9個(gè)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(shí)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(jī)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(jì)計(jì)算，并進(jìn)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(jī)，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(jì)計(jì)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(jì)。而且高效率繞組優(yōu)勢能充分顯示。與同容量Y系列電機(jī)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(jì)計(jì)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(shí)、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(gè)出線端標(biāo)志。圖2中U1、V1、W1表示3個(gè)出線端標(biāo)志。
本實(shí)用新型的基本型式為30°相帶星-三角混合繞組。圖1有9個(gè)線端，是可調(diào)式電機(jī)。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(gè)線端，是不可調(diào)式電機(jī)，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(gè)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(shí)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(shí)，如圖從第1號槽起，1號槽嵌I類線圈1個(gè)，2、3號槽嵌II類線圈2個(gè)，往下依次按I類1個(gè)，II類2個(gè)嵌完。在線圈兩端都墊入相間絕緣。可見，嵌線同于普通電機(jī)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(gè)極相組，端部相間絕緣也增多1倍。
二、本實(shí)用新型分檔轉(zhuǎn)換原理圖1為可調(diào)式電機(jī)9出線線端標(biāo)志及分相，說明如下表1表1是可調(diào)式電動機(jī)分相及出線端標(biāo)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(biāo)志說明本實(shí)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(diǎn)(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(diǎn)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(jī)輸出為高轉(zhuǎn)矩，額定功率最大。此檔用于抽油機(jī)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(shí)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(shí)電機(jī)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(jī)基波繞組系數(shù)增大3.5％，同時(shí)5、7次諧波磁勢互相抵消，不可調(diào)式電機(jī)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(jī)，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(jī)的額定功率下降至△接的80％。但足以拖動抽油機(jī)抽油。
3、低轉(zhuǎn)矩。如附圖7，把三相繞組末端連成一點(diǎn)(U2V2W2)，各相繞組中端U3、V3、W3空著不接，首端U1、Y1、W1分別接三項(xiàng)電源，則構(gòu)成三相Y接繞組。這時(shí)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(jī)運(yùn)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(jī)抽油。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、可調(diào)式電機(jī)與抽油機(jī)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(yùn)行，避免了Y系列電動機(jī)大馬拉小車及YCCH電動機(jī)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(jī)發(fā)揮新型繞組優(yōu)勢，制成高出力，低損耗高效率電機(jī)，體積重量比Y系列電機(jī)小。
3、提高了運(yùn)行可靠性。電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子滑差較Y系列電機(jī)大，可減少抽油桿的沖擊。與YCCH電機(jī)比較，轉(zhuǎn)子溫升低得多，提高電機(jī)絕緣耐熱壽命。
4、電機(jī)在低諧波繞組狀態(tài)長期運(yùn)行，故電磁噪聲比Y、YCCH型電機(jī)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(jī)一樣，結(jié)構(gòu)件與普通電機(jī)絕大部分通用，上新產(chǎn)品快。
下面是本實(shí)用新型的實(shí)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(jī)及YWC280M1-8，55KW高出力電機(jī)，為抽油機(jī)用電動機(jī)樣機(jī)。經(jīng)型式試驗(yàn)證明，起動轉(zhuǎn)矩性能達(dá)到美國NEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)C的要求，其他各項(xiàng)性能優(yōu)于ZBK22 007-88的要求，見表2。達(dá)到要求高轉(zhuǎn)矩起動，運(yùn)行又節(jié)能的抽油機(jī)用電動機(jī)的要求。
表2是抽油機(jī)用電動機(jī)各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)匯總表。
必須指出，YWCT電機(jī)節(jié)能主要措施在于隨負(fù)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(yàn)數(shù)據(jù)。
表3是可調(diào)式電機(jī)三檔次空載損耗與鐵耗試驗(yàn)值
從表3看出，將電機(jī)自動轉(zhuǎn)換到45KW檔，足以拖動抽油機(jī)運(yùn)行，光空載損耗就可節(jié)約(1464-1002)×24＝11.088KWH/天，按每年運(yùn)轉(zhuǎn)300天計(jì)，一年可以節(jié)電4000KWH，一臺電機(jī)年節(jié)約電費(fèi)4000元(按每千瓦時(shí)電費(fèi)1元計(jì))。
YWC高出力、高效率電機(jī)主要特點(diǎn)是縮小鐵芯體積，表4列出兩臺YWC280M1-8與Y280M2-8電機(jī) 銅、硅鋼片重比較數(shù)據(jù)。
表4是不可調(diào)式電機(jī)與同容量55KW、Y系列電機(jī)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(jī)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(jī)M在高轉(zhuǎn)矩檔起動并運(yùn)行穩(wěn)定后，延時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)入中高轉(zhuǎn)矩檔節(jié)能運(yùn)行。輕負(fù)荷時(shí)按轉(zhuǎn)換按鈕SB3，接觸器3KM斷電，而4KM得電，電動機(jī)轉(zhuǎn)入低轉(zhuǎn)矩檔節(jié)能動行。按下停止按鈕SB1，電動機(jī)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(jī)用三相交流電動機(jī)，包括銅線繞組定子、鑄鋁轉(zhuǎn)子及機(jī)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(gè)線圈，按既定要求分為三角(△)形部分q△個(gè)和星(Y)形部分qy個(gè)兩類匝數(shù)及線徑不同的線圈，當(dāng)q＝偶數(shù)時(shí)，q△＝qy＝q/2，當(dāng)q＝奇數(shù)時(shí)，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(shí)，△部分與Y部分每個(gè)線圈的匝數(shù)比為3倍，(2)每相繞組可引出首、中、末3個(gè)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(jī)可引出9個(gè)出線端。
專利摘要抽油機(jī)用三相交流電動機(jī)。繞組的基本型式為星形-三角形混合繞組?？山映?個(gè)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(yùn)行的抽油機(jī)用三相交流電動機(jī)。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(jī)用三相交流電動機(jī)，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