同步電機(jī)螺桿泵地面裝置設(shè)計(jì)范文

1、 常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)論文（ 10 屆）題 目:同步電機(jī)螺桿泵地面裝置設(shè)計(jì)姓 名: 王 帥 系 別: 機(jī)電一體化 專業(yè)班級(jí)： 10數(shù)機(jī)大專班 指導(dǎo)教師: 張翠芬 完成時(shí)間: 2014年5月1日 摘 要：椐目前的實(shí)際應(yīng)用及有關(guān)資料顯示，螺桿泵的應(yīng)用范圍很廣，它的特點(diǎn)是流量平穩(wěn)、壓力脈動(dòng)小、有自吸能力、噪聲低、效率高、壽命長(zhǎng)、體積小、工作可靠。突出的優(yōu)點(diǎn)是輸送介質(zhì)時(shí)不形成渦流、可輸送粘度范圍寬廣的各種介質(zhì)，既可以輸送各種粘度的潤(rùn)滑性或腐蝕性介質(zhì)，也可以輸送各種粘度的非牛頓液體，還可以氣液混輸、固液混輸。它廣泛應(yīng)用于海上平臺(tái)工程、石油化工、航運(yùn)、電力、機(jī)械液壓系統(tǒng)、食品、造紙、制

2、糖、軍工和污水處理等工業(yè)部門。本篇文章主要從螺桿泵在石油化工方面的用途進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。螺桿泵專用同歩電動(dòng)機(jī)是一種立式工作的三相動(dòng)機(jī)，它采用定轉(zhuǎn)子分段的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，各定子段之間軸向用非磁性材料連接，有扶正軸承，定轉(zhuǎn)子之間充滿專用潤(rùn)滑油，轉(zhuǎn)子上則鑲嵌有體。文章根據(jù)螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)研究了其定轉(zhuǎn)子分段、內(nèi)充潤(rùn)滑油的特點(diǎn)對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)及性能的影響。經(jīng)過(guò)分析電機(jī)采用36槽10極結(jié)構(gòu)，定子繞組采用了分?jǐn)?shù)槽繞組；由于此種電機(jī)主要尺寸比范圍較大，定子內(nèi)徑不易確定，本文給出了簡(jiǎn)單可行的確定電機(jī)定子內(nèi)徑法。分析了溫度對(duì)螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的性能影響：通過(guò)研究分析得出螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的端部漏抗隨轉(zhuǎn)子段數(shù)增加

3、的變化規(guī)律，并得到計(jì)算公式；給出了螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗的簡(jiǎn)便計(jì)算方法；文章給出了體的選擇方法和體的放置方式;并利用Matlab編制了螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的電磁計(jì)算程序，得出樣機(jī)的性能參數(shù)：利用Ansoft對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了仿真，得出了氣隙磁密、反電勢(shì)等波形，并仿真得出了隔磁橋?qū)挾葘?duì)電機(jī)性能的影響。關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī) 螺桿泵 Matlab Ansoft目 錄摘 要- 2 -目 錄- 3 -緒 論- 4 -1.1課題來(lái)源- 5 -1.2選題依據(jù)- 5 -1.3課題意義- 7 -1.5本課題研究的內(nèi)容- 8 -第二章 螺桿泵同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)- 11 -2螺桿泵專用同歩電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)-

4、15 -第三章 螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)- 20 -3.1電磁負(fù)荷的確定- 20 -3.2主要尺寸的確定- 21 -3.3氣息和定子槽型的確定：- 23 -第四章 螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果- 26 -4.1螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)- 26 -4.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值和原異步螺桿泵電動(dòng)機(jī)的對(duì)比- 31 -表4.4樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)照表- 31 -致 謝- 33 -參考文獻(xiàn)- 34 -附錄1 電路原理圖- 35 - 同步電機(jī)螺桿泵地面裝置設(shè)計(jì)緒論1.1課題來(lái)源本課題來(lái)源于河南科技大學(xué)自考本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)行的螺桿泵電動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，且自身存在的一些弱

5、點(diǎn)（如轉(zhuǎn)差等，使其運(yùn)行效率較低。而同步電動(dòng)機(jī)的性能則明顯優(yōu)于異步電動(dòng)機(jī)。為了適應(yīng)社會(huì)需求，本課題進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿泵地面裝置設(shè)計(jì)。1.2選題依據(jù) 在目前的機(jī)械采油方式中，使用較多的是有桿泵采油系統(tǒng)。隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，定向井、水平井等新技術(shù)的應(yīng)用，難動(dòng)用含砂井、稠油井逐漸增多，給現(xiàn)在使用有桿抽油泵的油井帶來(lái)了較多的問(wèn)題。特別是有桿抽油設(shè)備在稠油重負(fù)荷井中，經(jīng)常會(huì)造成光桿下行困難等；在含沙井中，還會(huì)出現(xiàn)砂卡。螺桿泵是一種井下大排量舉升油無(wú)桿采油設(shè)備，是油田一種重要的機(jī)械采油設(shè)備。我國(guó)采用螺桿泵實(shí)踐證明，螺桿泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、抽油量大、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便、占地面積小、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等

6、特點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)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。目前，我國(guó)各油田在用螺桿泵數(shù)量已超過(guò)刀&,根據(jù)技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)，今后還會(huì)更加廣泛地采用螺桿泵舉升石油。利用螺桿泵采油可以實(shí)現(xiàn)石油高產(chǎn)，例如大慶油田，到1988年底為止， 螺桿泵采油井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的16%，而采油量占總數(shù)的37.27%勝利油田螺桿泵采油井?dāng)?shù)占7%，而采油量占總數(shù)的20.9%。 1989年，我國(guó)螺桿泵采油井?dāng)?shù)占全國(guó)總油井?dāng)?shù)的10%，但是采油量占全國(guó)石油總產(chǎn)量的25%以上。這說(shuō)明盡管我國(guó)螺桿泵井不多，但是石油產(chǎn)量占全國(guó)的四分之一。可見(jiàn)，螺桿泵是增產(chǎn)石油，提高產(chǎn)量的較好采油設(shè)備。目前，我國(guó)有許多油田己經(jīng)進(jìn)入中、后期開(kāi)采階段

7、，需要進(jìn)行注水強(qiáng)采。螺桿泵是一種較好的注水強(qiáng)采抽油設(shè)備，所以應(yīng)用前景相當(dāng)可觀。對(duì)于復(fù)雜斷塊油田來(lái)說(shuō)，油水井的對(duì)應(yīng)連通性差，部分螺桿泵井出現(xiàn)供液不足,影響到螺桿泵的正常生產(chǎn)及井下機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。為了延長(zhǎng)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(duì)泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使螺桿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(zhǎng)電泵井壽命、增產(chǎn)及節(jié)能的效果。此外，螺桿泵除可用于陸地采油之外，還可用于海洋油田、沙漠油田、極地油田進(jìn)行采油，具有同樣好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。因此，可以認(rèn)為，今后螺桿泵具有很好的技術(shù)發(fā)展前景。由上可知，使用螺桿泵采油是

8、油氣生產(chǎn)的一個(gè)重要手段，在占有舉足輕重的地位，是目前油田采油的重要設(shè)備。而螺桿泵電動(dòng)機(jī)是嫘桿泵采油裝置中保障機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，也是油田主要的耗能設(shè)備之一。其性能直接影響螺桿泵機(jī)組乃至電泵井的質(zhì)量和壽命，同時(shí)影響到原油產(chǎn)量及各項(xiàng)采油成本。為此，改善螺桿泵電機(jī)的性能指標(biāo)，提高螺桿泵電機(jī)的運(yùn)行效率，從而更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，改善電網(wǎng)的供電狀況 對(duì)螺桿泵行業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。通用的螺桿泵電機(jī)是異步，效率和功率因數(shù)都比較低，耗電量較大， 導(dǎo)致油田電費(fèi)開(kāi)支龐大。同時(shí)，現(xiàn)在螺桿泵電機(jī)一般為三相異步電動(dòng)機(jī)，通常為兩極簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速較高。而桿泵的優(yōu)勢(shì)在于能處理高粘度及高含砂的原油，而隨著原油粘度的增力泵

9、必須在低轉(zhuǎn)速下才能有效地工作，其最佳旋轉(zhuǎn)速度一般在100500rmin。因此，研究螺桿泵電機(jī)首先需要解決的問(wèn)題就是將螺桿泵的轉(zhuǎn)速降下來(lái)以滿足螺桿泵低轉(zhuǎn)速、大扭矩的要求。最直接的辦法就是使用低速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵。如前蘇聯(lián)研制的電動(dòng)螺桿泵。但其轉(zhuǎn)速高達(dá)1500 rmin，難以發(fā)揮螺桿泵處理稠油的優(yōu)點(diǎn)；再加上油井井況對(duì)電機(jī)和電纜的限制一次性投資大等原因'導(dǎo)致螺桿泵泵效低、工作壽命短，一直未能推廣使用。普通螺桿泵電機(jī)為兩極結(jié)構(gòu)時(shí)，則在工頻下電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為300r/min而螺桿泵的轉(zhuǎn)速一般只需要每分鐘幾百轉(zhuǎn)，欲使螺桿泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，有兩個(gè)途徑，一是使用減速機(jī)；二是降低電源頻率。使用減速機(jī)將

10、帶來(lái)以下一系列的問(wèn)題：(1)系統(tǒng)整體效率低：由于減速機(jī)多級(jí)齒輪減速傳動(dòng)其效率很低，意味著電源輸入系統(tǒng)的能量有很大一部分被減速機(jī)所消耗；2系統(tǒng)體積重量變大：由于減速機(jī)的存在，使整個(gè)螺桿泵的體積重量都變大；（3）振動(dòng)和噪聲嚴(yán)重；（4）調(diào)整維護(hù)困難：減速機(jī)需要定時(shí)添加潤(rùn)滑油等都給生產(chǎn)帶來(lái)巨大的不便， 并且每個(gè)操作都是重體力勞動(dòng)；用變頻器降低電源的頻率以降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這是螺桿泵電發(fā)展方向，其原理就是根據(jù)井下供液狀況來(lái)調(diào)整運(yùn)行電流頻率，從而提高或降低機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，以適應(yīng)井下供液的需要。由于變頻機(jī)組始終保持在較合適的狀態(tài)下工作，所以提高了機(jī)組的綜合效率，并延長(zhǎng)了壽命。在本文中采取變頻機(jī)組的方法。異步螺

11、桿泵電動(dòng)機(jī)定子外徑較小，定子所開(kāi)槽數(shù)有限， 一般為兩極結(jié)構(gòu)，以降低電機(jī)的諧波，改善電機(jī)的性能。如果把螺桿泵電機(jī)做成多極，每極每相槽數(shù)將變小，這將使得電機(jī)的諧波變大，性能變壞。所以電動(dòng)機(jī)不宜做成多極。而同步電動(dòng)機(jī)則可以做成多極，即把電機(jī)倣成低速的。這可通過(guò)合理設(shè)計(jì)磁極的形狀， 改變氣隙的磁導(dǎo)，使氣隙磁場(chǎng)波形接近正弦以消除諧波，同時(shí)還可采取分?jǐn)?shù)槽繞組、斜槽等措施消除諧波。同時(shí)，電力公司對(duì)用,用電的質(zhì)量要求越來(lái)越高，為了減少電磁污染，這使得油田迫切需要采用高效的電動(dòng)機(jī)，故可以預(yù)測(cè)高效的螺桿泵電機(jī)必然會(huì)被大面積的推廣和應(yīng)用為此開(kāi)發(fā)性能高，節(jié)能效果好的低速螺桿泵電機(jī)以代替異步螺桿泵電機(jī)是十分必要的。1.

12、3課題意義從我國(guó)采油工藝技術(shù)發(fā)展要求、經(jīng)濟(jì)效益分析及市場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果可知，螺桿泵具有較好的適應(yīng)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性，是一種較好的有發(fā)展前途的采油設(shè)備。為此， 要大力發(fā)展我國(guó)螺桿泵，不斷擴(kuò)大使用范圍，使我國(guó)采油經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提高， 成本進(jìn)一步降低。螺桿泵電機(jī)是螺桿泵的關(guān)鍵部分，同時(shí)也是耗能的主體， 用螺桿泵電動(dòng)機(jī)取代異步螺桿泵電機(jī)不但可以改善電網(wǎng)的質(zhì)量，減少噪聲污染有重大意義，更重要的是節(jié)約了大量的電能。這是時(shí)代的要求，同時(shí)也是建立和諧、節(jié)約型社會(huì)的需要。1.3.1工程意義在性能上螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)與異步螺桿泵電動(dòng)機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn):(1)運(yùn)行效率高。異步螺桿泵電機(jī)的效率較低，而螺桿泵電機(jī)效率較高。(

13、2)由于螺桿泵電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)主要是由轉(zhuǎn)子上的體提供的，而不是由定子激磁電流提供，故采用螺桿泵電機(jī)可減少總供供電電流，改善供電電纜的性能。3轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載而變化，運(yùn)行穩(wěn)定性高。異步螺桿存在轉(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)為一根軸，使各節(jié)轉(zhuǎn)子硬性連接在一起，以同一個(gè)轉(zhuǎn)差旋轉(zhuǎn)，這使得有的轉(zhuǎn)子單元過(guò)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(guò)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(duì)于螺桿泵電機(jī)， 在運(yùn)行過(guò)程中，只要電源頻率一定其不隨負(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

14、優(yōu)于異步電動(dòng)機(jī)。同時(shí)，正是由于嚴(yán)格的同步性能使得電機(jī)的控制比異步螺桿泵電機(jī)要容易實(shí)現(xiàn)。另外，其過(guò)載能力動(dòng)機(jī)大。（4）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。這可以減少螺桿泵電動(dòng)機(jī)的占地面積，同時(shí)減輕了機(jī)械結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。1.3.2理論意義特殊的工作環(huán)境決定了螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)，其特殊的細(xì)長(zhǎng)、立式、定轉(zhuǎn)子分段結(jié)構(gòu)決定了其電磁計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不同于一般的同步電動(dòng)機(jī)。通過(guò)本課題的研究與設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善和發(fā)展同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論。1.4本課題研究的內(nèi)容本課題旨在結(jié)合具體工程實(shí)際情況，運(yùn)用電機(jī)設(shè)計(jì)的基本原理結(jié)合具體應(yīng)用環(huán)境，開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)油田現(xiàn)階段原油開(kāi)采的螺桿泵專

15、用同步電動(dòng)機(jī)。螺桿泵電工作環(huán)境特殊，在油井下幾千米深的地方，決定了其結(jié)構(gòu)也必然特殊。采用立式細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的三相電動(dòng)機(jī)不同，它的定轉(zhuǎn)子是分段的， 各定子段之間軸向用非磁性材料連接，各轉(zhuǎn)子段之間有扶正軸承，定轉(zhuǎn)子之間充滿專用潤(rùn)滑油。顯然，普通三相電動(dòng)機(jī)的通用設(shè)計(jì)方法不再完全適合路桿泵電機(jī)。必須根據(jù)客觀實(shí)際，通過(guò)研究分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合其特殊的工作環(huán)境與結(jié)構(gòu)構(gòu)造，對(duì)原有通用電機(jī)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)和修正，得出一套與之相適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。本文根據(jù)螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，研究了其定轉(zhuǎn)子分段、內(nèi)充潤(rùn)滑油的特點(diǎn)對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)及性能的影響。具體表現(xiàn)在以下7方面-（1）經(jīng)過(guò)分析電機(jī)采用36槽10極結(jié)構(gòu)，為滿足

16、機(jī)械結(jié)構(gòu)上的要求和提高電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，定子槽形采用平底開(kāi)口槽。定子繞組采用了分?jǐn)?shù)槽繞組，同時(shí)用VISIO軟件繪出繞組的連接圖。2螺桿泵電機(jī)因其工作環(huán)境惡劣，在油井下幾千米深的地方，為此分析了溫度對(duì)螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的性能影響。并分析了如何降低電機(jī)的熱負(fù)荷，以減小電機(jī)的溫升。（3）通過(guò)研究分析得出螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的部漏抗隨轉(zhuǎn)子段數(shù)增加的變化規(guī)律，并得到計(jì)算公式。（4）螺桿泵電機(jī)的機(jī)械損耗主要由三部分組成：轉(zhuǎn)子與粘性油的摩擦損耗、扶正軸承的摩擦損耗和止推軸承動(dòng)、靜塊的摩擦損耗。本文結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式較為準(zhǔn)確的求得了其機(jī)械損耗。（5）結(jié)合螺桿泵電機(jī)的工作環(huán)境溫度較高和轉(zhuǎn)子空間有限，文章分析了

17、體的性能選擇方法和體的放置方式。（6）并利用Matlab編制了螺桿泵同步電動(dòng)機(jī)的電磁計(jì)算程序， 得出樣機(jī)的性能參數(shù)。（7）利用Ansoft對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了仿真得出了氣隙磁密、反電勢(shì)等波形，并仿真得出了隔磁橋?qū)挾葘?duì)電機(jī)性能的影響。本文所提出的針對(duì)螺桿泵電機(jī)的端部漏抗計(jì)算、機(jī)械損耗等計(jì)算是否真正適合電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)。采用本方法設(shè)計(jì)的電機(jī)，必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試看其能否達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)性能。本課題就是針對(duì)以上情況，進(jìn)行研究與實(shí)踐，主耍分為三個(gè)主要部分：（1）螺桿泵電機(jī)設(shè)計(jì)部分主要根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)基本理論，結(jié)合電機(jī)的具體應(yīng)用環(huán)境和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，研究適合電機(jī)的設(shè)計(jì)方法。并在上述研究工作的基礎(chǔ)上，編制和調(diào)試

18、工程化螺桿泵電機(jī)電磁計(jì)算軟件。（2）利用Ansoft對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了仿真得出了抽象的氣隙磁密波形、磁場(chǎng)在樣機(jī)中的分布情況、反電勢(shì)波形等，并仿真分析了隔磁橋?qū)挾葘?duì)電機(jī)性能的影響。用仿真所得數(shù)據(jù)與用電磁計(jì)算軟件所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。3測(cè)試螺桿泵電機(jī)的性能以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的正確性。通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)的電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，得到其電流、效率、各項(xiàng)損耗等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)性能對(duì)照， 驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的正確性，證明所采用的各種原理和算法的可行性。第二章螺桿泵同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.1螺桿泵同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2.1.1螺桿泵同步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)行螺桿泵機(jī)組的電動(dòng)機(jī)一般為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的兩極三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)，螺桿泵電機(jī)定子的外殼是鋼管，其內(nèi)

19、部壓裝有由硅鋼片組成的長(zhǎng)度為0.32-0.45m的定子鐵心。定子由非磁性物（一般為硅銅片）隔開(kāi)的多級(jí)磁性鐵心組成，兩極定子繞組， 通常制成各級(jí)共用的。轉(zhuǎn)子也由多級(jí)組成，每一的長(zhǎng)度與定子鐵心長(zhǎng)度一致。各級(jí)轉(zhuǎn)子之間裝有中間滑動(dòng)軸承，它支靠在定子的非磁性物上，以防止定子和轉(zhuǎn)子接觸， 同時(shí)，用來(lái)改善電動(dòng)機(jī)的性能。螺桿泵電機(jī)為密閉式，定子、轉(zhuǎn)子的間隙充滿電機(jī)油，起絕緣、潤(rùn)滑、散熱作用。圖2-1螺桿泵示意圖螺桿泵電機(jī)主要由以下四部分組成。(1）定子:螺桿泵電機(jī)的定子鐵心主要由硅鋼片和硅銅片組成。硅銅片按一定要求放置于兩節(jié)硅鋼片段之間；定子繞組采用雙層疊繞組；機(jī)殼采用有彈性的鋼質(zhì)合金的圓管精加工后成為一個(gè)細(xì)

20、長(zhǎng)的鋼筒，用以固定和支撐定子鐵心和連接上、下接頭，如圖2.2所示。（2）轉(zhuǎn)子:螺桿泵電機(jī)轉(zhuǎn)子分節(jié)，由許多小的轉(zhuǎn)子節(jié)、扶正軸承和轉(zhuǎn)軸組成。如圖2.3所示。各小節(jié)為獨(dú)立單元；扶正軸承由銅套內(nèi)套）和鋼套外套） 兩部分構(gòu)成，用以在定子內(nèi)腔中支撐每節(jié)轉(zhuǎn)子，使之不與定子內(nèi)腔表面摩擦，保證定轉(zhuǎn)子之間氣隙均勻，提高電機(jī)的運(yùn)行可靠性，如圖2.3所示。轉(zhuǎn)軸為空心，上按一定間隔開(kāi)有通至轉(zhuǎn)軸中心的空腔，用來(lái)潤(rùn)滑扶正軸承的內(nèi)外套并作為潤(rùn)滑油的流道。圖2-2 螺桿泵電機(jī)定子結(jié)構(gòu) 1一軸；2卡簧；3轉(zhuǎn)子總成；4一轉(zhuǎn)子鍵；5轉(zhuǎn)子軸承鍵：卜墊片； 7轉(zhuǎn)子扶正軸承；8擋板；9"一絕緣墊片；圖2.3螺桿泵電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（3

21、）上、下接頭：螺桿泵電機(jī)的上接頭又叫電機(jī)頭，用來(lái)安裝止推軸承限制轉(zhuǎn)子的軸向運(yùn)動(dòng)及引出電機(jī)定子繞組與電纜連接的引出線；下接頭主要用來(lái)密封電機(jī)內(nèi)腔及連接星點(diǎn)或測(cè)試引出線。（4）止推軸承: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)子的重量，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)子的重量外，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。它也是由兩部分組成：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(méi)對(duì)齊，將會(huì)受到單邊磁拉力，磨往很嚴(yán)重，甚

22、至可能在極短時(shí)間內(nèi)完全燒毀。本文設(shè)計(jì)的低速螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)結(jié)螺桿泵電機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是電機(jī)為10極結(jié)構(gòu)，定子繞組為雙層疊繞組，而不再是單層同心式；而轉(zhuǎn)子內(nèi)部鑲嵌著塊。2.1.2螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)螺桿泵電機(jī)是螺桿泵專用的電動(dòng)機(jī).除了具有普通三相電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)外，又有自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（1）細(xì)而長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)：螺桿泵電機(jī)要下到套管內(nèi)徑為0.1270.340m的油井內(nèi)驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽取原油，因而外徑受到限制。眾所周知，當(dāng)電機(jī)的外徑確定后，其功率的大小將由長(zhǎng);此為保證螺桿泵電機(jī)具有一定的負(fù)載能力，使其有足夠的輸出功率只能靠增加電機(jī)的長(zhǎng)度。普通電動(dòng)機(jī)定子鐵心長(zhǎng)徑比一般為1左右，而嫘桿電機(jī)的定子鐵心長(zhǎng)

23、徑比為50左右，甚至更高。2定轉(zhuǎn)子分析：螺桿泵電機(jī)細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)整體轉(zhuǎn)子的困難，以及電機(jī)氣隙均勻、定轉(zhuǎn)子不會(huì)摩擦，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)轉(zhuǎn)了-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?jī)晒?jié)之間放置扶正軸承。每節(jié)轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度取決于轉(zhuǎn)軸的撓度。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(zhǎng)的機(jī)殼內(nèi)。根據(jù)轉(zhuǎn)子節(jié)和扶正軸承的長(zhǎng)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(wú)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

24、片段是平齊的，整個(gè)螺桿泵電機(jī)是由數(shù)個(gè)相同的小同步電動(dòng)機(jī)串聯(lián)而組成的。3特殊的油路循環(huán)系統(tǒng):螺桿泵電機(jī)長(zhǎng)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，因此螺桿泵電機(jī)各部分的散熱和潤(rùn)滑就顯得十分必要和重要。必須加強(qiáng)各部件的冷卻和潤(rùn)滑。所以螺桿泵電機(jī)中設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊的油路，以對(duì)它進(jìn)行冷卻和潤(rùn)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油葉輪提供的。隨著螺桿泵電的更新?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

25、承提環(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)是特殊的螺桿泵電機(jī)潤(rùn)滑油，這種潤(rùn)滑油不僅要具有一定的粘度，還得具有較高的絕緣強(qiáng)度等級(jí)。（2）油路循環(huán)過(guò)程:螺桿泵電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，密封在電機(jī)內(nèi)部的潤(rùn)滑油隨著轉(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(rùn)滑油強(qiáng)引通過(guò)轉(zhuǎn)軸的徑向油孔壓入轉(zhuǎn)軸的空心腔內(nèi)，再?gòu)钠渖隙顺隹诹骰氐綒庀吨腥?，這樣：氣隙一轉(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)的閉合回路。循環(huán)的不間斷往復(fù)，不但潤(rùn)滑了電機(jī)內(nèi)部的各種運(yùn)動(dòng)部件，同時(shí)又把電機(jī)內(nèi)部大量的熱量通過(guò)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(rùn)滑和冷卻的雙重目的。 螺桿泵的串聯(lián)運(yùn)行：由于電

26、機(jī)的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，要整體制造大功率的螺桿泵，其長(zhǎng)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)殼）的制造帶來(lái)工藝上難以實(shí)現(xiàn)的閑難，而且給安裝、運(yùn)輸帶來(lái)很多不便，所以大功率的螺桿泵電機(jī)是由相同規(guī)格的兩臺(tái)或是多臺(tái)功率相同或不同的螺桿泵電機(jī)串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定子繞組之間的連接多采用插入式連接方法，軸與軸之間則采用花鍵套連接，首尾的連接則采用法蘭連接。2.2螺桿泵專用同歩電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(duì)電機(jī)的正常工作影響很大。目前，我國(guó)生產(chǎn)的螺桿泵電機(jī)一般采用F級(jí)絕緣，其最高容許溫度為155，適合在溫度為50100的井下工作。由于螺桿泵電機(jī)在

27、結(jié)構(gòu)和使用方面具有以上特點(diǎn)，故在電磁設(shè)計(jì)方面也有其特殊性口。2.2.1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)螺桿泵電機(jī)相當(dāng)于一組同軸的多臺(tái)小同步電動(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(zhǎng)細(xì)比很大，故可忽略繞組端部對(duì)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)額定功率之和。（2）整體電機(jī)與單段電機(jī)的額定電流相同，而整體電機(jī)額定電段電機(jī)額定電壓之和。（3）整體電機(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)相同。由此可見(jiàn)，只

28、要使單段電機(jī)性能最佳，則整體電機(jī)性能然最佳。所以，設(shè)計(jì)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(lái)方便，而且可由此單段電機(jī)派生出多種規(guī)格的螺桿泵電機(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螺桿泵電機(jī)，其機(jī)殼外徑尺寸基本上是一個(gè)定值，而與其相應(yīng)的定子鐵心外徑尺寸也基本上為定值。設(shè)計(jì)螺桿泵電機(jī)時(shí)， 如選擇相同的氣隙磁通密度B4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(zhǎng)度L成正比，即PL；（2）電機(jī)有效材料的重量G成本C及電機(jī)損耗P與長(zhǎng)度L成正比，即GCPL,而單位功率的有效材料重量G/P成本C/P及損耗P/P與長(zhǎng)度L無(wú)關(guān)。

29、(3)當(dāng)電樞直徑D1和繞組每相串聯(lián)匝數(shù)N定時(shí)，則電機(jī)的定子電阻R，直軸X。和交軸電抗Xq和漏抗Xs均與長(zhǎng)度L成正比，即RsXdXqXsL，通常取Zn=Un/In為阻抗基值，ZnL，故電機(jī)電阻、交、直軸電抗和漏抗的表么值與長(zhǎng)度L無(wú)關(guān)。4因參數(shù)決定性能，故在上述條件下，螺桿泵電機(jī)的主要性能指標(biāo)也與長(zhǎng)度L無(wú)關(guān)。2. 2. 3端部漏抗計(jì)算電機(jī)繞組端部漏抗是相應(yīng)于繞組端部匝鏈的漏磁場(chǎng)的電抗。電機(jī)繞組端部形狀十分復(fù)雜，并且隨著繞組型式不同而有較大的差別，其鄰近金屬構(gòu)件對(duì)漏磁場(chǎng)的分布影響很大，而構(gòu)件本身又隨電機(jī)形式的不同而異，因此準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)端部漏抗的比漏磁導(dǎo)是比較困難的。大多是在前人研究經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上進(jìn)

30、行校正。端部漏抗的計(jì)算最早是由P.L.Alger提出的：將電機(jī)的兩端部合二為一即（設(shè)想把鐵心移走，再把整個(gè)端區(qū)電流代之以兩個(gè)等效電流（軸向與周向），分別計(jì)算由該兩電流激發(fā)的磁場(chǎng)和相應(yīng)的電抗一軸向電流分量激發(fā)的像有效部分氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 感應(yīng)了電勢(shì)電抗；而把兩端的兩周向電流看作是兩根平行的輸電線，再根據(jù)電工基礎(chǔ)中有關(guān)概念導(dǎo)出電抗，最后進(jìn)行疊加的簡(jiǎn)化，其系試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)平均值。螺桿泵電機(jī)由于結(jié)構(gòu)的特殊性.定子繞組端部漏磁場(chǎng)應(yīng)分為兩大部分： 常規(guī)端部繞組匝鏈的漏磁場(chǎng)，即普通電機(jī)端部繞組空間漏磁場(chǎng)；隔磁段部分穿過(guò)定子銅片的繞組匝鏈的漏磁場(chǎng)。分別求解之后對(duì)其進(jìn)行累加得到螺桿泵電機(jī)定子端部漏抗值。對(duì)于第一部分

31、，定子端部漏抗可以采用中小型三相異步電動(dòng)機(jī)電磁計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。螺桿泵電機(jī)定子段與段之間是用非磁性材料銅片）隔開(kāi)的，從磁路的角度看，整個(gè)定子可把各段疊加而求得，鐵心的有效長(zhǎng)應(yīng)等于總軸長(zhǎng)度減掉因隔磁段而引起的損失寬度，即：Ief=L-nv1bv1+2其中，L為總定子鐵芯長(zhǎng)；nv1為定子隔磁段數(shù)；bv1隔磁段損失寬度；為單 邊氣隙長(zhǎng)。本文如無(wú)特殊說(shuō)明，變量單位均為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。線圈端部軸向投影長(zhǎng)為:Fd=LesinA0 (2.2)其中， sinA0=(b1+b2)/(b1+b2+b3) (2.3) CosA0=（1- sinA02）1/2 （2.4） Le=t1/2 cosA0 (2.5) T1=

32、（D1+2h3+b1/2+h12）2p (2.6) =y/mq (2.7)其中，b1為定子齒數(shù)，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，D1為電機(jī)定子內(nèi)徑，y為跨距，m為相數(shù)，q為每級(jí)每相槽數(shù)，其他各參數(shù)如圖2.4所示：圖2.4定子槽尺寸由于樣機(jī)的繞組為雙層疊繞組則定子端部漏抗為： Xe1=1.2(d+0.5f4)Cx/ l ef (2.8)其中 Cx=4pfu0lef(Kdp1N)2 /p (2.9)其中，u0=4p×10-7H/m:f為螺桿泵電機(jī)頻率；Kdp1w為繞組因數(shù)；N為每相串聯(lián)匝數(shù)；d為繞組直線部分伸出長(zhǎng)。對(duì)于第二部分，根據(jù)電工理論和電機(jī)學(xué)原理可知，定子端部漏抗可以通過(guò)端部區(qū)域的磁場(chǎng)儲(chǔ)能求出，由

33、于螺桿泵電機(jī)定子段與段之間是用非磁性材料銅片隔開(kāi)的，銅片的磁導(dǎo)率與空氣近似相等，且隔磁段的繞組均為直線，可得隔磁段的總漏抗為: XE12=1.2nv1bv1Cx/ l ef (2.10)總的定子端部漏抗為： X1=X11+X12 (2.11)2.2.4壓裝力的確定螺桿泵電機(jī)的定子沖片是預(yù)緊之后壓在定子壓入鋼管之前應(yīng)先確定壓裝力，壓裝力確定步驟如下：(1) 已知單節(jié)的額定轉(zhuǎn)矩為TN 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為Tmaxn倍(2) 最大轉(zhuǎn)矩為:Tmax=TN×Tmaxn(3)預(yù)緊力的計(jì)算：電動(dòng)機(jī)定子鐵心靠卡簧與鐵心之間的摩擦力來(lái)阻止鐵心的轉(zhuǎn)動(dòng)。把摩擦力簡(jiǎn)化為集中力，力的作用點(diǎn)在卡簧中徑上，中徑為D，圓

34、周力為： F=2Tmax/D (2.12)鐵心與卡簧之間為干摩擦，選摩擦系數(shù)u=0.15，則預(yù)緊力為： Fy=F/u (2.13)考慮壓裝時(shí)鐵心與殼體之間的摩擦力、產(chǎn)品的制造誤差、環(huán)境及載荷等因素的影響，取安全系數(shù)n=2.5，需預(yù)緊力Fy1為： Fy1=n Fy=2.5Fy (2.14)第3章 螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行環(huán)境和特殊結(jié)構(gòu)，決定了其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。3.1電磁負(fù)荷的確定 根據(jù)電機(jī)電磁原理，在電機(jī)的幾何尺寸確定的情況下，電磁負(fù)荷A與氣隙磁密B 決定著電機(jī)的主要參數(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(lái)選取最合適的A與B值，以便使制造和運(yùn)行的總費(fèi)

35、用最小而且性能良好。溫度對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電阻影響很大。繞組電阻率與其溫度存在以下關(guān)系：式中，t為繞組的溫度，Rs為定子相電阻；l為繞組的長(zhǎng)度；S為繞組的截面積。而定子電阻對(duì)電機(jī)的性能影響很大。溫度對(duì)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)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、效率降低，定子繞組電流密度變大。由于螺桿泵屯機(jī)的工作環(huán)境非常惡劣，油井的溫度都在50以上，且散熱條件很差，所以在設(shè)計(jì)螺桿泵電機(jī)時(shí)，應(yīng)盡量減小電機(jī)的熱負(fù)荷以減小螺桿泵電機(jī)的溫升。表3.1溫度對(duì)螺桿泵同步電動(dòng)機(jī)性能的影響由于螺桿泵電機(jī)工作時(shí)與變頻器配套使用，其額定頻率為25Hz，鐵耗Pfe

36、30;B2()1.3，故在設(shè)計(jì)低速螺桿泵電機(jī)時(shí)可適當(dāng)增大氣隙磁密B，對(duì)于轉(zhuǎn)矩一定的螺桿泵電機(jī)，只要適當(dāng)增加體的用量就可以提高電機(jī)的氣隙磁密B，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。定子繞組溫度變低則電機(jī)定子繞阻阻值變小，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩增大，效率變高。這對(duì)工作環(huán)境溫度較高且需要高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的螺桿泵電機(jī)是非常有利的。3.2主要尺寸的確定螺桿泵電機(jī)的主要尺寸的確定，跟普通的電機(jī)不同，普通電機(jī)在選定線負(fù)荷A和氣隙磁密B后，即可初步確定電機(jī)的有效體Dl再査表或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定主要尺寸比，由此可以確定定子沖片內(nèi)徑Dil和電機(jī)的有效長(zhǎng)度L。對(duì)于螺桿泵電機(jī)來(lái)講，的值

37、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(lái)確定螺桿泵惦記的主要尺寸機(jī)的主要尺寸。對(duì)于固定的油井，可以確定螺桿泵定子電機(jī)的定子外徑D。電機(jī)的氣隙磁密B，定子齒磁密B1。和定子軛磁密B jl，的化范圍很小，故可以把它們看作常數(shù)。螺桿泵電機(jī)定子線外徑較大，規(guī)格較少，其導(dǎo)線主要規(guī)格如下表3.2圖3.2常用螺桿泵電機(jī)定子繞組線規(guī) 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)乂較小，一般為4-8，因?yàn)橛吐輻U泵電機(jī)定子為雙層疊繞組，故NS只能取4， 6或8，所以可以假設(shè)電機(jī)每槽導(dǎo)體數(shù)NS和導(dǎo)線絕緣后的線徑d已知在計(jì)算時(shí)給定D初值，則可以計(jì)算出槽滿率St，對(duì)于螺桿泵電機(jī)由于下線方式為穿線，槽

38、滿率在50%左右。如果Sf不合適，則調(diào)整D，直到槽滿率在合適的范圍。圖3.1螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)徑計(jì)算流程圖根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)中主要尺寸基本方程式：3.3氣息和定子槽型的確定：通常氣隙可能的小，以獲得更好的功率因數(shù)和效率。但氣隙不能過(guò)小，否則除影響機(jī)械可靠性外，還會(huì)使諧波磁場(chǎng)及諧波漏抗增大，導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較高溫升和較大噪聲。氣隙的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)徑、軸的直徑和軸承的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度。對(duì)于感應(yīng)螺桿泵電機(jī)，可用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)求：而對(duì)于同歩電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子上體的存在使氣隙磁場(chǎng)的諧波含量很大，為減小過(guò)大的雜散損耗，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(zhǎng)度一般比同

39、規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙大0.1-0.2mm。適當(dāng)增大電機(jī)氣隙還可以減小定于漏抗和電機(jī)同步電抗.提高電機(jī)的性能最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，也使得電機(jī)的效率變高。定子內(nèi)徑在基本不變的情況下，螺桿泵電機(jī)的槽數(shù)是普通異步螺桿泵電機(jī)的2倍，定子槽變窄，為保證定子繞組有足夠的空間，定子槽則變的較深，這就增大了定子槽漏抗，這使得電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)變小。由于定子沖片的外徑0.125mm，而定子槽較深，為了給卡簧留出足夠的空間，定子采用了平底槽。對(duì)于此低速螺桿泵電機(jī)定子漏抗所占主電抗的比例較大。因定子沖片槽多且較深，槽漏抗很大，且此電機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽，諧波漏抗亦較大。定子若采用用閉口槽， 可以減小螺桿泵電機(jī)的齒磁導(dǎo)諧波導(dǎo)致的雜散損

40、耗，使電動(dòng)機(jī)的效率由所提高。但閉口槽使螺桿泵電機(jī)的漏磁系數(shù)和槽漏抗有所增大，使最大轉(zhuǎn)矩降低。對(duì)于螺桿泵電動(dòng)機(jī)，最重要的參數(shù)為最大扭矩，為提高大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，定子沖片采用了半閉口槽。采用半閉口槽和閉口槽時(shí)螺桿滎專用同步電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如表3.2圖3.2參數(shù)對(duì)照表一般的異步螺桿泵電機(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），一般情況下只要將定子外徑加大，在定子上多開(kāi)一些槽就可以了，但由于螺桿泵電機(jī)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(kāi)出較多的槽。如螺桿泵電機(jī)的套管內(nèi)徑是0.125mm，電機(jī)外徑是0.114mm，電機(jī)定子芯片外徑只能是0.1m左右，故一般的兩極電機(jī)定子開(kāi)18個(gè)槽。

41、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(duì)削弱齒諧波有一定的作用，同時(shí)也能獲得對(duì)稱的三相電勢(shì)。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(duì)稱。在生產(chǎn)實(shí)際中，每相在每一個(gè)極下所占的槽數(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

42、。經(jīng)過(guò)分析，樣機(jī)定子采用10極36槽結(jié)構(gòu)，分槽繞組可利用槽電動(dòng)勢(shì)相量星形圖分析。分?jǐn)?shù)槽繞組槽電動(dòng)勢(shì)相量星形圖與整數(shù)槽繞組有所不同：整數(shù)繞組中一對(duì)磁極下的槽電動(dòng)勢(shì)相量均勻地360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Z1槽電動(dòng)勢(shì)相量才能組成-個(gè)完整的槽電勢(shì)星形圖。詳述了螺桿泵專用同步電動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程。由于螺桿泵的特殊細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在確定定子內(nèi)徑時(shí)，不能利用常規(guī)方法，而是在假設(shè)每槽導(dǎo)體數(shù)已知的前提下確定。樣機(jī)為實(shí)現(xiàn)多極低速采用了分?jǐn)?shù)槽繞組，分析了分?jǐn)?shù)槽繞組的優(yōu)點(diǎn)，并給出了繞組的星形圖和繞組連螺桿泵轉(zhuǎn)矩電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的要求，定子采用了開(kāi)口槽，以電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；螺桿泵的惡劣運(yùn)行環(huán)境，決定了

43、選擇磁性能高的；且轉(zhuǎn)子空間的狹小結(jié)構(gòu)，體采用了裝置方式，并給出了體尺寸的計(jì)算方法。第四章 螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果本章主要通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)的螺桿泵電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到其空載反電勢(shì)、電流、效率、各項(xiàng)損耗等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)性能對(duì)照，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的正確性，證明所采用的各種原理和算法可行。4.1螺桿泵專用同步電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)4.1.1空載試驗(yàn)(1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模郝輻U泵電機(jī)空載實(shí)驗(yàn)的目的主要是確定空載電流和空載損耗，并從空載損耗中分離出鐵耗和機(jī)械損耗。(2) 實(shí)驗(yàn)步驟：螺桿泵電機(jī)空載的實(shí)驗(yàn)與普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)略有不同，具體如下所述1） 測(cè)量冷態(tài)直流電阻和絕緣電阻。2）按螺桿泵電機(jī)工藝操作涂程，完成連線電機(jī)、電纜

44、以及注油等工作。3）將油杯安放在電機(jī)頭止口出，并注滿油，按銘牌規(guī)定調(diào)整電壓。4）閉合電源開(kāi)關(guān)，按下啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將溫度計(jì)放在電機(jī)頭螺栓孔內(nèi)，可測(cè)量電機(jī)頭內(nèi)的油溫。輸入功率的數(shù)值穩(wěn)定時(shí)即可以開(kāi)始測(cè)量 。5）將電機(jī)電壓升至1.1-1.3倍額定電壓開(kāi)始，然后逐漸降低電壓。直至達(dá)到最低電壓值電流開(kāi)始回升為止)期間測(cè)7-9點(diǎn)讀數(shù)，其中電流回升也需測(cè)量。每點(diǎn)需測(cè)三相電壓U、三相電流I，輸入功率P和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)n.6)從最低電壓值再升到最高電壓，同樣測(cè)9點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)相同），測(cè)試數(shù)據(jù)相同。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(3) 對(duì)每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理。圖2.1螺桿泵專用同步電機(jī)鐵耗機(jī)械耗分離4.1.2各種損耗的測(cè)定螺桿泵電機(jī)共有4種損耗，分別是:鐵耗、定子銅耗、機(jī)械損耗、雜散損耗。鐵耗PFe=額定電壓下的鐵耗由空載實(shí)驗(yàn)求得機(jī)械耗Pmec=由空載實(shí)驗(yàn)通過(guò)分離求得定子銅耗Pcul=用下列公式求得