【精品】電機(jī)電氣畢業(yè)論文

1、隨著油出開采的要求不斷提高，傳統(tǒng)游梁式采油系統(tǒng)己經(jīng)難以適應(yīng)油出開采 中后期復(fù)雜的井況。并曲于潛汕螺桿泵在低轉(zhuǎn)速才可以有效的工作，而出異步電 機(jī)驅(qū)動(dòng)的潛汕螺桿泵采油系統(tǒng)因電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，難以適應(yīng)同粘度汕和高含砂油等 復(fù)雜井況。所以，研究低轉(zhuǎn)速、人扭矩、高效節(jié)能的潛油螺桿泵永磁同步電機(jī)勢 在必行。潛油螺桿泵專用稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)是一種立式的懸垂電機(jī)，它采用定、轉(zhuǎn) 了分段的細(xì)長結(jié)構(gòu)，各段定了鐵心z間用隔磁段銅片隔開，各段轉(zhuǎn)了z間用扶正 滑動(dòng)軸承支撐，由于轉(zhuǎn)子空間有限，永磁體內(nèi)嵌于轉(zhuǎn)子屮，定、轉(zhuǎn)子間裝有潤滑 汕。本文根據(jù)潛油螺桿泵專用稀土永磁電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并根據(jù)已知參數(shù)： 頻率，額定功率，額定電壓

2、，額定轉(zhuǎn)速，手算了電機(jī)參數(shù)。其次，利用matlab 程序，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)，指導(dǎo)電機(jī)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。然后，使用 autocad軟件進(jìn)行繪圖，畫出定轉(zhuǎn)子沖片。即采用36槽10極結(jié)構(gòu)，定了繞組為分?jǐn)?shù)槽繞組。曲于此種電機(jī)的主耍尺寸 比范圍較大，定子內(nèi)徑不易確定，木文參照類似等級的永磁電機(jī)定轉(zhuǎn)子尺寸計(jì)算 方法，確定主要尺寸。設(shè)計(jì)中分析了潛油螺桿泵用永磁屯機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及單段 電機(jī)與整體電機(jī)z間的機(jī)械和電磁關(guān)系。確定電機(jī)電磁方案后利用ansoft建立 電機(jī)的幾何模型，對電機(jī)進(jìn)行磁場分布的計(jì)算與仿真，得出了氣隙磁密、反電勢 等波形。通過設(shè)計(jì)該永磁電機(jī)，熟悉了調(diào)速永磁同步電機(jī)電磁計(jì)算程序。并與傳

3、統(tǒng)電 機(jī)相比較，認(rèn)識到了潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。更進(jìn)一步說明永磁電機(jī)在潛 油螺桿泵的應(yīng)用應(yīng)該得到進(jìn)一步的研究。關(guān)鍵詞：永磁電動(dòng)機(jī)，螺桿泵，matlab, ansoftabstractwith the constant deepening of oil exploitation, the conventional beam pumping system has been difficult to adapt to the complex well conditions of the latter oil exploitation. and because 讓s low speed of sc

4、rew pump can be effective in the work,but the submersible screw pump system driven by induction motor has high speed, so it is difficult to adapt to the oil with high viscosity and sand.submersible screw pump permanent magnet synchronous motor is a vertical hanging motor. it uses segmented and slend

5、er structure for the stators and rotors-the stators are separated by magnetic isolation sections of copper, the rotors are supported by centralizer bearing, because of the rotor space is limited, permanent magnet embedded in the body of the rotor, and the lubricating oil is filled between the stator

6、s and rotors.in this paper, according to its special rare earth permanent magnet motor screw pump of the special structure characteristics, and according to the known parameters: the frequency, the power rating, rated voltage, the rated speedj calculated overall structure design scheme motor by hand

7、.secondly,by using matlab, taking full advantage of the characteristics of computer,that is,quick and accurate,guide motor design scheme optimization. then, using autocad software drawing, draw the stator and rotor platethe prototype has ten poles and thirty-six stators lots and adopts fractional wi

8、nding slot. stat or inner diameter dimension of the motor is difficult to define because the range of slenderness ratio is very large.this paper refers to similar levels of permanent magnet motor stator size calculation method, confirming the main dimensions.in the design of screw pump, it analyzes

9、the structure characteristics of a permanent magnet motor, and single period of motor and integral motor of machinery and electromagnetic relations between them.after getting motor overall structural program,the computer simulation results.such as wave shape of air-gap magnetic field and wave shape

10、of no load back electromotive force are shown by ansoft according to its model.through the design of the permanent magnet motor,i am familiar with the permanent magnet synchronous motor speed electromagnetic computing .compared with the traditional motor, i have acknowledged the advantages of screw

11、pump permanent magnet motor.therefore,permanent magnet motor in its application of screw pump should be further researched.key words： permanent magnet motor, screw pump, matlab,ansoft摘 要錯(cuò)誤！未定義書簽。abstract錯(cuò)誤！ 未定義書簽。第一章緒論11潛汕螺桿泵的研究背景、目的及意義1.2國內(nèi)潛油螺桿泵專用永磁電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.3本課題的研究內(nèi)容第二章潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.1潛油螺桿泵

12、用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.1.2潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.3潛汕螺桿泵采汕原理2.2潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.2.1整體與單段電機(jī)的關(guān)系2.2.2主要尺寸與參數(shù)、性能的關(guān)系第三章潛油螺桿泵用永磁電機(jī)設(shè)計(jì)3.1電磁負(fù)荷的確定3.2主要尺寸的確定3.3電樞長度的確定3.4氣隙的確定3.5定子的設(shè)計(jì)351定子沖片的特點(diǎn)3.5.2定子繞組的特點(diǎn)3.6永磁材料的選擇與放置方式361永磁材料的選擇3.6.2永磁體尺寸的設(shè)計(jì)3.6.3永磁體的放置方式3.7本章小結(jié)第四章 基于ansoft軟件對潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的仿真4.1 ansoft工程軟件簡介4. 2

13、ansoft軟件對電機(jī)仿真過程結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝第一章 緒論1.1潛油螺桿泵的研究背景、目的及意義我國的油田人部分為低能、低產(chǎn)油，不像國外的油田擁有很強(qiáng)的口噴能力， 其不需?？孔⑺畞韷河统鼍?。在我國，以水換油、以電換油是冃前的現(xiàn)實(shí)，在我 國的石油開采成本屮，耗電費(fèi)用占了極大的比例。所以，石油行業(yè)十分重視節(jié)約 屯能，節(jié)省電耗就是直接降低石油的開采成本。機(jī)械采油作為常規(guī)的人丄舉升開采方式，由于其技術(shù)成熟便于掌握、工作性 能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)，因而在當(dāng)今世界各國油田生產(chǎn)屮占有舉足輕重的地位。特別 是油口開發(fā)的后期，機(jī)械采油已成為油山主要的人工舉升開采方式。忖前ttt界上 主要采用抽汕機(jī)和潛汕螺桿泵作為機(jī)械

14、采汕的主要舉升設(shè)備。在1=1前機(jī)械采油方式當(dāng)屮，使用較多的是有桿泵采油系統(tǒng)。隨著石油工業(yè)的 發(fā)展，現(xiàn)有桿泵采油系統(tǒng)己經(jīng)逐漸不適用丁那些高含砂井、稠油井、重負(fù)荷井等。 而潛油螺桿泵是一種井下大排量舉升石油的無桿采油設(shè)備，是油田一種重要的機(jī) 械采油設(shè)備山。我國采用的潛油螺桿泵舉升石油的實(shí)踐證明，潛油螺桿泵具有結(jié) 構(gòu)簡單、效率高、抽油量人、維護(hù)保養(yǎng)簡單方便、占地面積小、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控 制等特點(diǎn)，己經(jīng)成為我國油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和獲得更好經(jīng)濟(jì)效益的采油設(shè)備。0 前，我國各油山在用潛油螺桿泵數(shù)量已超過萬臺(tái)，根據(jù)技術(shù)發(fā)展預(yù)測，今后還會(huì) 更加廣泛地采用潛油螺桿泵舉升石油。利用潛油螺桿泵采油可以實(shí)現(xiàn)石油高產(chǎn)， 例如

15、大慶油田,到1988年底為止,潛油螺桿泵采油井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的16%,而采 油量占總數(shù)的37. 2%o勝利油田潛油螺桿泵釆油井?dāng)?shù)占7%,而采油量占總數(shù)的 20.9%o 1989年，我國潛油螺桿泵采油井?dāng)?shù)占全國總油井?dāng)?shù)的10%,但是采油量 占全國石油總產(chǎn)量的25%以上。這說明盡管我國潛油螺桿泵井不多，但是石油產(chǎn) 量占全國的四分之一®鐵在國外也同樣如此：其潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的效率已達(dá)42%,潛油螺桿泵適 應(yīng)溫度可達(dá)150攝氏度，應(yīng)用潛油螺桿泵開采的油井?dāng)?shù)約占總油井?dāng)?shù)的25%,而 產(chǎn)量卻達(dá)總產(chǎn)量的50%以上。圖1.1為螺桿泵外觀。圖1.1螺桿泵外觀對于復(fù)雜斷塊油出來說，油水井的對應(yīng)連通性差，部

16、分潛油螺桿泵井出現(xiàn)供 液不足，影響到潛油螺桿泵的正常生產(chǎn)及井下機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。為了延長電泵井的 檢泵周期，保證電泵井的正常生產(chǎn)，需要降低螺桿泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對泵的排量 進(jìn)行調(diào)節(jié)，使?jié)撚吐輻U泵的工作特性和油井的產(chǎn)能相匹配、電泵機(jī)組在最佳工作 區(qū)內(nèi)工作，達(dá)到減少機(jī)械及電氣故障、延長電泵井壽命、增產(chǎn)及節(jié)能的效果 7-10o由以上可得知，作為一種重要的采汕手段，潛汕螺桿泵的的地位已經(jīng)不可小 覷，而作為其主要組成部分潛油螺桿泵電動(dòng)機(jī)，它是潛油螺桿泵采油裝置中 保障機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，也是油出主耍的耗能設(shè)備z。其性能直接影響潛油 螺桿泵乃至電泵井的質(zhì)量和壽命，同時(shí)影響到原油產(chǎn)量及齊項(xiàng)采油成本。在目前的潛油螺

17、桿泵電機(jī)中主要有兩種：潛油螺桿泵專用稀土永磁同步電動(dòng) 機(jī)與異步潛油螺桿泵屯動(dòng)機(jī)。在性能上潛油螺桿泵專用稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步潛油螺桿泵電動(dòng)機(jī)和 比有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 運(yùn)行效率高。界步螺桿泵電機(jī)的效率較低，而永磁潛油螺桿泵電機(jī)效率 較咼。(2) 由于永磁潛油螺桿泵電機(jī)的氣隙磁場主耍是由轉(zhuǎn)子上的永磁體提供的， 而不是曲定了激磁電流提供，故采用永磁潛油螺桿泵電機(jī)可減少總供電電流，提 高了整個(gè)電網(wǎng)的供屯質(zhì)量。(3) 轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載而變化，運(yùn)行穩(wěn)定性高。異步螺桿泵電機(jī)存在轉(zhuǎn)差，由于 制造工藝的原因使得各節(jié)轉(zhuǎn)子在最佳工作點(diǎn)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差不相同，但是整個(gè)電動(dòng) 機(jī)是一根軸，使各節(jié)轉(zhuǎn)子硬性連接在一起，以同一個(gè)轉(zhuǎn)差

18、在旋轉(zhuǎn)，這使得有的轉(zhuǎn) 子單元過載，而有的轉(zhuǎn)子單元輕載，電動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行在最佳工作點(diǎn)，如果負(fù)載變 化時(shí)，情況會(huì)更加嚴(yán)重。過載的單元一旦出現(xiàn)故障，則整個(gè)電動(dòng)機(jī)將報(bào)廢。而對 于永磁潛油螺桿泵電機(jī)，在運(yùn)行過程中，只要電源頻率一定，其轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載的 大小而改變，各功率單元的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格一致，承擔(dān)的力矩也完全一樣，故其穩(wěn)定性 優(yōu)丁異步電動(dòng)機(jī)。(4) 永磁潛汕螺桿泵電機(jī)的體積和重量比同容量、同極數(shù)的異步螺桿泵電動(dòng) 機(jī)小。這不僅可以減少機(jī)械結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)減少了潛油螺桿泵電動(dòng)機(jī)的占地面 積。(5) 潛油螺桿泵專用永磁同步電機(jī)的控制相對于潛油螺桿泵異步電機(jī)要簡 單，并且其過載能力也比相應(yīng)的異步電機(jī)要大。由于電力公司對

19、用戶用屯的質(zhì)量要求越來越高，為了減少電磁污染，這使得 油da迫切需要采用高效的電動(dòng)機(jī)，通過對永磁潛油螺桿泵的結(jié)構(gòu)和性能分析，可 以預(yù)測高效的永磁潛油螺桿泵電機(jī)必然會(huì)被大面積的推廣和應(yīng)用。為此開發(fā)性能 高，節(jié)能效果好的永磁潛汕螺桿泵電機(jī)是十分必要的，而對其的結(jié)構(gòu)和性能分析 是必不可少的。綜上所述，潛油螺桿泵專用永磁同步電機(jī)取代潛油螺桿泵異步電機(jī)是一種必 然趨勢，不僅可以提高效率，節(jié)約能源，對于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重要意義。1.2國內(nèi)外潛油螺桿泵專用永磁電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢隨著世界范忤i內(nèi)許多油氣皿進(jìn)入開采中后期，機(jī)械采油所占的比例越來越 大。從h前所使用的機(jī)械采油設(shè)備來看，抽油機(jī)抽油釆油系統(tǒng)、電動(dòng)

20、潛油離心泵 (esp)采汕系統(tǒng)、單螺桿泵(pcp)采汕系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的3種，但這3種機(jī) 械采油設(shè)備都存在著一些不足，因此油氣開采工作者對于各種機(jī)械采油方法和 相應(yīng)設(shè)備的探索與實(shí)踐從未間斷12-13 o近年來，隨著永磁材料和永磁電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)和生產(chǎn)永磁電機(jī)越來越 受到國內(nèi)外的關(guān)注。永磁電機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)越性能并以其高性能，低噪音 等優(yōu)勢成為當(dāng)今電機(jī)行業(yè)的新寵。在低速人轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)領(lǐng)域永磁電機(jī)具有機(jī)械結(jié)構(gòu) 簡化、節(jié)能、低噪音、高性價(jià)而且無污染等優(yōu)點(diǎn)。美國和原蘇聯(lián)是生產(chǎn)和使用永磁潛油螺桿泵電機(jī)較多的國家，加拿人，發(fā)過 和挪威等國家也生產(chǎn)和應(yīng)用潛油螺桿泵，rr|i,美國在潛油螺桿泵技術(shù)方面，處

21、 于領(lǐng)先地位14。螺桿泵在20世紀(jì)30年代由法國科學(xué)家莫伊諾發(fā)明，繼而被廣泛地應(yīng)用于化 工、電力、造船、采礦、食品、紡織及環(huán)保污水處理等領(lǐng)域7。1926年，美國生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)潛油螺桿泵，直到50年代才開始大批投 入使用。目前，reda公司，contrilift公司，standard公司，0di公司，kobe 公司等均生產(chǎn)潛油螺桿泵。美國是世界上生產(chǎn)和應(yīng)用潛油螺桿泵最多的國家 15o潛油螺桿泵點(diǎn)擊作為潛油螺桿泵的重要組成成分，是隨著潛油螺桿泵的廣泛 應(yīng)用而逐步發(fā)展起來的。螺桿泵點(diǎn)擊最早是由蘇聯(lián)人a. s艾路托諾夫提出并首先 制造的，開始時(shí)用于抽地層中的水和油以及礦井里的水。1923年a.s艾

22、路托諾 夫?qū)⑵浣榻B到美國。1926年美國開始在坎降斯的魯塞爾汕cd應(yīng)用潛汕螺桿泵電 機(jī)，從此潛油螺桿泵電機(jī)開始在世界各地推廣應(yīng)用16 o美國研制和應(yīng)用了變頻驅(qū)動(dòng)潛油螺桿泵，利用變頻調(diào)速改變潛油螺桿泵電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變潛油螺桿泵的丁作性能，擴(kuò)大了使用范i韋17-18。近年來，美國reda公司、centrihft公司又研制了改進(jìn)型潛油螺桿泵變頻驅(qū) 動(dòng)裝置。reda公司改進(jìn)型變頻驅(qū)動(dòng)裝置，利用微機(jī)調(diào)制輸出電壓和頻率，具有 診斷和關(guān)閉等保護(hù)功能。centrilift公司改進(jìn)型變頻裝置，裝有數(shù)字顯示器， 增加了不平衡電流探測冋路19。reda公司開發(fā)出一種外徑尺寸為106. 68mm.額定功率為3

23、7 kw的減速器, 能夠在139.7mni套管內(nèi)將井下電機(jī)和螺桿泵連接起來.傳動(dòng)比為4 :1 ,使用4 極電機(jī)時(shí)，提供425 r/ min的輸出轉(zhuǎn)速，并通過一臺(tái)變頻裝置實(shí)現(xiàn)地而控制，即 進(jìn)行軟啟動(dòng)和速度微調(diào).目前，有20多套設(shè)備在加拿人的油井中運(yùn)行20-22。國外潛油螺桿泵電動(dòng)機(jī)向低速、變頻、節(jié)能、高效的方向發(fā)展。h前國外已 有永磁潛油螺桿泵電機(jī)的出現(xiàn)。我國從60年代初開始研究與應(yīng)用潛汕螺桿泵，出于種種原因中斷了研究和 使用多年。直到1976年，人慶油田引進(jìn)了美國第一批潛油螺桿泵，主要引進(jìn)了 美國雷達(dá)公司、森垂利夫特公司以及0di公司生產(chǎn)的潛油螺桿泵電機(jī)，均為三相 異步電動(dòng)機(jī)，并在油田取得較好

24、的使用效果z后，我國才又開始研究和生產(chǎn)潛油 螺桿泵23。1990年,我國使用潛油螺桿泵油井?dāng)?shù)已達(dá)到3600 口，擁有量達(dá)7000臺(tái)以上。 冃前，我國利用潛油螺桿泵采油，從設(shè)備擁有量和采油量來看，已經(jīng)成為僅次于 原蘇聯(lián)、美國和加拿大，居世界第四位的國家24。天津電機(jī)總廠在有關(guān)單位配合下，吸收國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，于1974年開始研制潛 油螺桿泵，并于1977年底研制出第一批潛油螺桿泵，電動(dòng)機(jī)功率為40kw;1979 年底研制的3套潛油螺桿泵，在大慶油出下井采油并取得成功。隨后在總結(jié)經(jīng)驗(yàn) 的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了多種規(guī)格排量的潛油螺桿泵，均取得了較好的使用效果和經(jīng) 濟(jì)效益。1984年，犬津電機(jī)總廠引進(jìn)了美國red

25、a公司潛油螺桿泵制造技術(shù)，目 前已能按reda公司標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際先進(jìn)水平的各種規(guī)格潛油螺桿泵。1998年 由遼河油田鉆采工藝研究院、沈陽工業(yè)大學(xué)和大連理t大學(xué)三方合作，成功地將 espcp系統(tǒng)投入生產(chǎn)試運(yùn)行。在120°c油溫、粘度3000mp s(50°c)的工況下, 系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)了 256天14。目前，天津電機(jī)總廠可生產(chǎn)耐溫50°c, 90°c 和120°c三種系列16種泵型共269種規(guī)格潛油螺桿泵，基本上滿足了我國各油 出采油需要。天津電機(jī)總廠生產(chǎn)的潛油螺桿泵，h前已經(jīng)在大慶、遼河、大港、 中原和勝利等陸地油田，渤海和南海等海洋油田，

26、四川巖鹽鹵井、大然氣井等方 面廣泛應(yīng)用，均取得了較好的使用經(jīng)濟(jì)效益。1.3本課題的研究內(nèi)容本文的核心內(nèi)容是設(shè)計(jì)潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的單段電機(jī)，介紹了電機(jī)設(shè)計(jì) 的過程及研究現(xiàn)狀。同時(shí)針對本文課題介紹了 ansoft,matlab等軟件的用法。 為實(shí)現(xiàn)更髙的效率，結(jié)合該電機(jī)單元的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)，進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)與計(jì)算。 先筆算，按傳統(tǒng)永磁電機(jī)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，再用matlab程序進(jìn)行改進(jìn)， 快速反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)，把各個(gè)參數(shù)不斷優(yōu)化，以達(dá)到合適的范圍，完成電機(jī)單元的 電磁計(jì)算。然后用autocad將電機(jī)的定轉(zhuǎn)子沖片畫出，根據(jù)電磁方案結(jié)果進(jìn)行 ansoft仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)合圖形驗(yàn)證其各方面特性，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的總

27、結(jié)。第二章潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.1潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.1潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的潛油螺桿泵電動(dòng)機(jī)普遍采用細(xì)長結(jié)構(gòu)的兩極三相鼠籠式異步機(jī)，為立 式放置。其定子由非磁性物隔開的多段鐵芯組成，即把定子分成多段結(jié)構(gòu)，各段 之間不導(dǎo)磁。為便于制造，轉(zhuǎn)子也被分成許多節(jié)，轉(zhuǎn)子節(jié)之間放置軸承以防止定 轉(zhuǎn)子偏離。長期的t程實(shí)踐表明這種異步機(jī)存在各段轉(zhuǎn)子功率分配不均、轉(zhuǎn)差率 不同等問題，沒有實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)完全獨(dú)立，大大縮短了電機(jī)的使用壽命。而且很 難保證電機(jī)氣隙的均勻度，定轉(zhuǎn)子極易產(chǎn)生摩擦，而且一口定子發(fā)生故障，整個(gè) 電機(jī)將不能工作。無磁性區(qū)域的存在也使得電機(jī)的端部漏

28、抗增大。圖2.1兩極三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)永磁潛油螺桿泵電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2. 2所示圖2.2永磁潛油螺桿泵電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖因?yàn)榫绿厥獾沫h(huán)境，永磁電動(dòng)機(jī)的細(xì)長比非常大，為解決超細(xì)長比結(jié)構(gòu)引 發(fā)的工藝制造難以實(shí)現(xiàn)的問題，本文采用一種單元組合式永磁電動(dòng)機(jī)，來代替超 細(xì)長比例電機(jī)，將傳統(tǒng)超細(xì)長比的電機(jī)分成若干常規(guī)的小電機(jī)，將這些小電機(jī)稱 為單元屯機(jī)，單元電機(jī)組合起來并聯(lián)運(yùn)行，這些單元電機(jī)各自獨(dú)立，像電池一樣 頭尾緊密相連組合在一起，功效上等效于一臺(tái)大永磁電動(dòng)機(jī)。采用螺桿泵直驅(qū)永磁單元電機(jī)組合運(yùn)行簡單方便，節(jié)省了安裝成木。而分段 式的結(jié)構(gòu)不但簡化了工藝，也更方便下線。根據(jù)實(shí)際情況需要的轉(zhuǎn)矩大小，選擇 單元電

29、機(jī)臺(tái)數(shù)，總輸出轉(zhuǎn)矩為各單元電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩之和。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及效果為: 單元紐合式永磁電動(dòng)機(jī)能夠單獨(dú)存在并可以任意組合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械和電磁完全獨(dú) 立；很好地解決了超細(xì)長比結(jié)構(gòu)電機(jī)的制造、運(yùn)行以及維修問題。永磁潛油螺桿泵電機(jī)主要由以下p4部分組成o(1) 定子:為驅(qū)動(dòng)潛油螺桿泵抽取原油，永磁電機(jī)要卜到套管內(nèi)徑非常小的油 井內(nèi)，因而其外徑受到限制，取值很小。單元電機(jī)定子鐵芯由沖片通過焊接技術(shù) 疊壓成型，由于電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)特殊，定子鐵芯的定子沖片輒部外側(cè)開有三種槽， 第一種是用于三相電源線的走線，第二種是用于壓緊硅鋼片的銅導(dǎo)條通過，第三 種是用于連接兩端蓋的螺釘通過。(2) 轉(zhuǎn)子：電機(jī)轉(zhuǎn)子由磁鋼、磁極、扶

30、正軸承、推力軸承、軸等紐成。轉(zhuǎn)子由 多個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊拼接成型，轉(zhuǎn)子扇形塊通過螺釘直接同定在轉(zhuǎn)軸上，相鄰轉(zhuǎn)子扇 形塊z間安裝有永磁體。各單元電機(jī)的上端蓋通過扶正軸承與與前一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn) 軸相連接。扶正軸承是用于支撐各單元電機(jī)的，有助于提高電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。 因?yàn)橛辛朔稣S承，定子與轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生摩擦，氣隙也均勻。扶正軸承是由銅套 和鋼套兩部分構(gòu)成。(3) 上、下接頭:永磁潛汕螺桿泵電機(jī)的上接頭又叫電機(jī)頭，用來安裝止推軸 承，限制轉(zhuǎn)子的軸向運(yùn)動(dòng)及引出電機(jī)定子繞紐與電纜連接的引出線;下接頭主要 用來密封電機(jī)內(nèi)腔及連接星點(diǎn)或測試引出線。(4) 止推軸承:永磁潛油螺桿泵電機(jī)是一種立式懸垂電機(jī)，為了承受整個(gè)轉(zhuǎn)子

31、 的垂量，使電機(jī)轉(zhuǎn)子在固定位置上正常工作，在電機(jī)的上接頭里裝有一個(gè)滑動(dòng)軸 承，它除了承受轉(zhuǎn)子的重外，還可以承受由于轉(zhuǎn)軸的偏置而產(chǎn)生的徑向拉力，這 個(gè)軸承就是止推軸承。它也是出兩部分組成:靜塊和動(dòng)塊。固定在電機(jī)上接頭里 的部分是靜塊，與轉(zhuǎn)軸固定在一起且共同旋轉(zhuǎn)的是動(dòng)塊。止推軸承正常工作磨損 較少，但如果設(shè)計(jì)不合理、組裝不正確、定轉(zhuǎn)子鐵心沒對齊，將會(huì)受到單邊磁拉 力，磨損往往很嚴(yán)重，甚至可能在極短時(shí)間內(nèi)完全燒毀。2.1.2潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)永磁潛油螺桿泵電機(jī)是潛油螺桿泵專用的電動(dòng)機(jī)，除了具有普通三相電動(dòng)機(jī) 的特點(diǎn)外，乂有自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(1) 細(xì)而長的結(jié)構(gòu):永磁潛汕螺桿泵電機(jī)要下到套管

32、內(nèi)徑為0. 127 一 0. 340m 的油井內(nèi)驅(qū)動(dòng)潛油螺桿泵抽取原油，因而其外徑受到限制。眾所周知，當(dāng)電機(jī)的 外徑確定后，其功率的大小將由長度來決定。因此為保證永磁潛油螺桿泵電機(jī)具 有一定的負(fù)載能力，使其有足夠的輸岀功率只能靠增加電機(jī)的長度。普通電動(dòng) 機(jī)定子鐵心長徑比-般為1左右，而潛油螺桿泵電機(jī)的定子鐵心長徑比為50左 右，甚至更高。(2) 定、轉(zhuǎn)子分節(jié):永磁潛油螺桿泵電機(jī)細(xì)長的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了必須加強(qiáng)轉(zhuǎn) 子的支撐，為保證潛油螺桿泵電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性并考慮到制造細(xì)長整體轉(zhuǎn)子 的怵i難，以及電機(jī)氣隙均勻、定轉(zhuǎn)子不會(huì)摩擦，永磁潛汕螺桿泵電機(jī)轉(zhuǎn)子采用多 支點(diǎn)的徑向支承，支承點(diǎn)就是扶正軸承。整個(gè)

33、轉(zhuǎn)子由多節(jié)相同的小轉(zhuǎn)子串聯(lián)組成， 每節(jié)轉(zhuǎn)子就是一個(gè)小電機(jī)，每兩節(jié)z間放置扶正軸承。每節(jié)轉(zhuǎn)子的長度取決于轉(zhuǎn) 軸的撓度。永磁潛油螺桿泵電機(jī)的定子鐵心也具有分節(jié)的特點(diǎn)，由磁性材料硅鋼 片和非磁性的銅片交替疊壓而成，并壓入細(xì)長的機(jī)殼內(nèi)。根據(jù)轉(zhuǎn)子節(jié)和扶正軸承 的長度，每疊壓一段硅鋼片后，疊壓一段銅片，作為扶正軸承支承處的無磁性區(qū) 域。組裝時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子節(jié)與定子的定子鐵心硅鋼片段是平齊的，整個(gè)永磁潛油 螺桿泵電機(jī)是由數(shù)個(gè)相同的小永磁同步電動(dòng)機(jī)串聯(lián)而組成的。(3) 特殊的油路循環(huán)系統(tǒng):永磁潛油螺桿泵電機(jī)氏期工作于油井中，環(huán)境溫度 高，轉(zhuǎn)子采用多點(diǎn)徑向支承，徑向支承大多位于定、轉(zhuǎn)子之間，軸承空隙很小， 因此永

34、磁潛油螺桿泵電機(jī)各部分的散熱和潤滑就顯得十分必要和重要。必須加強(qiáng) 各部件的冷卻和潤滑。所以永磁潛油螺桿泵電機(jī)屮設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊的油路，以對 它進(jìn)行冷卻和潤滑。1) 油路循環(huán)系統(tǒng)的組成：油路循環(huán)系統(tǒng)主要有循環(huán)動(dòng)力源、油道、流體介質(zhì) 等組成。在最初的潛油螺桿泵電機(jī)設(shè)計(jì)中，油路循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力源是由設(shè)置 在上部或下部與轉(zhuǎn)軸固定在一起的特殊的打汕葉輪捉供的。隨著潛汕螺桿泵電機(jī) 設(shè)計(jì)的更新?lián)Q代，到上世紀(jì)80年代，其動(dòng)力源是由上部改進(jìn)后的止推軸承提供 的；油路循環(huán)的油道是由轉(zhuǎn)軸的空心腔、徑向軸孔及氣隙等連通而成的；其流體介 質(zhì)是特殊的潛油螺桿泵電機(jī)潤滑油，這種潤滑油不僅要具有一定的粘度，還得具 有較高的絕

35、緣強(qiáng)度等級。2) 油路循環(huán)過程：永磁潛油螺桿泵電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，密封在電機(jī)內(nèi)部的潤滑 汕隨著轉(zhuǎn)子帶動(dòng)止推軸承的動(dòng)塊旋轉(zhuǎn)，將氣隙中的電機(jī)潤滑汕強(qiáng)引通過轉(zhuǎn)軸的徑 向油孔壓入轉(zhuǎn)軸的空心腔內(nèi)，再從其上端出口流回到氣隙中去。這樣:氣隙轉(zhuǎn)軸 的軸孔一轉(zhuǎn)軸的上端出口一氣隙，形成了油路循環(huán)的閉合凹路。循環(huán)的不間斷往 復(fù)，不但潤滑了電機(jī)內(nèi)部的齊種運(yùn)動(dòng)部件，同時(shí)又把電機(jī)內(nèi)部大量的熱量通過電 機(jī)的兩端及定子鐵心傳給機(jī)殼散到油井的井液中去了，實(shí)現(xiàn)了潤滑和冷卻的雙重 的。(4) 永磁潛油螺桿泵電機(jī)的串聯(lián)運(yùn)行：由于電機(jī)的細(xì)長結(jié)構(gòu)，耍整體制造大功 率的永磁潛汕螺桿泵電機(jī)，其長度是可想而知的，不但給電機(jī)的有關(guān)部件(如轉(zhuǎn) 軸、機(jī)

36、殼)的制造帶來工藝上難以實(shí)現(xiàn)的困難，而且給安裝、運(yùn)輸帶來很多不便, 所以大功率的永磁潛油螺桿泵電機(jī)是由相同規(guī)格的兩臺(tái)或是多臺(tái)功率相同或不 同的永磁潛油螺桿泵電機(jī)串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。立子繞組z間的連接多采用插入式連接 方法，軸與軸z間則采用花鍵套連接，首尾的連接則采用法蘭連接。2.1.3潛油螺桿泵采油原理潛油螺桿泵采油系統(tǒng)主要由以下兩人部分組成：(1) 井上部分：主耍包括控制箱、接線盒、變壓器等；(2) 井下部分：主要包括螺桿泵、保護(hù)器、潛汕電機(jī)、控制器、齒輪減速器 和井下傳感器等。其中，潛油電機(jī)是潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的動(dòng)力核心，它是保證 整個(gè)采油系統(tǒng)正常t作的關(guān)鍵，其工作性能的優(yōu)劣將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)

37、量、壽 命、產(chǎn)量以及成本。潛油螺桿泵采油系統(tǒng)工作原理：潛油螺桿泵采油系統(tǒng)將螺桿泵、電機(jī)、減速 器、撓性軸、保護(hù)器和屯纜下入井內(nèi)，螺桿泵與油管、地面管線連接6,由地 面電源產(chǎn)生的電力經(jīng)變圧器、控制柜和接線盒電纜傳至井下的潛油電機(jī)，潛油電 機(jī)經(jīng)減速器和撓性軸驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)動(dòng)，抽取井液并增壓后曲汕管輸送到地面7 o2. 2潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)永磁潛油螺桿泵電機(jī)連續(xù)工作在數(shù)千米深的井下，環(huán)境比較惡劣，具有高溫、 高壓和腐蝕性等特點(diǎn)，對電機(jī)的正常工作影響很大。冃前，我國生產(chǎn)的潛油螺桿 泵電機(jī)一般釆用f級絕緣，其最高容許溫度為155°c,適合在溫度為50°c-100°

38、c 的井下工作。由于永磁潛油螺桿泵電機(jī)在結(jié)構(gòu)和使用方面具有以上特點(diǎn)，故在電 磁設(shè)計(jì)方面也有其特殊性22, 23 o2. 2. 1整體與單段電機(jī)的關(guān)系從結(jié)構(gòu)和原理上看，整臺(tái)永磁潛油螺桿泵電機(jī)相當(dāng)于一組同軸的多臺(tái)小同步 永磁屯動(dòng)機(jī)，我們將這些結(jié)構(gòu)形狀、尺寸以及性能完全相同的電動(dòng)機(jī)，稱為單段 電機(jī)。各單段電機(jī)定子繞組間以串聯(lián)方式聯(lián)接。由于電機(jī)長細(xì)比很人，故可忽略 繞組端部對電機(jī)的影響。這樣，由多個(gè)單段電機(jī)構(gòu)成的整體電機(jī)與單段電機(jī)之間 存在著以下關(guān)系：(1) 整體電機(jī)額定功率為所有單段電機(jī)額定功率z和。(2) 整體電機(jī)與單段電機(jī)的額泄電流相同，而整體電機(jī)額定電壓為各單段電 機(jī)額定電壓之和。(3) 整體

39、屯機(jī)電參數(shù)標(biāo)么值及主要性能指標(biāo)(如效率、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、及溫升 等)與單段電機(jī)和同。由此可見，只要使單段電機(jī)性能最佳，則整體電機(jī)性能必然最佳。所以，設(shè) 計(jì)永磁潛油螺桿泵電機(jī)時(shí)可從設(shè)計(jì)單段電機(jī)著手，這樣做不僅給設(shè)計(jì)工作帶來方 便，而且可由此單段電機(jī)派生岀多種規(guī)格的永磁潛油螺桿泵電機(jī)，以滿足不同油 井的需要。2.2.2主要尺寸與參數(shù)、性能的關(guān)系與一定規(guī)格油井套管配套使用的潛油螺桿泵電機(jī)，其機(jī)殼外徑尺寸基木上是 一個(gè)定值，而與其相應(yīng)的定子鐵心外徑尺寸也基本上為立值。設(shè)計(jì)永磁潛油螺桿 泵電機(jī)時(shí)，如選擇相同的氣隙磁通密度乞和電流密度j,則大體上有如下關(guān)系:(1)電機(jī)功率p與長度l成正比，即pxl,電機(jī)有效

40、材料的重量g,成本c及電機(jī)損耗工卩與長度l成正比，即 goccocypocl而單位功率的有效材料重成木£及損耗 r 與長度l 厶ppp無關(guān)。當(dāng)電樞直徑卩和繞組每相串聯(lián)匝數(shù)n 定時(shí)，則電機(jī)的定子屯阻，直 軸x和交軸電抗乙和漏抗乙均與長度l成正比，即r嚴(yán)xjgxqxx嚴(yán)l,通常取zti=為阻抗基值，znocl,故電機(jī)電阻、交、直軸電抗和漏抗的表么值 iljfl1 n與長度l無關(guān)。(4) 因參數(shù)決定性能，故在上述條件下，永磁潛油螺桿泵電機(jī)的主要性能指 標(biāo)也與長度l無關(guān)。第三章潛油螺桿泵用永磁電機(jī)設(shè)計(jì)由于潛油螺桿泵用永磁電機(jī)的特殊的工作環(huán)境及永磁電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，確定 了其特殊的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.

41、 1電磁負(fù)荷的確定根據(jù)電機(jī)電磁原理，在電機(jī)的兒何尺寸確定的情況下，電磁負(fù)荷a與氣隙磁 密心決定著電機(jī)的主耍參數(shù)。運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，應(yīng)從電機(jī)綜合技 術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)來選取最合適的a與心以便使制造和運(yùn)行的總費(fèi)用最小，而且 性能良好26 o溫度對電動(dòng)機(jī)定子電阻影響很人。繞組的電阻率p“。與其溫度存在以卜.關(guān) 系：幾=.751 + 0.04（一l）x0rs = pcu 式中，t為繞組的溫度，為定子相電組，i為繞組的長度；s為繞組的截 面積。而定子電阻對電機(jī)的性能影響很人。溫度對永磁潛油螺桿泵電機(jī)性能的影響 如表3.1所示。從表3.1中可以看出隨著電機(jī)溫度的升高，定子繞阻阻值變大， 電機(jī)的最人轉(zhuǎn)

42、矩倍數(shù)、效率降低，定子繞組電流密度變?nèi)?。由于潛油螺桿泵電機(jī) 的工作環(huán)境非常惡劣，油井的溫度一般都在50°c以上，月散熱條件很差，所以 在設(shè)計(jì)永磁潛油螺桿泵電機(jī)時(shí)，應(yīng)盡量減小電機(jī)的熱負(fù)荷以減小永磁潛油螺桿泵 電機(jī)的溫升。溫度/k定子電阻/q最人轉(zhuǎn)矩倍數(shù)效率/%電流密度/j3731.6282.11286.44.603931.7211.99482.14.684231.8611.82777.34.86表3.1溫度對永磁潛油螺桿泵性能的影響由于永磁潛油螺桿泵電機(jī)工作時(shí)與變頻器配套使用，其額趙頻率為25iiz,鐵 耗p.ocb2（al故在設(shè)計(jì)低速永磁潛油螺桿泵電機(jī)時(shí)可適當(dāng)增大氣隙磁密50禺。tx

43、b§xi ,對于轉(zhuǎn)矩一定的永磁潛油螺桿泵電機(jī)，只要適當(dāng)增加永磁體的 用量就可以提高永磁電機(jī)的氣隙磁密從而降低定子電流i,定子繞組電密j 也隨之降低，電樞單位表面上的銅耗減小，繞組溫升降低【27 o定子繞組溫度變低則電機(jī)定子繞阻阻值變小，電機(jī)的最人轉(zhuǎn)矩增人，效率變 高。這對工作環(huán)境溫度較高門需要高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的永磁潛油螺桿泵電機(jī)是非常有利 的。3. 2主要尺寸的確定根據(jù)潛油螺桿泵永磁電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書屮給出的額定數(shù)據(jù)，電機(jī)的額主數(shù) 據(jù)為：功率p訐12. 5kw,額定線電壓山二610v,頻率f二25hz,相數(shù)m =3極 對數(shù)p二5,額定轉(zhuǎn)速n、二300r/mino永磁潛油螺桿泵電機(jī)的主要尺寸

44、的確定，跟普通的屯機(jī)不同。普通電機(jī)在選 定線負(fù)荷a和氣隙磁密b亦,即可初步確定電機(jī)的有效體積d爲(wèi)。再查表或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定主要尺寸比久，由此可以確定定子沖片內(nèi)徑電機(jī)的 有效長度。對于永磁潛油螺桿泵電機(jī)來講，久的值遠(yuǎn)大于普通電機(jī)，不容易估 計(jì)，故需要采取另一種方法來確定永磁潛油螺桿泵電機(jī)的主要尺寸。對于固定的油井，可以確定潛油螺桿泵電機(jī)的定子外徑。電機(jī)的氣隙磁密 b§,定了齒磁密3“和定了軌磁密的變化范圉很小，故可以把它們看作常數(shù)。 潛油螺桿泵電機(jī)定子線徑校大，規(guī)格較少。其導(dǎo)線主要規(guī)格如表3. 2。導(dǎo)線裸徑/mm1.531.721.952.002.212.492.81導(dǎo)線絕緣后線徑/mm1

45、.882.082.302.362.562.8637衣3.2常用潛油螺桿泵電機(jī)定子繞組線規(guī)潛油螺桿泵電機(jī)槽有效面積較小，定子線徑較大，導(dǎo)致每槽導(dǎo)體數(shù)較小，一 般為4-8,因?yàn)橛来艥撋锹輻U泵電機(jī)定子為雙層疊繞組，故只能取4, 6或8, 所以可假設(shè)電機(jī)的每槽導(dǎo)體數(shù)n、.和導(dǎo)線絕緣后的線徑彳已知，貝山定子齒寬：7idixb3lef=qb八昭丄、定子轆高：h = b 心 g八一 2厶心巧定了齒高：_ du _2（婦 +/?（）j卄-2其中如為定子槽口高度，可取0.5-0.8mm。槽面積為：a _(兀(d、一 2hj)l q - » +(也/ qj bfl)x(hfl -h0l)d =s2槽絕緣

46、面積為： a = c£2hn + 兀(d - 2/tjj/ q -hti +(碼/ qx -ba) 槽有效面積為：aef=asai槽滿率為：在計(jì)算時(shí)給定d”初值，則可以計(jì)算出槽滿率sy對于永磁潛油螺桿泵電機(jī) 由于下線方式為穿線，槽滿率在50%左右。如果»不合適，則調(diào)整直到槽 滿率在合適的范圍。33電樞長度的確定根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)中主要尺寸基木方程式：吊必二 6.1 匯 心pn%k 葉心腫§ zvcos%則：, pn 心i f = x"dy。族 cos%其中：lef «la ； a為線負(fù)荷a/m； %為額定功率；cos%為額定功率因數(shù)； 仃為電樞長度；

47、心為額定負(fù)載時(shí)感應(yīng)電勢與端電壓的比值，=0.8-0.94； nc 為同步轉(zhuǎn)速；匕為計(jì)算極弧系數(shù)，對于電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)匕=耳笑(b為電動(dòng) 機(jī)極靴弧長)；k%為氣隙磁場波形系數(shù)；k如為繞組系數(shù)。在給定pn、%及cos%,確定d門后，選擇系數(shù)、心”、k如1及電 磁負(fù)荷a和飲，由公式(3.11)可計(jì)算出電樞長度。電機(jī)額定相電壓為：t1 _ 2.22fz侏k曲0尹、1 葉 u n =式中：z©】為每項(xiàng)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)；行為極距。注意:永磁潛汕螺桿泵電機(jī)的額定電壓為非標(biāo)準(zhǔn)值，隨著永磁潛汕螺桿泵電 機(jī)節(jié)數(shù)的增多，其額定電壓成比例增大。3. 4氣隙的確定氣隙通常選取的盡可能小，以屯機(jī)抗去磁能力考慮，較小的

48、值可以提高永 磁體抗去磁能力。但是氣隙不能太小，除了與制作和裝配工藝的限制有關(guān)，諧波 磁場和諧波漏抗會(huì)因氣隙過小而變大。氣隙過小后，最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小， 電機(jī)的溫度升高，噪聲也將變大。一般來說，氣隙取決于定子內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子長度和軸的內(nèi)徑。因?yàn)槎松w、鐵芯等 在加工和裝配時(shí)都會(huì)有一定的偏差，而軸的撓度取決于軸的直徑和軸承間的距 離。主轉(zhuǎn)子裝配在一起z后，定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓的芯度不同導(dǎo)致氣隙不均，其 值對電機(jī)的運(yùn)行性能有很大的影響?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式來求5：5 = 0.3(0.4 + 77)x107厶為每段單元鐵心長度。而對于永磁同步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子上永磁體的存在使氣隙磁場的諧波含量很 大，為減小過大的雜散

49、損耗，降低電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)與噪聲和便于電動(dòng)機(jī)的裝配，其 氣隙長度5般比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙大0. 1-0. 2mmo適當(dāng)增大電機(jī)氣隙還 可以減小定子漏抗和屯機(jī)同步電抗.提高電機(jī)的性能最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，也使得屯機(jī) 的效率變高28。3. 5定子的設(shè)計(jì)由于電磁負(fù)荷a和禺選定后，潛汕螺桿泵電機(jī)的主要性能指標(biāo)與電樞長度無 關(guān)，故單段電機(jī)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)將集屮于定子沖片設(shè)計(jì)。由于永磁潛油螺桿泵電 機(jī)極數(shù)較多，且轉(zhuǎn)子上有永磁體的存在，使得此種電機(jī)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)跟一般 的2極三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)有很大的不同。3.5. 1定子沖片的特點(diǎn)永磁潛油螺桿泵電機(jī)定子沖片的特點(diǎn)2比值較大，軌部高度和對較小。d、一般的潛油螺桿泵

50、電機(jī)是兩極結(jié)構(gòu)，極距較大，扼部高度需較大，而對于多 極永磁潛油螺桿泵電機(jī)，極距較小，轆部髙度應(yīng)較小。曲極距計(jì)算公式：可知在定子內(nèi)徑不變的情況下，電機(jī)的極對數(shù)p越大，極距耳越小。h u皿 八2陷幾其小，b血為氣隙平均磁密；巧加為定子扼部平均磁密；為疊壓系數(shù)，你為轆部計(jì)算高度。由(3. 14), (3. 15)式得:為充分有效的利用鐵磁材料，可以看出，在定子饑部平均磁密3脅和氣隙平 均磁密加基本不變的情況下，屯機(jī)的極對數(shù)p與軌部計(jì)算高度仏成反比；即p 越大，轆部計(jì)算高度你越?。环粗?，電機(jī)的極對數(shù)p越小，轆部計(jì)算高度你越人。也就是說p越大，鳥 的比值越人；反之，p越小，2的比值越小。故對 0d、于多

51、級電機(jī)，軌部計(jì)算高度仏相對較小，但另一個(gè)問題必須被考慮，即仏的確 定不應(yīng)只考慮保證轆部磁密在合適的范圍，更應(yīng)保證饑部有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。電動(dòng)機(jī)有效體積i。是指定子內(nèi)徑的平方與鐵芯有效長度lef的乘積，可用 公式表示為：電動(dòng)機(jī)的實(shí)際體積：v =嘰而力矩tvef,對于多級電機(jī)，蟲的比值較大，有效體積匕與實(shí)際體積vd,f的比值大，在輸岀力矩相等的情況下，適當(dāng)增大q可以使減小，從而節(jié)省了 材料，降低了電動(dòng)機(jī)的制造成本。3. 5. 2定子繞組的特點(diǎn)一般的異步潛油螺桿泵電機(jī)，定子繞組采用單層同心式。為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的多極 （低轉(zhuǎn)速），一般悄況下只要將定子外徑加人，在定子上多開一些槽就可以了，但 由于潛油螺桿泵電機(jī)

52、的定子外徑受到限制，不能像普通電機(jī)一樣在其定子上開出 較多的槽。如潛油螺桿泵電機(jī)的套管內(nèi)徑是0. 125m,電機(jī)外徑是0. 114m,電機(jī) 定子芯片外徑只能是0. im左右，故一般的兩極潛油電機(jī)定子開18個(gè)槽。潛油螺 桿泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)則需要較低的轉(zhuǎn)速。此電機(jī)的定子沖片為36槽結(jié)構(gòu)，要得到 較低的轉(zhuǎn)速，首先要設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)槽繞組。由于分?jǐn)?shù)槽繞組起到了增大q值的效果， 對削弱齒諧波有一定的作用，同時(shí)也能獲得對稱的三相電勢。因此，分?jǐn)?shù)槽繞組 在三相交流電機(jī)中具有實(shí)用意義。分?jǐn)?shù)槽繞組是雙層繞組的一種特殊形式，它的線圈數(shù)等于槽數(shù)，而每相的極 組相數(shù)等于極數(shù)。由于每極每相槽數(shù)q為分?jǐn)?shù)，所以每極相組中的線圈數(shù)必須化

53、 零為整、平衡分配、合理分布，使繞組的排列與整數(shù)槽一樣，基木符合磁路上的 對稱。在生產(chǎn)實(shí)際中，每相在每一個(gè)極卜所占的槽數(shù)只能是整數(shù)，不可能是分?jǐn)?shù)。 所謂的分?jǐn)?shù)槽繞組，事實(shí)上是每相在每個(gè)極下所占有的槽數(shù)不相等，而q實(shí)際上 是一個(gè)平均值。分?jǐn)?shù)槽繞組應(yīng)該獲得對稱的三相電勢，即每相電勢的數(shù)值相等，相位互差 120。電角度。但是，不是任何槽數(shù)乙與極對數(shù)p的配合都能達(dá)到這一目的，它的 對稱條件是:每極每相槽數(shù)q = zj2mp = b + cld中的d必須不是3或3的倍數(shù)。 分?jǐn)?shù)槽繞組的特點(diǎn)是以少數(shù)的槽獲得相當(dāng)于多槽的分布系數(shù)。特別是在一些多極 低速的電機(jī)屮，由于每極每相槽數(shù)較少，因此電勢波形不夠理想。若

54、采用了分?jǐn)?shù) 槽繞組后，使每極每相槽數(shù)q = b + c/d也可得到q = bd + c相同的分布效果。經(jīng)過分析，樣機(jī)定子采用10極36槽結(jié)構(gòu)。分?jǐn)?shù)槽繞組可利用槽屯動(dòng)勢相量 星形圖分析。分?jǐn)?shù)槽繞組槽電動(dòng)勢相量星形圖與整數(shù)槽繞組有所不同：整數(shù)繞組 中一對磁極卜的槽電動(dòng)勢相量均勻地分布在360°屯角度范圍內(nèi)，并組成一個(gè)完整 的星形圖，而分?jǐn)?shù)槽繞組中需要p對磁極下的21個(gè)槽電動(dòng)勢相量才能組成一個(gè) 完整的槽電勢星形圖，圖3.3為p = 5,乙=36的分?jǐn)?shù)槽繞組電勢向量圖。對于通常的60°和帶的三和繞組，每-對極下，有6個(gè)和帶的線圈數(shù)，此時(shí) 各個(gè)相帶的線圈數(shù)將不相等，在分?jǐn)?shù)槽疊繞組中通

55、常相差一個(gè)線圈。如果 q = z /2mp = b + c/d ,其屮，。=1或0 = -1,則每一，次循環(huán)屮有d個(gè)線圈組， 其中c個(gè)人線圈組，每組有b + 1個(gè)線圈；d-1個(gè)小線圈組，每組有b個(gè)線圈。本電機(jī) q = = 1 丄，b = 1 c = l, d=52x5x35循環(huán)規(guī)律為：c = l個(gè)大線圈組，由b + l = 2個(gè)線圈，d-1 = 4個(gè)小線圈組，由 b = 1個(gè)線圈，獲得循環(huán)數(shù)為：(2,1,1,1,1)。圖3.31()極36杷分?jǐn)?shù)杷i繞組電勢向童圖前而提到，60°相帶的三相繞組，每一對極下有6個(gè)相帶的線圈數(shù)，依此畫 分配表,如表3.4。表3. 4分?jǐn)?shù)槽繞組槽號與相帶分配

56、表相帶azbxcy一對槽號(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) (8)極線圈211112二對槽號(9)(10)(11)(12)(13) (14)(15)極線圈111121三對槽號(16)(17)(18)(19) (20)(21)(22)極線圈111211四對槽號(23)(24)(25) (26)(27)(28)(29)極線圈112111五對槽號(30)(31) (32)(33)(34)(35)(36)極線圈121111圖3. 6端子接線圖分?jǐn)?shù)槽繞組與整數(shù)槽繞組和比，有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1) 在分?jǐn)?shù)槽繞組中曲于磁極磁場因齒槽效應(yīng)感牛:的齒諧波電動(dòng)勢被削弱to(2) 分?jǐn)?shù)槽繞組通過電流后所產(chǎn)生

57、的與基波有相同繞組系數(shù)的齒諧波磁動(dòng)勢 的次數(shù)高很多。(3) 采用分?jǐn)?shù)槽厲，因氣隙磁導(dǎo)變化引起的每極磁通的脈振幅值減少了，因 此分?jǐn)?shù)槽繞組能改善電動(dòng)勢波形和減少磁極表面脈振損耗33 - 35 o因?yàn)殡姍C(jī)為10極36槽可得每極每相槽數(shù)q = l2，該電機(jī)線圈跨距為3個(gè)槽, 而極距為3.6個(gè)槽，繞組的短距系數(shù)為5/6,這樣既削弱了 5次諧波電動(dòng)勢，同 時(shí)乂削弱了7次諧波電動(dòng)勢。3. 6永磁材料的選擇與放置方式3.6.1永磁材料的選擇永磁材料的種類多種多樣，性能相差很人，因此，在設(shè)計(jì)永磁潛油螺桿泵電 機(jī)時(shí)首先要選擇適宜的永磁產(chǎn)品品種和具體的性能指標(biāo)36】。選擇的原則為：應(yīng)能保證氣隙中有足夠大的氣隙磁場和規(guī)定的電機(jī)性能指標(biāo)。(2) 在規(guī)定的環(huán)境條件、工作溫度和使用條件下應(yīng)能保證磁性能的穩(wěn)定性。(3) 有良好的機(jī)械性能，以方便加工和裝配。(4) 經(jīng)濟(jì)性好，價(jià)格便宜。錢鐵硼永磁材料是1983年問世的高性能永磁材料。它的磁性能好，室溫下 剩磁感應(yīng)強(qiáng)度br可達(dá)1.5t,感應(yīng)矯