的不便，并且每个操作都是重体力劳动用变频器降低电源的频率以降低电机的转速，这是螺杆泵电发展方向，其原理就是根据井下供液状况来调整运行电流频率，从而提高或降低机组的运转速度，以适应井下供液的需要。由于变频机组始终保持在较合适的状态下工作，所以提高了机组的综合效率，并延长了寿命。在本文中采取变频机组的方法。异步螺杆泵电动机定子外径较小，定子所开槽数有限，般为两极结构，以降低电机的谐波，改善电机的性能。如果把螺杆泵电机做成多极，每极每相槽数将变小，这将使得电机的谐波变大，性能变坏。所以电动机不宜做成多极。而同步电动机则可以做成多极，即把电机倣成低速的。这可通过合理设计磁极的形状，改变气隙的磁导，使气隙磁场波形接近正弦以消除谐波，同时还可采取分数槽绕组斜槽等措施消除谐波。同时，电力公司对用,用电的质量要求越来越高，为了减少电磁污染，这使得油田迫切需要采用高效的电动机，故可以预测高效的螺杆泵电机必然会被大面积的推广和应用为此开发性能高，节能效果好的低速螺杆泵电机以代替异步螺杆泵电机是十分必要的。课题意义从我国采油工艺技术发展要求经济效益分析及市场预测结果可知，螺杆泵具有较好的适应性先进性和经济性，是种较好的有发展前途的采油设备。为此，要大力发展我国螺杆泵，不断扩大使用范围，使我国采油经济效益进步提高，成本进步降低。螺杆泵电机是螺杆泵的关键部分，同时也是耗能的主体，用螺杆泵电动机取代异步螺杆泵电机不但可以改善电网的质量，减少噪声污染有重大意义，更重要的是节约了大量的电能。这是时代的要求，同时也是建立和谐节约型社会的需要。工程意义在性能上螺杆泵专用同步电动机与异步螺杆泵电动机相比有以下优点运行效率高。异步螺杆泵电机的效率较低，而螺杆泵电机效率较高。由于螺杆泵电机的气隙磁场主要是由转子上的体提供的，而不是由定子激磁电流提供，故采用螺杆泵电机可减少总供供电电流，改善供电电缆的性能。转速不随负载而变化，运行稳定性高。异步螺杆存在转差，由于制造工艺的原因使得各节转子在最佳工作点运行时的转差不相同，但是整个电动机为根轴，使各节转子硬性连接在起，以同个转差旋转，这使得有的转子单元过载，而有的转子单元轻载，电动机不能运行在最佳工作点，如果负载变化时，情况会更加严重。过载的单元旦出现故障，则整个电动机将报废。而对于螺杆泵电机，在运行过程中，只要电源频率定其不随负载的大小而改变，各功率单元的转速严格致，承担的力矩也完全样故其稳定性优于异步电动机。同时，正是由于严格的同步性能使得电机的控制比异步螺杆泵电机要容易实现。另外，其过载能力动机大。螺杆泵电机的体积和重量比同容量同极数的异步螺杆泵电动机小。这可以减少螺杆泵电动机的占地面积，同时减轻了机械结构的负担。理论意义特殊的工作环境决定了螺杆泵专用同步电动机特殊的结构，其特殊的细长立式定转子分段结构决定了其电磁计算和结构设计方法不同于般的同步电动机。通过本课题的研究与设计进步完善和发展同步电动机的设计方法和设计理论。本课题研究的内容本课题旨在结合具体工程实际情况，运用电机设计的基本原理结合具体应用环境，开发出适合我国油田现阶段原油开采的螺杆泵专用同步电动机。二〇五年四月二十三日星期四螺杆泵电工作环境特殊，在油井下几千米深的地方，决定了其结构也必然特殊。采用立式细长的结构，与传统的三相电动机不同，它的定转子是分段的，各定子段之间轴向用非磁性材料连接，各转子段之间有扶正轴承，定转子之间充满专用润滑油。显然，普通三相电动机的通用设计方法不再完全适合路杆泵电机。必须根据客观实际，通过研究分析实验数据，结合其特殊的工作环境与结构构造，对原有通用电机设计方法进行改进和修正，得出套与之相适应的设计方法。本文根据螺杆泵专用同步电动机的特殊结构，研究了其定转子分段内充润滑油的特点对电机设计及性能的影响。具体表现在以下方面经过分析电机采用槽极结构，为满足机械结构上的要求和提高电机的最大转矩倍数，定子槽形采用平底开口槽。定子绕组采用了分数槽绕组，同时用软件绘出绕组的连接图。螺杆泵电机因其工作环境恶劣，在油井下几千米深的地方，为此分析了温度对螺杆泵专用同步电动机的性能影响。并分析了如何降低电机的热负荷，以减小电机的温升。〇五年四月二十三日星期四根据电机设计中主要尺寸基本方程式气息和定子槽型的确定通常气隙可能的小，以获得更好的功率因数和效率。但气隙不能过小，否则除影响机械可靠性外，还会使谐波磁场及谐波漏抗增大，导致最大转矩减小，谐波转矩和附加损耗增加，进而造成较高温升和较大噪声。气隙的数值基本上决定于定子内径轴的直径和轴承的转子长度。对于感应螺杆泵电机，可用经验公式来求而对于同歩电动机由于转子上体的存在使气隙磁场的谐波含量很大，为减小过大的杂散损耗，降低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配，其气隙长度般比同规格感应电动机的气隙大。适当增大电机气隙还可以减小定于漏抗和电机同步电抗提高电机的性能最大转矩倍数，也使得电机的效率变高。定子内径在基本不变的情况下，螺杆泵电机的槽数是普通异步螺杆泵电机的倍，定子槽变窄，为保证定子绕组有足够的空间，定子槽则变的较深，这就增大了定子槽漏抗，这使得电机的最大转矩倍数变小。由于定子冲片的外径，而定子槽较深，为了给卡簧留出足够的空间，定子采用了平底槽。对于此低速螺杆泵电机定子漏抗所占主电抗的比例较大。因定子冲片槽多且较深，槽漏抗很大，且此电机采用分数槽，谐波漏抗亦较大。定子若采用用闭口槽，可以减小螺杆泵电机的齿磁导谐波导致的杂散损耗，使电动机的效率由所提高。但闭口槽使螺杆泵电机的漏磁系数和槽漏抗有所增大，使最大转矩降低。对于螺杆泵电动机，最重要的参数为最大扭矩，为提高大转矩倍数，定子冲片采用了半闭口槽。采用半闭口槽和闭口槽时螺杆荥专用同步电动机的主要参数如表图参数对照表般的异步螺杆泵电机，定子绕组采用单层同心式。为实现电机的多极低转速，般情况下只要将定子外径加大，在定子上多开些槽就可以了，但由于螺杆泵电机的定子外径受到限制，不能像普通电机样在其定子上开出较多的槽。如螺杆泵电机的套管内径是，电机外径是，电机定子芯片外径只能是左右，故般的两极电机定子开个槽。螺杆泵的驱动电机则需要较低的转速。此电机的定子冲片为槽结构，要得到较低的转速，首先要设计分数槽绕组。由于分数槽绕组起到了增大值的效果，对削弱齿谐波有定的作用，同时也能获得对称的三相电势。因此，分数槽绕组在三相交流电机中具有实用意义。分数槽绕组是双层绕组的种特殊形式，它的线圈数等于槽数，而每相的极组相数等于极数。由于每极每相槽数为分数，所以每极相组中的线圈数必须化零为整平衡分配合理分布，使绕组的排列与整数槽样，基木符合磁路上的对称。在生产实际中，每相在每个极下所占的槽数只能是整数，不可能是分数。所谓二〇五年四月二十三日星期四的分数槽绕组，事实上是每相在每个极下所占有的槽数不相等，而实际上是个平均值。经过分析，样机定子采用极槽结构，分槽绕组可利用槽电动势相量星形图分析。分数槽绕组槽电动势相量星形图与整数槽绕组有所不同整数绕组中对磁极下的槽电动势相量均匀地角度范围内，并组成个完整的星形图，而分数槽绕组中需要槽电动势相量才能组成个完整的槽电势星形图。详述了螺杆泵专用同步电动设计过程。由于螺杆泵的特殊细长结构，在确定定子内径时，不能利用常规方法，而是在假设每槽导体数已知的前提下确定。样机为实现多极低速采用了分数槽绕组，分析了分数槽绕组的优点，并给出了绕组的星形图和绕组连螺杆泵转矩电机最大转矩的要求，定子采用了开口槽，以电机的最大转矩倍数螺杆泵的恶劣运行环境，决定了选择磁性能高的且转子空间的狭小结构，体采用了装置方式，并给出了体尺寸的计算方法。二〇五年四月二十三日星期四第四章螺杆泵专用同步电动机实验结果本章主要通过对所设计的螺杆泵电机进行实验，得到其空载反电势电流效率各项损耗等实验数据，与设计性能对照，验证设计方法的正确性，证明所采用的各种原理和算法可行。螺杆泵专用同步电动机的实验空载试验实验目的螺杆泵电机空载实验的目的主要是确定空载电流和空载损耗，并从空载损耗中分离出铁耗和机械损耗。实验步骤螺杆泵电机空载的实验与普通三相感应电动机略有不同，具体如下所述测量冷态直流电阻和绝缘电阻。按螺杆泵电机工艺操作涂程，完成连线电机电缆以及注油等工作。将油杯安放在电机头止口出，并注满油，按铭牌规定调整电压。闭合电源开关，按下启动电机开始运转，然后将温度计放在电机头螺栓孔内，可测量电机头内的油温。输入功率的数值稳定时即可以开始测量。将电机电压升至倍额定电压开始，然后逐渐降低电压。直至达到最低电压值电流开始回升为止期间测点读数，其中电流回升也需测量。每点需测三相电压三相电流，输入功率和转子转数从最低电压值再升到最高电压，同样测点测量点相同，测试数据相同。实验数据处理对每点的数据进行如下处理。图螺杆泵专用同步电机铁耗机械耗分离各种损耗的测定螺杆泵电机共有种损耗，分别是铁耗定子铜耗机械损耗杂散损耗。铁耗额定电压下的铁耗由空载实验求得机械耗由空载实验通过分离求得定子铜耗用下列公式求得式中，为定子相电流为换算到基准温度时定于绕组相电阻杂散耗难以确定，按经验取额定功率的计算。二〇五年四月二十三日星期四反电势的测定用示波器测得的空载反电势波形如图，从图中可以看出反电势波形较平滑，且基本为正弦波。表给出了冷态和温升实验数值，从表中可以看出样机温升后的空载反电势比冷态时低，这是因为体随温度升高，空载工作点下降，导致空载气隙磁场变小，空载反电势降低。图测得的样机空载反电势波形表实验得到的样机空载反电势温升试验在测定样机的温升时采用了电阻测量法。随着电机绕组温度的升高，绕组电阻也相应增大。在范围内，绕组电阻随温度变化的关系如下式式中为温升实验后的绕组的相电阻三相平均为温升实验后的绕组的温度。温升实验时，螺杆泵电机拖动磁，通过转矩转速测试仪给定电机额定负载，电机连续运转小时测得。测试数据如表中所示。二〇五年四月二十三日星期四温度计算公式为二〇五年四月二十三日星期四温升试验曲线如图所示图样机温升曲线负载试验负载实验时，从电机空载开始，测得电机的空载电压空载电流。以额定负载的速率逐渐加大负载，测定电机的电压和电流，直到电机