CN104659992B - 一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式 - Google Patents

Abstract

本发明属于鼠笼式异步电动机定子绕组设计技术领域，特别涉及一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式。本发明所述电机的定子只采用一套绕组，通过调整绕组抽头及改变绕组联接方式，实现在一种绕组排列方式下，电机能够实现6/8/12极三种结构形式，并达到三种不同转速，达到节能目的。本专利提出的定子绕组型式，在满足油田实际运行需求的同时，可以消除双绕组多速电机不同绕组之间相互影响产生的环流损耗；同时，与变频调速相比，避免了对电网产生谐波污染，提高了电网电能质量及运行可靠性。

Description

一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式

技术领域

本发明属于鼠笼式异步电动机定子绕组设计技术领域，特别涉及一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式。

背景技术

我国的油田在开采初期原油产量较高，所采用的游梁式抽油机系统均工作在高产状态，目前由于开采时间较长，国内大多油田原油产量急剧下降，抽油机均工作在低产状态。随着开采深入，低产井数量变得越来越多，而所配置的电动机大多数存在“大马拉小车”的现象，造成了大量电能浪费。为了达到节能目的，油田当前对于低产井往往采用降低转速的节能控制方法，通常包括采用变极多速电机和变频调速两种方式，但这两种调速方式均具有一定局限性。下面针对这两种调速方式的特点进行分析：

1)双速电机：油田使用的变极调速电机大多是双速电机，而双速电机中一般采用8、12极或者12、16极双绕组设计方式，虽然起到了降低了转速的效果，但调速范围较小，节能效果在某些场合不太理想。更重要的是，当油井需要进行洗井作业时，要求电机转速较高，而这两种绕组设计的同步转速分别只有750转/分和500转/分，无法满足洗井需求，如果要实现洗井目的就要更换高速电机，这使得实际运行中，需要频繁更换电机，增加生产成本。

2)变频调速：油田在使用变频器调速时，通常是进行洗井作业时，抽油机在工频下运行(即不降低转速)，在油井正常运行时，根据采油量的减少量降低频率(即电机转速下降)，但频率的改变并非采用自动调节方式，而大多是人为设定一个固定频率，这种情况下，电机在某个固定频率下运行，达不到调速节能的目的，实际上，这种控制方式并未体现变频调速调速范围大的优点。而通过对油田抽油机电动机系统的运行调查发现，大多情况下，受油田井下含油量及液面影响，电机转速并不需要频繁调节，而是固定在某一频率运行即可，例如，国内某油田电机通常固定在40Hz或25Hz两种频率附近。

发明内容

针对双速电机及变频调速的使用现状及所存在的问题，本发明针对普通单绕组异步电机，提出了一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式，可以在低转速运行时达到节能目的，在高速运行时满足油田洗井的需求。

本发明采用的技术方案为：

定子采用72槽的双层叠绕组绕线形式，以任一定子槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第72槽，设定第70、38、63、45槽的下层出线端分别定义为A1端、A2端、A3端、A4端；第11槽上层出线端口定义为X1端，第9、34、2槽的下层出线端分别定义为X2端、X3端、X4端；第58槽上层出线端定义为B1端，第7、53、14槽的下层出线端分别定义为B2端、B3端、B4端；第17、71、25、43槽的下层出线端分别定义为Y1端、Y2端、Y3端、Y4端；第29、47、72、54槽下层出线端分别定义为C1端、C2端、C3端、C4端；第59、18、11槽下层出线端分别定义为Z1端、Z2端、Z4端，第13槽上层出线端定义为Z3端；

将y1端、y3端、B2端、B4端绕线抽头连接但不引出接线抽头；将x1端、x3端、A2端、A4端绕线抽头相连接但不引出接线抽头；将z1端、z3端、C2端、C4端绕线抽头相连接但不引出接线抽头；将y4端、A3端绕线抽头相连接并记为接线抽头A3；将x4端、C3端绕线抽头相连接记为接线抽头C3；将z4端、B3端绕线抽头相连接记为接线抽头B3；将x2端、y2端、z2端、A1端、B1端、C1端绕线抽头引出并分别作为外接电源抽头；

所述电机采用6极运行时，将A1端、y2端、A3端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将B1端、z2端、B3端绕线抽头短接并与电源B相连接，将C1端、x2端、C3端绕线抽头短接并与电源C相连接；

所述电机采用8极运行时，将x2端、B1端、A3端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将y2端、C1端、B3端绕线抽头短接并与电源的B相连接，将z2端、A1端、C3端绕线抽头短接并与电源C相连接；

所述电机采用12极运行时，将A1端、x2端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将B1端、y2端绕线抽头短接并与电源的B相连接，将C1端、z2端绕线抽头短接并与电源的C相连接，将A3端、B3端、C3端绕线抽头短接。

本发明的有益效果为：

1)本发明的三速电机采用6、8、12极(相对应的同步转速为1000转/分、750转/分、500转/分)设计方案，实现了单绕组电机可在三种转速下运行，可代替现有变频器或双绕组电机，与变频器比较可实现相同的使用功能。本发明满足了油田实际生产的需要，较双速电机比提高了电机的实用性，省去了更换高速电机的步骤，获得较明显的经济价值。

2)本发明的使用寿命及操作方式和普通电机一样，且远高于电力电子产品使用寿命；与双绕组三速电机相比，消除了绕组间相互影响产生的环流损耗；与变频器相比，在保证所需转速的同时，对电网无谐波污染，提高了电网电能质量及运行可靠性，同时还可以降低生产成本，达到节能目的。

3)采用本发明所提供的联接方式，并未过于增加电机制造加工工艺难度，对于油田游梁式抽油机电机系统节能的应用具有一定推动作用。

4)本发明提出的绕组链接方式，不仅适用于油田游梁式抽油机电机系统，也可推广于其它具有类似调速方式的工业场合。

附图说明

图1为6/8/12极单绕组三速电机定子绕组排列示意图。

图2为单绕组三速电机6极运行时电机定子绕组接线示意图。

图3为单绕组三速电机8极运行时电机定子绕组接线示意图。

图4为单绕组三速电机12极运行时电机定子绕组接线示意图。

图5为单绕组三速电机6极起动时电流波形图。

图6为单绕组三速电机6极起动时转速波形图。

图7为单绕组三速电机6极稳态时电流波形图。

图8为单绕组三速电机8极起动时电流波形图。

图9为单绕组三速电机8极起动时转矩波形图。

图10为单绕组三速电机8极起动时转速波形图。

图11为单绕组三速电机8极稳态时电流波形图。

图12为单绕组三速电机12极起动时电流波形图。

图13为单绕组三速电机12极起动时转矩波形图。

图14为单绕组三速电机12极起动时转速波形图。

图15为单绕组三速电机12极稳态时电流波形图。

具体实施方式

本发明提供了一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，定子采用72槽的双层叠绕组绕线形式，以任一定子槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第72槽，设定第70、38、63、45槽的下层出线端分别定义为A1端、A2端、A3端、A4端；第11槽上层出线端口定义为X1端，第9、34、2槽的下层出线端分别定义为X2端、X3端、X4端；第58槽上层出线端定义为B1端，第7、53、14槽的下层出线端分别定义为B2端、B3端、B4端；第17、71、25、43槽的下层出线端分别定义为Y1端、Y2端、Y3端、Y4端；第29、47、72、54槽下层出线端分别定义为C1端、C2端、C3端、C4端；第59、18、11槽下层出线端分别定义为Z1端、Z2端、Z4端，第13槽上层出线端定义为Z3端；

将y1端、y3端、B2端、B4端绕线抽头连接但不引出接线抽头；将x1端、x3端、A2端、A4端绕线抽头相连接但不引出接线抽头；将z1端、z3端、C2端、C4端绕线抽头相连接但不引出接线抽头；将y4端、A3端绕线抽头相连接并记为接线抽头A3；将x4端、C3端绕线抽头相连接记为接线抽头C3；将z4端、B3端绕线抽头相连接记为接线抽头B3；将x2端、y2端、z2端、A1端、B1端、C1端绕线抽头引出并分别作为外接电源抽头。

如图2所示，电机采用6极运行时，将A1端、y2端、A3端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将B1端、z2端、B3端绕线抽头短接并与电源B相连接，将C1端、x2端、C3端绕线抽头短接并与电源C相连接。

如图3所示，电机采用8极运行时，将x2端、B1端、A3端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将y2端、C1端、B3端绕线抽头短接并与电源的B相连接，将z2端、A1端、C3端绕线抽头短接并与电源C相连接。

如图4所示，电机采用12极运行时，将A1端、x2端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将B1端、y2端绕线抽头短接并与电源的B相连接，将C1端、z2端绕线抽头短接并与电源的C相连接，将A3端、B3端、C3端绕线抽头短接。

实施例一：

定转子槽数分别为72/56、机座采用280、定子铁芯长度为260mm，转子采用斜槽，电机采用6、8、12极时分别对应的同步转速为1000转/分、750转/分、500转/分，相应的额定功率分别为45kW、30kW、18.5kW，三种转速下额定运行效率分别为83％、87％、83％，在某油田现场应用中，节电效果为13％。

实施例二：

仍以实施例一中的单绕组三速电机为例，其在6极运行时的起动电流波形如附图5所示，起动电流为664A；6极运行时的起动转速曲线如图6所示，达到稳定转速的时间约为0.9秒，进入稳态后转速约为978转/分；6极运行时的满载稳态电流波形如图7所示，稳态运行时电流值约为106A。

实施例三：

仍以实施例一中的单绕组三速电机为例，其在8极运行时的起动电流波形如图8所示，起动电流最大可达654.5A；8极运行时的起动转矩和转速曲线如图9和图10所示，达到稳定转速的时间约为0.6秒，稳态时转速约为729转/分；8极运行时的满载稳态电流波形如图11所示，电流幅值约为87A。

实施例四：

仍以实施例一中的单绕组三速电机为例，其在12极运行时的起动电流波形如图12所示，起动电流最大可达183.8A；12极运行时的起动转矩和转速曲线如图13和图14所示，达到稳定转速的时间约为0.9秒，进入稳态后转速约为484转/分；12极运行时的满载稳态电流波形如附图15所示，电流幅值约为40.2A。

Claims (1)

1.一种6/8/12极单绕组三速异步电动机定子绕组型式，其特征在于，定子采用72槽的双层叠绕组绕线形式，以任一定子槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第72槽，设定第70、38、63、45槽的下层出线端分别定义为A1端、A2端、A3端、A4端；第11槽上层出线端口定义为X1端，第9、34、2槽的下层出线端分别定义为X2端、X3端、X4端；第58槽上层出线端定义为B1端，第7、53、14槽的下层出线端分别定义为B2端、B3端、B4端；第17、71、25、43槽的下层出线端分别定义为Y1端、Y2端、Y3端、Y4端；第29、47、72、54槽下层出线端分别定义为C1端、C2端、C3端、C4端；第59、18、11槽下层出线端分别定义为Z1端、Z2端、Z4端，第13槽上层出线端定义为Z3端；

将y1端、y3端、B2端、B4端绕线抽头连接但不引出接线抽头；将x1端、x3端、A2端、A4端绕线抽头相连接但不引出接线抽头；将z1端、z3端、C2端、C4端绕线抽头相连接但不引出接线抽头；将y4端、A3端绕线抽头相连接并记为接线抽头A3；将x4端、C3端绕线抽头相连接记为接线抽头C3；将z4端、B3端绕线抽头相连接记为接线抽头B3；将x2端、y2端、z2端、A1端、B1端、C1端绕线抽头引出并分别作为外接电源抽头；

所述电动机采用6极运行时，将A1端、y2端、A3端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将B1端、z2端、B3端绕线抽头短接并与电源B相连接，将C1端、x2端、C3端绕线抽头短接并与电源C相连接；

所述电动机采用8极运行时，将x2端、B1端、A3端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将y2端、C1端、B3端绕线抽头短接并与电源的B相连接，将z2端、A1端、C3端绕线抽头短接并与电源C相连接；

所述电动机采用12极运行时，将A1端、x2端绕线抽头短接并与电源的A相连接，将B1端、y2端绕线抽头短接并与电源的B相连接，将C1端、z2端绕线抽头短接并与电源的C相连接，将A3端、B3端、C3端绕线抽头短接。