CN202050341U - 抽油机专用y-△混合绕组高效节能拖动装置 - Google Patents

Abstract

抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置，是在普通三相异步电动机的基础上改制的。采用混合绕组结构及连接方式将原电机的定子槽数分成两部分，一半绕组接星形，另一半绕组接三角形。两套独立的绕组可接成串联连接的混合绕组或并联连接的混合绕组。三角形绕组每相串联匝数为星形绕组每相串联匝数的

倍，星形绕组的导线截面积为三角形绕组导线截面积的

倍，三角形绕组的每相电阻为星形绕组每相电阻的3倍。电机引出9根引出线，可实现△形

形Y形三种接线方法，具有100％、60％、30％额定功率三种功率等级。配有专用的自动控制箱，自动控制电机的启动、运行、停止等过程，并可实现三种功率的自动可逆转换。

Description

抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置

技术领域：

节能技术 

技术背景：

游梁式抽油机的驱动电机广泛采用Y系列三相异步电动机，由于抽油机的负载特点，启动时要求电机转距大，所以在配备电机时，电机功率比运行时的功率大一到二个功率等级，而电机运行功率很低，负载率在60％以下，造成大马拉小车，使电机的运行功率和功率因数大大降低，浪费电能。 

为了解决大马拉小车的问题，这些年来，油田出现了各种各样的节能电机，如：高滑差电机、复式电机、永磁同步电机、双功率电机、高转距电机等。这些节能电机由于自身的各种问题，其节能效果皆不显著而不能在油田全面推广。如高滑差电机的转子铜损大，转子温升高，节能不明显。永磁电机节能效果较好，但是在启动时，启动电流大，振动，使电网损耗大，不稳定。双功率电机由于两套绕组嵌在一个槽内，使导线面积减少，电流密度大，定子铜损增加，影响节能效果，如申请专利ZL00216261.X公开一种双功率高效节能电动机，即为两套绕组分别嵌在一个槽内。槽满率高，嵌线困难。 

本实用新型的目的在于克服上述节能电机技术中的不足，而提供一种新型的绕组结构及接线方式的混合式绕组，即Y-△混合绕组高效节能拖动装置。 

发明内容：

本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型是在普通三相异步电机结构基础上改制为抽油机专用Y-△混合绕组高效节能电动机，其特征在于采用混合绕组结构及接线方式，在于将电机定子槽数的1/2绕组接成星形绕组，另1/2槽数的绕组接成三角形绕组。将两套独立的绕组接成串联连接的混合绕组或接成并联连接混合绕组。三角形绕组每相串联导体数为星形绕组每相串联导体数的 倍。星形绕组的导线截面积为三角形绕组导线截面积的 

倍。三角形绕组的每相电阻为星形绕组每相电阻的3倍。 

因在混合绕组中星形部分绕组的感应电势比三角部分绕组的感应电势的相位角滞后30°电角度。相邻两相电势差120°电角度。提高了绕组系数。 

又因在混合绕组中星形绕组产生的磁势等于三角形绕组产生的磁势，即Z_Φ△K_dp△I_△＝Z_ΦYK_dpYI_Y，所以Fm＝0，磁势高次谐波的振幅为零，消除了高次谐波的影响。 

混合绕组的计算公式： 

1、每线圈匝数的确定 $W_{\mathrm{\Δ}}=\sqrt{3}{W}_Y$ $W_{\mathrm{\Δ}}/W_Y=\sqrt{3}$

W_△/W_Y＝7/4·12/7·14/8·17/10·19/11·21/12·26/15·31/18· 

33/19·38/22·40/23·45/26·47/27…… 

根据具体情况成对的选用。 

2、计算三角形绕组每相串联导体数：Z_Φ△＝2P·q_△·W_△/a_△计算星形绕组每相串联导体数：Z_ΦY＝2P·q_Y·W_Y/a_Y

3、导线线径，截面积的确定： 

因为 

在保证两套绕组槽满率相同时 

如已知N_YS_Y及N_Y则导线的线径d_Y及截面积S_Y，则可依S_Y＝N_YS_Y/N_Y $d_Y=\sqrt{S_Y/0.785}$ 确定。 

4、电流密度的计算： 

三角形绕组的电流密度：J_△＝I_△/a_△S_△N_△

星形绕组电流密度：J_Y＝I_Y/a_Y.S_Y.N_Y

因为 $I_Y=\sqrt{3}{I}_{\mathrm{\Δ}}$ $N_Y{S}_Y=\sqrt{3}{N}_{\mathrm{\Δ}}{S}_{\mathrm{\Δ}}$ a_Y＝a_△

$J_Y=I_Y/a_Y{S}_Y{N}_Y=\sqrt{3}{I}_{\mathrm{\Δ}}/\sqrt{3}{a}_{\mathrm{\Δ}}{S}_{\mathrm{\Δ}}{N}_{\mathrm{\Δ}}=I_{\mathrm{\Δ}}/a_{\mathrm{\Δ}}{S}_{\mathrm{\Δ}}{N}_{\mathrm{\Δ}}=J_{\mathrm{\Δ}}$

得：J_Y＝J_△

上面公式中： 

m——表示相数 

2p——表示电机的极数 

式中a_Y、a_△为星形、三角形绕组并联路数。 

Z_Φ△，Z_ΦY——表示三角形绕组和星形绕组的每相串联导体数 

K_dp△，K_dpY——表示三角形绕组和星形绕组的绕组系数。 

N_△，N_Y——表示三角形绕组和星形绕组的导线并绕根数。 

S_△，S_Y——表示三角形绕组和星形绕组的每根导线的截面积。 

I_Y——表示星形绕组的相电流也是串联混合绕组的线电流。 

I_△——表示三角形绕组的相电流。 

本实用新型还可以通过下述措施，对于不更换电机绕组的情况下，可以对原电机绕组和接线进行改制同样可达到上述目的。 

在保持绕组每匝电压不变的情况下，将原绕组的每相串联匝数Wφ分成两部分星形绕组部分Wφ_Y及三角形部分Wφ△，两部分绕组的每相串联匝数的比例为W_φY/W_φ△＝1/3、1/2、1、且W_φY+W_φ△＝W_φ，两部分绕组的并联路数等于原绕组的并联路数a＝a _△＝a，两部分绕组串联接成串联连接混合绕组。 

附图说明：

结合附图对本实用新型作进一步详述： 

图1为本实用新型电机，启动时，△形接线绕组的结构示意图。 

图2为本实用新型电机，60％负载运行时 

形接线(串联连接混合绕组)的结构示意图。 

图3为本实用新型电机，30％负载运行时Y形连接线绕组的结构示意图。 

图4为本实用新型电机， 

形接线(并联连接混合绕组)的结构示意图。 

图5为本实用新型电机，△形与Y形绕组分相表示的结构示意图。 

例如：图5为一台48槽4极三相电机的Y-△混合绕组分相表示的接线图。每极每相槽数q＝Q/2p.m＝48/(4×3)＝4将q＝4分成两部分q_△＝q_Y＝2Y形绕组每相有4组线圈占4×2＝8槽，3相有12组线圈占12×2＝24槽△形绕组每相有4组线圈占4×2＝8槽，3相有12组线圈占12×2＝24槽Y形即△形绕组每相占槽数相等，线圈数亦相等。 

在图1、2、3、4中的每个线圈即表示△形或Y形绕组的一相绕组。 

接线时首先将Y形绕组的U_Y相与△形绕组的U△相串联得出U_1Y，U₂，U_3△三个接线端。 

将Y形绕组的V_Y相与△形绕组的V_△相串联得出V_1Y，V₂，V_3△三个接线端。再将Y形绕组的W_Y相与△形绕组的W_△相串联得出W_1Y，W₂，W_3△三个接线端。U₂V₂W₂为△形与Y形绕组连接公共接点。 

本实用新型抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置电机共出9个引接线，有三种接线方式即：三角形绕组，串联连接混合绕组，星形绕组三种接线方式具有100％、60％、30％额定功率等三种输出功率。 

具体实施方式：

本实用新型是在普通三相异步电机结构基础上改制为混合绕组高效节能电动机，其特征在于采用混合绕组结构及接线方式，在于将电机定子槽数的1/2绕组接成Y形绕组，另1/2槽数的绕组接成△形绕组，将两套独立的绕组接成串联连接的混合绕组或接成并联连接的混合绕组。 

若重新更换绕组时，需重新设计混合绕组，按混合绕组的计算公式进行。 

1、确定每线圈匝数，根据 

W_△/W_Y＝7/4·12/7·14/8·17/10·19/11·21/12·26/15·31/18· 

33/19·38/22·40/23·45/26·47/27…… 

根据具体情况成对的选用。 

2、计算三角形绕组每相串联导体数：Z_Φ△＝2P·q_△·W_△/a_△计算星形绕组每相串联导体数：Z_ΦY＝2P·q_Y·W_Y/a_Y

3、确定导线线径及截面积： 

因为 

在保证两套绕组槽满率相同时 

设定N_YS_Y及N_Y一定的值则星形绕组的导线截面积S_Y＝N_YS_Y/N_Y

线径 $d_Y=\sqrt{S_Y/0.785}$

三角形绕组的导线截面积 S_△＝N_△S_△N_△

线径 $d_{\mathrm{\Δ}}=\sqrt{\mathrm{S\Δ}/0.785}$

4、电流密度的核算： 

三角形绕组的电流密度：J_△＝I_△/a_△S_△N_△

星形绕组电流密度：J_Y＝I_Y/a_YS_YN_Y

当J_Y＝J_△时，设计合理。 

本实用新型还可以通过下述措施，对于不更换电机绕组的情况下，可以对原电机绕组和接线进行改制同样可达到上述目的。 

在保持绕组每匝电压不变的情况下，将原绕组的每相串联匝数W_φ分成两部分星形绕组部分W_φY及三角形部分W_φ△，两部分绕组的每相串联匝数的比例为W_φY/W_φ△＝1/3、1/2、1、且W_φY+W_φ△＝W_φ，两部分绕组的并联路数等于原绕组的并联路数a_Y＝a_△＝a，两部分绕组串联接成串联连接混合绕组。 

例如：图5为一台48槽4极三相电机的Y-△混合绕组分相表示的接线图。每极每相槽数q＝Q/2p.m＝48/(4×3)＝4将q＝4分成两部分q_△＝q_Y＝2Y形绕组每相有4组线圈占4×2＝8槽，3相有12组线圈占12×2＝24槽△形绕组每相有4组线圈占4×2＝8槽，3相有12组线圈占12×2＝24槽Y形即△形绕组每相占槽数相等，线圈数亦相等。 

在图1、2、3、4中的每个线圈即表示△形或Y形绕组的一相绕组。接线时首先将Y形绕组的U_Y相与△形绕组的U_△相串联得出U_：Y，U₂，U_3△三个接线端。 

将Y形绕组的V_Y相与△形绕组的V_△相串联得出V_1Y，V₂，V_3△三个接线端。 

将Y形绕组的W_Y相与△形绕组的W_△相串联得出W_1Y，W₂，W_3△三个接线端。 

U₂V₂W₂为△形与Y形绕组连接公共接点。 

本实用新型抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置电机共出9个引接 线，有三种接线方式即：三角形绕组，串联连接混合绕组，星形绕组三种接线方式具有100％、60％、30％额定功率等三种输出功率。 

自动控制箱可以按照图1、2、3上接线端子板标注的连接方式自动转换为△形、Y形、 

形接线，实现电机启动、重载、轻载运行，电机接线方式转换，根据负载的变化自动进行。如电机启动后负载下降，控制箱自动将启动时△形接线转换到 

形接线，负载再下降达到小于30％负载率时自动转换到Y形接线，运行一段时间若负载增加，超过30％载率时，可以自动往回转换到60％负载率，按 

形接线运行。使电机的运行功率始终与负载相匹配。提高了电机的效率及功率因数，因此达到节电目的。 

本实用新型具有以下优点： 

1、采用混合绕组，消除高次谐波的影响，降低附加损耗，电机效率提高。 

2、采用混合绕组，空载电流下降，功率因数得到提高。 

3、采用混合绕组，由于谐波的消除，减少电机的振动和噪音。 

4、由于电机有三种功率，其运行功率始终随负载的变化而转换，保证了电机的功率与负载相匹配，因此电机的节电效果非常显著，超过目前油田采用的任何一种节能电机的节电效果。 

节电率可达到：重载时15％——25％ 

              轻载时25％——30％ 

5、自动控制箱可实现电机的三种功率自动可逆转换。达到自动控制的目的。 

Claims (3)

1.抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置，其特征在于：将拖动电机定子槽数二分之一的绕组接成星形，另二分之一绕组接成三角形绕组，将两套独立的绕组连接成串联连接的混合绕组或接成并联连接混合绕组，三角形绕组每相串联导体数为星形绕组每相串联导体数的 

倍，星形绕组的导线截面积为三角形绕组导线截面积的 

倍，三角形绕组的每相电阻为星形绕组每相电阻的3倍。

2.根据权利要求1所述抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置，其特征在于：将原电机绕组的每相串联匝数分成两部分，星形绕组部分及三角形部分，星形每相串联匝数与三角形每相串联匝数之比等于1/3、1/2、1，且星形每相串联匝数加三角形每相串联匝数等于原电机绕组的每相串联匝数，星形与三角形两部分绕组的并联路数均等于原绕组的并联路数，将两部分绕组串联接成串联连接混合绕组。

3.根据权利要求1所述抽油机专用Y-△混合绕组高效节能拖动装置，其特征在于：拖动电机绕组引出9根引出线，有三种接线方式即：三角形绕组，串联连接混合绕组，星形绕组三种接线方式具有100％、60％、30％额定功率等三种输出功率。 

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