SU597051A1 - Электропривод - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относитс  к области электротехники и предназначаетс  дл  использовани  преимущественно в погруженном варианте дл  привода глубипных насосов поршневого типа в скважин.ах,. в частности нефт ных. Известен электропривод, включающий лпнейный синхронный двигатель, состо щий нз индуктора с обмоткой возбул депи  и  кор , выполненного из чередующихс  магнитных и немагнитных участков, длина которых равна полюсному шагу индуктора 1. Однако такое устройство позвол ет сформировать только симметричный режим работы электродвигател , что не обеспечивает распознавание положений  кор . Кроме того, дл  управлени  электродвигателем в любых положени х его хода требуетс  дополнительный канал св зи дл  передачи информации в цепи управлени , что в целом приводит к усложнению системы управлени  электродвигателем. Известен и другой электропривод, содержащий асинхронный двигатель возвратно-поступательного движени , состо щий из зубчатого индуктора с многофазной обмоткой, подключенной к цепи питани  через реверсивный блок, соединенный с блоком управлени ,  кор  с короткоза.мкнутой обмоткой, датчиков положени , и блок защиты с реле перегрузки 2. Данный электропривод  вл етс  п;1иОолгс близким к опис1 1вае ц1 1 изобретешпо. Индуктор двигател  вьиш-чно:- в виде двух пакетов, набранных из пластин э.юктрогсхиической стали, с пазами, в которые уложена обмотка однофазного или многоф;1зного переменного тока. Пакеты индуктора креп тс  Bii три ко|1пуса. Якорь двигате.1  выполнен плоским и набран из продольных пластин э.юктротехн :ческой стали с пазами, где уложены медные стержни, концы которых жестко соединены между собой медной пластиной по двум сторонам  кор , образч  короткозамкнутук обмотку. Якорь на подшипниках скольжени  пометен в корпус двигател  между пакетам индуктора. Дл  осуществлени  реверса  кор  служат датчики положени   кор , канал св зи, блок управлени  дл  формировани  cin-нала на ком .мутацию силовых цепей и реверсивный блок дл  коммутации силовых цепей. Датчики положени  состо т из стержн  носто нного магнита, прикрепленного на крон штейне к одной нз боковых сторон  кор , и двух катушек индуктивности, закрепленных на внутренней боковой поверхности двигате/и.

Блок управлени  состоит из полупроводникового устройства дл  формировани  управл ющего импульса.

Реверсивный блок выполнен на тиристорах.

Блок защиты с реле перегрузки служит дл  предупреждени  перегрева обмоток электродвигател  при аварийных ситуаци х.

Недостатком этого электропривода  вл етс  сложность его конструктивного выполнени . В корпусе двигател  указанного электропривода , предназначенного дл  использовани  в наземных услови х, размещены дополнительные элементы: катущки индуктивности, магнитный стержень, кабель св зи, необходимые дл  целей управлени . В св зи с этим увеличиваетс  поперечный размер двигател , что не позвол ет погружать его в скважину дл  привода глубинных насосов погружного типа. Наличие кабел  св : и конст1)ктивно усложн ет систему управлени  з.лектропривода, .что особенно неприемлемо дл  исиользог ани  двигател  в услови х погружени  его в скважину.

Целью изобретени   вл етс  упрощение э.1сктр01гривода в отнощении конструктивного выполнени  как двигател , так и системы управлени  путем обеспечени  фор.мировани  в силовых обмотках индуктора сигнала о иоложемии  кор  в крайних точках его хода и передачи по силовому кабелю питани  сигнала в исполHiiiX ./ihHbifi .механиз.м дл  осу1лествлени  реверса ; Б11Г1 те, и разграничени  при это.1 крайнеги )XHero (.:1езог1)) и Kpaiu-iero нижнего (пра|и )Г(Г по.ю/кени   кор .

.| а:1;1мыа  цель достигаетс  тем, что  корь снабжен двум , играющими роль датчиков, по .южспии концевымн участками, один из которых Bbino.iHCH из не.магнитного материала, а  р гой - из чередуюиихс  немагнитных и ферромагнитных колец, и введен фильтр-реле симметричных составл ющих тока, подключенный своим выходом к блоку управлени , к которому подключен также выход реле перегрузки, причем щирина ферромагнитных колец определ егс  из соотно1иени 

Ь, b qtj (ni - 1),

i де b-п.1ирина ферромагнитного ко.льца;

b,,-- ширина паза индуктора;

q - число пазов на полюс и фазу;

1 -зубцовый щаг;

m - число фаз.

Немагнитные кольца могут быть выполнены из диэлектрического материала, например фторопласта .

Целесообразно часть обмотки индуктора, расположенную со стороны участка с чередующимис  кольцами, защунтировать конденсаторами .

На фиг. 1 изображен двигатель электропривода , продольный разрез; на фиг. 2 сечение по .Л - А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - структурна  схема системы управлени  двигателем электропривода; на фиг. 5 - принципиальна  электрическа  схема электропривода.

Электропривод содержит асинхронный двигатель возвратно-поступательного движени , который состоит из цилиндрического зубчатого индуктора 1 с трехфазной обмоткой 2,  кор  3 с

короткозамкнутой обмоткой 4 и устройства дл  реверса  кор .

Индуктор 1 имеет магнитопровод 5, составленный из п - числа продольных пакетов, набранных из полос электротехнической стали с пазами дл  катущек многофазной обмотки 2. Пакеты магнитопровода жестко зафиксированы на концах, вместе с обмоткой пропитаны электроизол ционными смолами или лаком и вставлены внутрь цилиндрического корпуса 6 с охлаждающими ребрами жесткости. Катушки трехфазной обмотки 2 двух фаз в торцовой части индуктора защунтированы конденсатором Ci, показанным на фиг. 5, на длине не менее двух полюсных щагов индуктора.

С внутренней стороны индуктор с целью защиты обмоток двигател  от окружающей среды скважины имеет тонкостенную рубащку 7. Рубащка изготовлена методом спекани  из окиси алюмини ,  вл ющейс  изол тором и хорощим проводником тепла. На рубашку 7 надеты кольца 8. Их магнитна  проницаемость равна проницаемости материала .магнитопровода индуктора .

Каждое кольцо 8 расположено по середине зуба .магнитопровода индуктора.

Якорь 3 двигател  расположен внутри герметизированного тонкостенной рубашкой 7 индуктора 1 в подщипниках 9, установленных во фланцах 10 двигател . Якорь состоит из трех участков, которые по его длине имеют один диа.метр и соединены между собой жестко с помощью центрального стержн  11. Средний участок  кор  имеет короткозамкнутую обмотку 4 и выполнен из п-числа нродольных пакетов 12, набранных из полос электротехнической стали с профильными (открытыми, полузакрытыми , закрытыми) пазами 13. Короткозамкнута  обмотка 4  кор , образованна  за счет заполнени  электропровод щим материалом (медью, алюминием) кольцевых профильных пазов 13 и продольньгх пазов 14, представл ет собой многоступенчатую беличью клетку, св зывающую пакеты  кор  в монолитное тело. Один конец  кор  выполнен в виде втулки 15 из немагнитного материала, например фторопласта , длиной от трех и более полюсных щагов индуктора. Противоположный конец  кор  длиной от четырех и более полюсных щагов индуктора выполнен из чередующихс  между собой ферромагнитных 16 и немагнитных 17 колец . Ширина каждого ферромагнитного кольца 16 определ етс  из соотнощени 

Ь.„ Ь qtz(m- 1),

где b - ширина ферромагнитного кольца.

Ь„-щирина паза индуктора;

q - чис о пазов на полюс и фазу;

1г-зубцовый шаг;

m - число фаз.

Рассто ние между поперечными ос ми симметрии каждых двух ферромагнитных колец равно величине полюсного щага индуктора.

Конец  кор  с чередующимис  ферромагнитными и немагнитными кольцами может быть выполнен в трех вариантах.

Вариант 1. Ширина ферромагнитных колец выполнена переменной величины, котора  посто нно возрастает от средней части  кор  к его концу, а немагнитные кольца выполнены из диэлектрического материала, например, фторопласта . Этот вариант показан на фиг. 1. Вариант 2. Каждое ферромагнитное кольцо на концевом участке  кор  выполнено одинаковой ширины, равной ширине паза индуктора. Кольца расположены так, что в статическом состо нии двигател , они наход тс  напротив пазов индуктора, в которые уложены катушки только одной из фаз, например, фазы А трех4 )азной обмотки двигател . При этом немагнитные кольца имеют ширину 21;,+ Ь,, где i - зубцовый шаг индуктора, bj- ширина зуба индуктора. Вариант 3. Каждое ферромагнитное кольцо на концевом участке  кор  выполнено одинаковой ширины, равной . Кольца расположены так, что они перекрывают одновременно пазы индуктора, в которые уложены обмотки двух р дом расположенных фаз, например А и В, а кольца из немагнитного материала выполнены шириной t + bj,. Электропривод содержит также реверсивный блок 18, через который многофазна  обмотка двигател  подключена к цепи питани , блок управлени  19, соединенный с реверсивным блоком 18, фильтр-реле 20 симметричных составл юших тока, подключенный своим выходом к блоку управлени  19, и блок защиты 21 с реле перегрузки, причем выход реле перегрузки подключен к блоку управлени  19. Реверсивный блок 18 (см. фиг. 5) собран на тиристорах, включенных в две фазы. Причем управление тиристорами выполнено на герметизированных реле Р,, Р типа РМУГ. В блоке 18 установлены трансформаторы тока ТР:, TPj дл  питани  токовых реле зашиты PMi,PMj, РМП. Максимальные реле PMi и РМ использу ютс  дл  зашиты двигател  при значительных перегрузках, двигатель отключаетс  без выдержки времени. Реле перегрузки РМП предназначаетс  дл  отключени  двигател  по току в пределах J;;,,,, (перегрузки) 1,2-1,3 J, потребл емого в конце хода подвижного  кор . Первичные обмотки трансформатора тока ТР.з включены последовательно в главные цепи питани  двигател . Дл  подключени  фильтра симметричных составл ющих типа ФТ вторичные обмотки трансформатора тока ТРЗ соедин ютс  в звезду . При подаче несимметричной системы токов на входные зажимы фильтра-реле 20 фильтрреле не пропустит токов пр мой и нулевой последовательности, и в реле Ц и Р будет проходить ток, пропорциональный по величине только току обратной последовательности на входе фильтра. Блок управлени  19 обеспечивает реверс двигател  при достижении  корем крайнего правого или левого хода (нижнего или верхнего положени ), осуществл ет полное открытие тиристоров в цепи переменного тока, необходимое дл  работы силовых элементов в. роли, аналогичной контактору. Блок защиты 21 отключает двигатель при перегрузках, коротких замыкани х и обрыве одной из фаз. При подаче питани  двnгaтev ю по силовому кабелю в индукторе 1 создаетс  бегущее электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в короткозамкнутой обмотке 4  кор  3. Эта ЭДС создает электромагн)1тное поле  кор . В результате взаимодействи  полей  корь 3 перемещаетс  внутри индуктора 1. При вхождении в поле индуктора концевого участка с ферромагнитными кольцами 16 возникают силы одностороннего магнитного прит жени ,  корь 3 затормаживаетс  до полной остановки. При этом торможение происходит плавно, так как во взаимодействие вступают кольца, ширина которых возрастает. Силы магнитного прит жени  наиболее сильно развиваютс , когда паз индуктора перекрываетс  ферромагнитным кольцом. Так как ферромагнитные кольца 16 перекрывают одновременно несколько пазов, в которые уложены катушки фаз А и В, а также возможен случай, когда ферромагнитное кольцо перекрывает паз только одной фазы из трех,ТО это приводит к несимметричному режиму ра,боты двигател . Несимметричный режим работы двигател  может быть представлен в виде системы токов пр мой и обратной последовательности. При прохождении таких токов через фильтр-реле 20 на входе выдел етс  только ток обратной последовательности . Реле Р-. и Р.| срабатывают от данного тока и подают сигнал на осуществление реверса двигател  через блок управлени  19. В процессе движени  участка  кор  с ферромагнитными кольцами Гб наступает такой мо .мент, когда ферромагнитные кольца перекроют пазы с катушками, составл ющими часть фазной обмотки, котора  зашунтирована конденсатором . При этом наступает  вление резонанса токов цепи, котора  составлена из части фазной обмотки и конденсатора. При резонансе тока реактивна  проводимость конденсатора равна проводимости части обмотки фазы. В этом случае цепь обладает только свойствами цепи с активным сопротивлением. Резонанс достигаетс  за счет разной по величине магнитной проницаемости рабочей части  кор  и концевого участка. При резонансе измен етс  по величине фазный ток, чем достигаетс  изменение глубины несимметрии режима работы двигател . Это повышает надежность формировани  сигнала о положении  кор  в крайних точках. Когда в индуктор входит участок  кор , выполненный в виде втулки из сплощного диэлектрического материала, что эквивалентно увеличению воздушного зазора между  корем и индуктором, происходить резкое увеличение тока в обмотках двигател , причем этот тот по величине превосходит ток короткого замыкани  двигател  при наличии в поле индуктора среднего участка  кор . Следовательно, левый или правый ход  кор  различаетс  в первом случае посредством реле РЗ- и Р., во втором случае - посредством реле перегрузки РМП. Управление тиристорным переключателем осуществл етс  посредством реле Р, и Pj . В данном электроприводе конструкци  двигател  и система управлени  упрощены за счет

исключени  дог10лните,:1Ы1ых э.:1е.мёнтов управлени  и дополнительной линии св зи. Это об .тегчает выиолнить двигатель в погружном варианте и использовать его в скважинах дл  привода глубинных насосов норшневого типа. при добыче нефти и воды..

Формула, изобретени  ,

Claims (3)

1. Электропр 1вод, содержандий асинхронный ;1 з гатель -возвратно-иоступательного движени , состо щий из зубчатого индуктора с многофазной обмоткой, подключенной к цепи питани  через реверсивный блок, соединенный с блоко 1 уира.влени ,  кор  с короткозамкиутой обмотко;). датчиков положени  и блок защ.иты с i4:ie ;1ерегрузки, отличающийс , тем; что, с ue.ibjo х; 1ро11.;ни . «корь снабжен двум  ,играK ) po.ib датчиков положени  концевыми хчасгко.ми, o,i.i vr;. которых выполнен из немагHiiTHou материала, а другой - нз чередуюнднх; с  ti ферромагнитных колец, и к всде;; ф 11 ;i -.,: i) - p е.л с с .ч м м етр и ч н ы х сост а вл   ю1ДИХ тока, подключенный своим выходом-к блоку управлени , к которому подключен также выход реле перегрузки, причем ширина ферромагнитных колец определ етс  из соотношени  Ьм ..{m- 1),

где b -.ширина ферро.магнитного кольца; . Ь„- ширина паза индуктора;

q, - число пазов на полюс и фазу;

t 3y6uoBbm шаг;

m - число фаз.

2.Электропривод по п. 1, отличающийс  .те,м, что., немагнитные кольца выполнены из

диэлектрического .материала, например фторопласта . ,.

3.Электропривод но п. 1, отличающийс  тем, что часть обмотки индуктора, расположенна  со сто.роны участка с чередуюи.имис  кольцами , зашунтирована конденсатора.ми.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе;

- , Патент Франции №2056768, кл. .Н 02 К 41/00, 1971,

2. Патент Ш.веции №- 334409, кл, 21 d 23, 1971, :.

10

иг.. 2

Риг. 3

А г В С

Y

Ри&. I1 I r7 1 i Г Фаг.5 I