CN101594017B - 低速潜油电机的一种定子绕组结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低速潜油电机的一种定子绕组结构，其特征是：三相绕组按A、C、B相序排列的始端定子槽之间和相应的X、Z、Y尾端定子槽之间依次相差60°空间角，各相绕组自入槽始端至出槽尾端的各单元绕组走向及连接和上、下层分布是，始端0°槽下层入线→-140°槽下层出线→连接线→-40°槽下层入线→-140°槽下层出线→连接线→+40°槽下层入线→-120°槽上层出线→连接线→-60°槽下层入线→-120°槽上层出线。本绕组结构使得正向旋转磁场加大、反向旋转磁场减小，解决了电机出力小的技术问题，降低了运行噪声，同时，通过在各单元绕组的首匝上加装绝缘套管，提高了抗冲击波电压的能力，延长了电机的使用寿命。

Description

低速潜油电机的一种定子绕组结构

技术领域

本发明属于低速潜油电机，尤其是低速潜油电机的一种定子绕组结构。

背景技术

石油工业在当今世界许多国家中都是支柱产业，在国家经济发展中起着至关重要的作用，受到各个国家的高度重视。利用先进的科技手段改进传统的采油方式，最大限度地提高采油效率，是各国石油界和有关科技人员一直追求的目标。传统采油方式使用“磕头机”设备，其效率低、设备笨重、投资大，而且，“磕头机”设备对含砂量大、粘度高的油井显得无能为力，在沼泽地区根本无法安装使用。近年来，单螺杆泵采油技术得到迅速发展，该技术可以弥补“磕头机”的不足，适用于直井、斜井、水平井、中浅井、低产油井、边远油井、稠油井，单螺杆泵逐渐替代了“磕头机”设备，成为该类油田的首选设备。

目前，单螺杆泵电机有两种类型，一种类型是免减速机的低速潜油电机，另一种类型是采用齿轮减速机的的高速潜油电机。就免减速机的低速潜油电机而言，单螺杆泵与现有离心潜油电泵比较，其主要区别在于电机转速不同，离心潜油电泵的电机转速为3000转/分，而单螺杆泵的电机转速为750转/分。

根据旋转磁场转速与定子磁极对数成反比的原理，现有低速潜油电机一般采用较大的磁极对数，其定子采用整体叠片式铁心，槽形为开口直槽，槽数与相数乘以极数之比不到一个槽，因此定子绕组普遍采用分数槽绕组结构。

在常规三相低速潜油电机中，其各相绕组以重叠绕制方式居多，并采用双层波绕组形式，即每槽的绕线分别由两个相绕组的绕线按上、下层规律构成。图4示出的定子每槽上、下层绕线个数相等、且各槽绕线总数相等。

上述低速潜油电机普遍存在提高电机出力困难和运行噪声大的缺陷，据申请人测试分析认为，形成所述缺陷的重要原因是分数槽绕组结构设计欠合理，图4示出的定子绕组结构其电压波形如图5所示，具有较大的谐波成分，因此导致磁场存在较大畸变，其较强的反向旋转磁场是提高电机出力困难和运行噪声大的的根本原因。

发明内容

本发明是为了解决现有低速潜油电机存在的提高电机出力困难和运行噪声大的技术问题，而提供一种能够使正向旋转磁场增大、反向旋转磁场减小因而能明显提高电机出力、降低运行噪声的低速潜油电机的一种定子绕组结构。

本发明解决其技术问题采取以下技术方案：

低速潜油电机的一种定子绕组结构，由嵌装在18个定子槽并且形成8对磁极的对称三相绕组所组成，各定子槽的绕线按上、下层分布，其特征在于：三相绕组按A、C、B相序排列的始端定子槽之间和相应的X、Z、Y尾端定子槽之间依次相差60°空间角，各相绕组自入槽始端至出槽尾端的各单元绕组走向及连接和上、下层分布是，始端0°槽下层入线→-140°槽下层出线→连接线→-40°槽下层入线→-140°槽下层出线→连接线→+40°槽下层入线→-120°槽上层出线→连接线→-60°槽下层入线→-120°槽上层出线。

本发明还可以采用以下的技术方案：

所述的每个定子槽的绕线根数是2的n倍，n＝4或5或6，其中，绕线只分布于定子槽下层的绕线根数是2的n倍，n＝4或5或6，绕线分别分布于定子槽上、下层的绕线根数分别为1n，n＝4或5或6。

所述的三相绕组在18个定子槽中各单元绕组具体走向及连接和上、下层分布是：

A相绕组：A相始端引入第1定子槽下层，第1定子槽下层与第12定子槽下层是一单元绕组，第10定子槽下层与第3定子槽下层是一单元绕组，第5定子槽下层与第17定子槽上层是一单元绕组，第14定子槽下层与第8定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第8定子槽上层引出A相绕组尾端X；

C相绕组：C相始端引入第4定子槽下层，第4定子槽下层与第15定子槽下层是一单元绕组，第13定子槽下层与第6定子槽下层是一单元绕组，第8定子槽下层与第2定子槽上层是一单元绕组，第17定子槽下层与第11定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第11定子槽上层引出C相绕组尾端Z；

B相绕组：B相始端引入第7定子槽下层，第7定子槽下层与第18定子槽下层是一单元绕组，第16定子槽下层与第9定子槽下层是一单元绕组，第11定子槽下层与第5定子槽上层是一单元绕组，第2定子槽下层与第14定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第14定子槽上层引出B相绕组尾端Y。

所述的三相绕组的各单元绕组的首匝均套装绝缘管。

本发明的优点和积极效果是：

1.本发明的三相定子绕组按A、C、B相序排列的始端定子槽之间和相应的X、Z、Y尾端定子槽之间依次相差60°空间角，并设定不同于已有技术的定子绕组结构，经实际测试证明本发明的三相定子绕组可以有效抑制或消弱其电压波形中的高次谐波成分，因而其电压波形畸变率有明显降低。高次谐波成分的抑制或消弱克服了已有技术中定子绕组反向旋转磁场较大的缺陷，从而提高了电机的出力，同时也明显降低了运行噪声。

2.本发明的定子绕组结构具有大跨距绕线的特点，便于使用绕线工具绕制定子绕组，不仅提高了电机的生产效率，也有利于提高电机电气性能的一致性。

3.实验证明，在功率、转速、排量相同，包括井深、原油黏度、原油含砂量和最大粒度、环境温度、油气比等使用条件相同的情况下，应用本发明的低速潜油电机作为单螺杆泵动力电机与齿轮减速的QLB系列的一种电动潜油螺杆泵相比，单位时间采油量增加约8％，说明应用本发明的低速潜油电机具有高效率的特点。

附图说明

图1是本发明的电机绕组结构实施例展开示意图；

图2是定子铁心结构示意图；

图3是本发明的电压波形示意图；

图4是现有定子绕组结构展开示意图。

图5是图4定子绕组电压波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

本低速潜油电机的定子绕组结构为：在图2所的定子铁心1上制有18个定子槽2，定子槽均为开口直槽，对称的三相绕组在定子槽内上、下层嵌装在18个定子槽内，每两个定子槽产生一对磁力线3，构成8对磁极的低速潜油电机的定子绕组结构。

在图1所示的具有18个电子槽的绕组结构展开示意图中，三相绕组按A、C、B相序排列的始端定子槽之间和相应的X、Z、Y尾端定子槽之间依次相差60°空间角，即：A相始端定子槽与C相始端定子槽相差60°空间角，C相始端定子槽与B相始端定子槽相差60°空间角，X尾端定子槽与Z尾端定子槽相差60°空间角，Z尾端定子槽与Y尾端定子槽相差60°空间角。三相绕组的每一相绕组自入槽始端至出槽尾端的各单元绕组走向及连接和上、下层分布均相同，即：始端0°槽下层入线→-140°槽下层出线→连接线→-40°槽下层入线→-140°槽下层出线→连接线→+40°槽下层入线→-120°槽上层出线→连接线→-60°槽下层入线→-120°槽上层出线。按此规律形成的三相绕组在18个定子槽中各单元绕组具体走向及连接和上、下层分布是：

A相绕组：A相始端引入第1定子槽下层，第1定子槽下层与第12定子槽下层是一单元绕组，第10定子槽下层与第3定子槽下层是一单元绕组，第5定子槽下层与第17定子槽上层是一单元绕组，第14定子槽下层与第8定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第8定子槽上层引出A相绕组尾端X；

C相绕组：C相始端引入第4定子槽下层，第4定子槽下层与第15定子槽下层是一单元绕组，第13定子槽下层与第6定子槽下层是一单元绕组，第8定子槽下层与第2定子槽上层是一单元绕组，第17定子槽下层与第11定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第11定子槽上层引出C相绕组尾端Z；

B相绕组：B相始端引入第7定子槽下层，第7定子槽下层与第18定子槽下层是一单元绕组，第16定子槽下层与第9定子槽下层是一单元绕组，第11定子槽下层与第5定子槽上层是一单元绕组，第2定子槽下层与第14定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第14定子槽上层引出B相绕组尾端Y。

在本实施例中，所述的每个定子槽的绕线根数是2的n倍，n＝4或5或6，即：当n＝4时，每个定子槽内的绕线根数为8根，当n＝5时，每个定子槽内的绕线根数为10根，当n＝6时，每个定子槽内的绕线根数为12根；其中，绕线只分布于定子槽下层构成单元绕组的绕线根数是2的n倍，n＝4或5或6，即：绕组只位于定子槽下层的绕线根数为8或10或12根；绕线分别分布于定子槽上、下层构成单元绕组的绕线根数分别为1n，n＝4或5或6，即：上、下层的绕线根数分别为4或5或6根。

当电机启动时，首匝线圈承受冲击电压的70％，因此，为了提高电机寿命，各相首匝线圈均应加强绝缘防护措施。在本实施例中，在三相绕组的各单元绕组的首匝均套装绝缘套管来加强首匝线圈的绝缘性能以提高抗冲击电压的能力。

图3是采用上述定子槽绕组结构的低速潜油电机形成的电压波形图，从该图中可以看出其电压波形较背景技术中图4定子绕组的图5所示电压波形有明显改善。

本发明涉及的定子绕组，由于其反向旋转磁场变小而使得磁场的畸变明显变小，因此有效地改善了低速潜油电机的工作性能。

另外，使用常规的计算方法可以计算出现有绕组结构和本发明绕组结构的正向旋转磁场、第一反向旋转磁场、第二反向旋转磁场的绕组系数，计算结果如下：

            正向旋转磁场        第一反向旋转磁场      第二反向旋转磁场

现有绕组    0.831               -0.376                -0.223

本发明绕组  0.945               -0.14                 -0.03

从上述计算结果中，可以看出本发明绕组比现有绕组的正向旋转磁场的绕组系数有所增加，而第一反向旋转磁场的绕组系数和第二反向旋转磁场的绕组系数有较大幅度的降低，即：正向旋转磁场强度增强，而反向旋转磁场强度明显降低，从而明显提高了低速潜油电机的出力能力，提高了电机的工作效率。本绕组结构非常适用于功率较小的电机应用，即要求空转电流小的电机。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.低速潜油电机的一种定子绕组结构，由嵌装在18个定子槽并且形成8对磁极的对称三相绕组所组成，各定子槽的绕线按上、下层分布，其特征在于：三相绕组按A、C、B相序排列的始端定子槽之间和相应的X、Z、Y尾端定子槽之间依次相差60°空间角，各相绕组自入槽始端至出槽尾端的各单元绕组走向及连接和上、下层分布是，始端0°槽下层入线、-140°槽下层出线、连接线、-40°槽下层入线、-140°槽下层出线、连接线、+40°槽下层入线、-120°槽上层出线、连接线、-60°槽下层入线和-120°槽上层出线依次相连接。

2.根据权利要求1所述的低速潜油电机的一种定子绕组结构，其特征在于：所述的每个定子槽的绕线根数是2的n倍，n＝4或5或6，定子槽的绕线包括只分布于定子槽下层的绕线和同时分布于定子槽上、下层的绕线，其中，绕线只分布于定子槽下层的绕线根数是2的n倍，n＝4或5或6，绕线同时分布于定子槽上、下层的绕线根数分别为1n，n＝4或5或6。

3.根据权利要求1所述的低速潜油电机的一种定子绕组结构，其特征在于：所述的三相绕组在18个定子槽中各单元绕组具体走向及连接和上、下层分布是：

A相绕组：A相始端引入第1定子槽下层，第1定子槽下层与第12定子槽下层是一单元绕组，第10定子槽下层与第3定子槽下层是一单元绕组，第5定子槽下层与第17定子槽上层是一单元绕组，第14定子槽下层与第8定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第8定子槽上层引出A相绕组尾端X；

C相绕组：C相始端引入第4定子槽下层，第4定子槽下层与第15定子槽下层是一单元绕组，第13定子槽下层与第6定子槽下层是一单元绕组，第8定子槽下层与第2定子槽上层是一单元绕组，第17定子槽下层与第11定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第11定子槽上层引出C相绕组尾端Z；

B相绕组：B相始端引入第7定子槽下层，第7定子槽下层与第18定子槽下层是一单元绕组，第16定子槽下层与第9定子槽下层是一单元绕组，第11定子槽下层与第5定子槽上层是一单元绕组，第2定子槽下层与第14定子槽上层是一单元绕组，各单元绕组由连接线串联连接，第14定子槽上层引出B相绕组尾端Y。

4.根据权利要求1或2、或3所述的低速潜油电机的一种定子绕组结构，其特征在于：所述的三相绕组的各单元绕组的首匝均套装绝缘管。

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