Электропривод

 

ВСЕСОЮ ЦАЯ

К Я

Оп ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

111 597 С)5,1

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.05.75 (21) 2138203/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.03.78. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 13.03.V3 (51) М. Ел.

Н 02 1; 41/04

Гасударственный наиитет

Ссвета Министров СССР ((е делам изобретений и етнрытий (53) У<(,Е !(21,313. .333 {ОЬ .,8) (72) Авторы изобретения

В. В. Семенов, Л, И. Локшин, В. А. Севастья(!ов, Г, Г. Смердов и Г, А, Чазов

Пермский государственный научно-нссзедоватепьскпй и проектный институт нефтяной промышпенност;! (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПР11ВОД

Изобретение относится к области электротехники и предназначается для использования преимугцественно в погруженном варианте для привода глубинных насосов поршневого типа в скважинах, в 1(астности нефтяных.

Известен электропривод, включающий линейный синхронный двигатель, состоящий из индуктора с обмоткой возбуждения и якоря, выполнен(гого из чередующихся магнитных и немагнитных участков, длина которых равна полюсному шагу индуктора (1).

Однако такое устройство позволяет сформировать только симметричный режим работы электродвигателя, что не обеспечивает распознавание положений якоря. Кроме того, для управления электродвигателем в любых положениях его хода требуется дополнительный канал связи для передачи информации в цепи управления, что в целом приводит к усложнению системы управления электродвигателем.

Известен и другой электропривод, содержащий асинхронный двигатель возвратно-поступательного движения, состоящий из зубчатого индуктора с многофазной обмоткой, подключенной к цепи питания через реверснвный блок, соединенный с блоком управ,Тенин, якоря с короткозамкнутой обмоткой, датчиков положения, и блок защиты с реле перегрузки (2).

Даннь(Й 31pI>Tpo((plll 1(в (я "! < я н 1!!< 01< с близким к Опис(>!Баем<<>! > !<ЗООрс! <. нн!О, HH3> I>ToP дв(lгатс. IR Di>ill«! не(< н в!! !<. д! xx пакетов, наоранных нз пластин элс«тро<сxlillческой стали, с пазами, в «огорые уложена обмотка однофазного !(ли многоф; зног0 псремеiii!0I тока. Пакеты инду«!Ор;> «р<.нHT< II BIIK три корпуса.

Якорь двигателя выполнеli нло I>llм II и:1бран из (Ip0101bHых пластин элс«тротс хиl .ческой стали с пазами. где у.lожень! медные стерж н(1, KQH !(bi которых жестко сосди н сны между собой медной пластиной IIO двум сторонам якоря, образуя короткозамкнутук! обмотку.

Якорь на подшипниках скольжения IIO÷<.íI II в корпус двигателя между пакетамп инду«тори.

Для осу(цествлення реверса якоря служат датчики положения якоря. канал связи, блок управления для формирования ел(гнила на коммутацию силовых цепей и рсверсивный блок >! ) для коммутации силовых цепей.

Датчики Н0.10>1 ен((я состоят нз стержня

iiocT0sHHoio xI;II HIiTa, (!pi!«pe(IленнОго на кронliITE ÉH< !, Одной 113 ооковых OTQPoH Я(.ОРЯ. н 3BN x катмшс« llн Lx 1 т!(Вности, заl. репленных на! Внмт 25 ренней Ооковой поверхност!1 корпуса двиг!!Тс,!н.

597051

Блок управления состоит из полупроводникового устройства для формирования управляющего импульса.

Реверсивный блок выполнен на тиристорах.

Блок защиты с реле перегрузки служит для предупреждения перегрева обмоток электродвигателя при аварийных ситуациях.

Недостатком этого электропривода является сложность его конструктивного выполнения.

В корпусе двигателя указанного электропривода, предназначенного для использования в наземных условиях, размещены дополнительные элементы: катушки индуктивности, магнитный стержень, кабель связи, необходимые для целей управления. В связи с этим увеличивается поперечный размер двигателя, что не позволяет погружать его в скважину для привода глубинHbIx насосов погружного типа. Наличие кабеля связи конструктивно усаожняет систему управ.1 IIII» злсьтр()привода,,что особенно неприемлен) л)1;(использования двигателя в слов!1ях пОГj)мж(-llliя (-! 0 в скважиIIW.

1je,) ью |гзобретеии» является упрощение э,!Октропривола в отношении конструктивного вьи|олиения как двигателя, так и системы управления путем обес!!ечения формирования в с ьн)вых Обмотках инлуктора сигнала 0 положении»кор» в крайних точках егÎ хола и передачи по си»!01)ому кабел!о питания сигнала в испол-!

i»-(.!ьный ме анизм Лля осуи|ествлеиия ревер(1 ..I:Ill;!тели;I разграничения ири этом крайнеГО и, рх(1(»о |,1сзо1()) и кр»йпего нижнего (пра!

1()1 () Г! (), l О ж(и! I 51» К Ор Я. к пз 1 !!! а» 11(, |ь лОсти Г ie Г(. я тем, что» ИОрь .!(аб;к ll,lâó) я. и: ршо|цими роль датчиков, I!o. 1ОЖС!111» 1 ОIIЦ(. HhDlli (|ИСТКаМИ, ОДИН ИЗ КОТОрыi выполнен из IlcмагиитиогÎ материала, d |ругой — из (среду)ои(ихся немагнитных и ферромагнитных колец, н введен фильтр-реле симметричных составлякш|их тока, подключенный своим выходом к блоку управления. к которому

l I Од кл 10 1 e|1 т а к ж c В ь! х oд р ел е и е p e Гp i 3 K и, и р ичем ширины ферромагнитных колец опрелеляе.ся из соотношения

b,.. Ь . qt, (п| — 1), ле b -- ширина ферромагнитного кольца;

Ъ„- ширина паза индуктора;

q -- число пазов на полюс и фазу;

t,— зубцовый шаг;

|п — число фаз.

Немагнитиые кольца могут быть выполнены из диэлектрического материала, например фторопл аста.

Целесообразно часть обмотки индуктора, расположенную со стороны участка с чередующимися кольцами, зашунтировать конденсаторами.

На фиг. 1 изображен двигатель электропривола, продольный разрез; на фиг. 2 — сечение

I;o А — A на фиг. 1; на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 1; на фиг. 4 — структурная схема системы управления двигателем электропривода; на фиг. 5-- принципиальная электрическая схема

-)лсктропривода.

Электроцривод содержит асинхронный двигатель возвратно-поступательного движения, который состоит из цилиндрического зубчатого индуктора 1 с трехфазной обмоткой 2, якоря 3 с

4 короткозамкнутой обмоткой 4 и устройства для реверса якоря.

Индуктор 1 имеет магнитопровод 5, составленный из п — числа продольных пакетов, набранных из полос электротехнической стали с пазами для катушек многофазной обмотки 2.

Пакеты магнитопровода жестко зафиксированы на концах, вместе с обмоткой пропитаны электроизоляционными смолами или лаком и вставлены внутрь цилиндрического корпуса 6 с охлаждающими ребрами жесткости. Катушки

10 трехфазной обмотки 2 двух фаз в торцовой части индуктора зашунтированы конденсатором С|, показанным на фиг. 5, на длине не менее двух полюсных шагов индуктора.

С внутренней стороны индуктор с целью защиты обмоток двигателя от окружающей сре15 ды скважины имеет тонкостенную руоашку 7.

Рубашка изготовлена методом спекания из окиси алюминия, являющейся изолятором и хорошим проводником тепла. На рубашку 7 надеты кольца 8. Их магнитная проницаемость равна

20 проницаемости материала магнитопровода индуктора.

Каждое кольцо 8 расположено по середине зуба магнитопровода инлуктора.

Якорь 3 двигателя расположен внутри герметизированного тонкостенной рубашкой 7 индуктора 1 в подшипниках 9, установленных во фланцах 10 двигателя. Якорь состоит из трех участков, которые по его длине имеют один диаметр и соединены между собой жестко с помощью центрального стержня 11. Средний участок якоря имеет короткозамкнутую обмотку 4 и выполнен из и-числа продольных пакетов 12, набранных из полос электротехнической стали с профильными (открытыми, полузакрытыми, закрытыми) лазами 13. Короткозамкнутая обмотка 4 якоря, образованная за счет

М заполнения электропроводящим материалом (медью, алюминием) кольцевых профильных пазов 13 и продольных пазов 14, представляет собой многоступенчатую беличью клетку, связывающую пакеты якоря в монолитное тело.

Один конец якоря выполнен в виде втулки 15 из немагнитного материала, например фторопласта, длиной от трех и более полюсных шагов индуктора. Противоположный конец якоря длиной от четырех и более полюсных шагов индуктора выполнен из чередующихся между со45 бой ферромагнитных 16 и немагнитных 17 колец. Ширина каждого ферромагнитного кольца

16 определяется из соотношения

b.„< b< qt (m — 1), где b — ширина ферромагнитного кольца. л

Ъ вЂ” ширина паза индуктора;

q — число пазов на полюс и фазу;

t — зубцовый шаг;

m — число фаз.

Расстояние между поперечными осями симметрии каждых двух ферромагнитных колец

55 равно величине полюсного шага индуктора.

Конец якоря с чередующимися ферромагнитными и немагнитными кольцами может быть выполнен в трех вариантах.

Вариант 1, Ширина ферромагнитных колец выполнена переменной величины, которая постоянно возрастает от средней части якоря к

597051 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 якоря выполнено одинаковой ширины, равной ширине паза индуктора..

Кольца расположены так, что в статическом состоянии двигателя они находятся напротив пазов индуктора, в которые уложены катушки только одной из фаз, например, фазы А трех,фазной обмотки двигателя. При этом немагнит- 4О ные кольца имеют ширину 2t,.+Ь„, где t — зубцовый шаг индуктора, b,— ширина зуба индуктора.

Вариант 3. Каждое ферромагнитное кольцо на концевом участке якоря выполнено одинаковой ширины, равной 2t,— b . Кольца расположены так, что они перекрывают одновременно пазы индуктора, в которые уложены обмотки двух рядом расположенных фаз, например А и

В, а кольца из немагнитного материала выполнены шириной t +b,„. 20

Электропривод содержит также реверсивный блок 18, через который многофазная обмотка двигателя подключена к цепи питания, блок управления 19, соединенный с реверсивным блоком 18, фильтр-реле 20 симметричных составляющих тока, подключенный своим выходом к блоку управления 19, и блок защиты 21 с реле перегрузки, причем выход реле перегрузки подключен к блоку управления 19.

Реверсивный блок 18 (см. фиг. 5) собран на тиристорах, включенных в две фазы. Причем управление тиристорами выполнено на герметизированных реле Р,, P типа РМУГ. В блоке

18 установлены трансформаторы тока ТР, TP для питания токовых реле защиты РМ, РМ, РМП. Максимальные реле РМ и РМ, использу ются для защиты двигателя при значительных перегрузках, двигатель отключается без выдержки времени. Реле перегрузки РМП предназначается для отключения двигателя по току в пределах J,, „= 1,2 — 1,3 J, потребляемого в конце хода подвижного якоря. Первич- 4 ные обмотки трансформатора тока ТР, включены последовательно в главные цепи питания двигателя.

Для подключения фильтра симметричных составляющих типа ФТ вторичные обмотки трансформатора тока ТР3 соединяются в звез- 45 ду. При подаче несимметричной системы токов на входные зажимы фильтра-реле 20 фильтрреле не пропустит токов прямой и нулевой последовательности, и в реле Р, и Р будет . проходить ток, пропорциональныи по величине только току обратной последовательности на входе фильтра.

Блок управления 19 обеспечивает реверс двигателя при достижении якорем крайнего правого или левого хода (нижнего или верхнего положения), осуществляет полное открытие тиристоров в цепи переменного тока, необходимое для работы силовых элементов в роли, аналогичной контактору.

Блок защиты 21 отключает двигатель при перегрузках, коротких замыканиях и обрыве одной из фаз.

При подаче питания двигателю по силовому кабелю в индукторе 1 создается бегущее электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в короткозамкнутой обмотке 4 якоря 3. Эта ЭДС создает электромагнитное поле якоря.

В результате взаимодействня полей якорь

3 перемещается внутри индуктора 1.

При вхождении в поле индуктора концевого участка с ферромагнитными кольцами 16 возникают силы одностороннего магнитного притяжения, якорь 3 затормаживается до полной остановки. При этом торможение происходит плавно, так как во взаимодействие вступают кольца, ширина которых возрастает. Силы магнитного притяжения наиболее сильно развиваются, когда паз индуктора перекрывается 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 Оаботы двигатсля. 11есимметричный режим работы двигателя может быть представлен в виде системы токов прямой и обратной последовательности. При прохождении таких токов через фильтр-реле 20 на входе выделяется только ток обратной последовательности. Реле Р, и Р срабатывают от данного тока и подают сигнал на осуществление реверса двигателя через блок управления 19.

В процессе движения участка якоря с ферромагнитными кольцами 16 наступает такой момент, когда ферромагнитные кольца перекроют пазы с катушками, составляющими часть фазной обмотки, которая зашунтирована конденсатором . При этом наступает явление резонанса токов цепи, которая составлена из частИ фазной обмотки и конденсатора. При резонансе тока реактивная проводимость конденсатора равна проводимости части обмотки фазы. В этом случае цепь обладает только свойствами цепи с активным сопротивлением. Резонанс достигается за счет разной по величине магнитной проницаемости рабочей части якоря и концевого участка. При резонансе изменяется по величине фазный ток, чем достигается изменение глубины несимметрии режима работы двигателя. Это повышает надежность формирования сигнала о положении якоря в крайних точках.

Когда в индуктор входит участок якоря, выполненный в виде втулки из сплошного диэлектрического материала, что эквивалентно увеличению воздушного зазора между якорем и индуктором, происходить резкое увеличение тока в обмотках двигателя, причем этот тот по величине превосходит ток короткого замыкания двигателя при наличии в поле индуктора среднего участка якоря.

Следовательно, левый или правый ход якоря различается в первом случае посредством реле

Рз. и Р,. во втором случае — посредством реле перегрузки РМП.

Управление тиристорным переключателем осуществляется посредством реле Р, и Р,.

В данном электроприводе конструкция двигателя и система управления упрощены за счет

597051

Фо рл(ул а аз обретен ия

Я-Я

< ч"-<иг. 2

<Р(г. 3

А8 (", Я1 в! Ct исключения дополнительных элементов управления и дополнительной линии связи..=>то облсгчает выполнить двигатель в погружном варианте и использовать его в скважинах для привода глубинных насосов поршневого типа. при добыче нефти и воды.

1. 3, !ектроп13и вод, содержащий асинхронный двигате, ь в»звратпо-поступательного дви жения. состоящий из зубчатого индуктора с глног»фазной о(3моткой, подклк>ченной к цепи питан!<я 1ерез р(исрсивный блок, соединенный с блок > у1!рав iеi1»5<, якоря с короткозамкнутой (1<3м(33i, 1.;!!!тч!1ков положения и блок защиты с р(,:.;!("р(гр-:<ки, отличающи(1ая тем, что, с ! l! ю . 11;:< 51!! 1:. !я. яко !ь снаож(.и !вумя и:pBк>..:;1 3!!I р(х !ь д.<тч!!к(3» положения концевыми . 111< к".3!II, », !1:<з .:»т(3рых выполнен из немаги!<тн(31<:.!ат. !1!1;1,<а, и (г<у(ой —. из.чередующих(5! !i".. :..ги:.: !1!..!х и ф(р!3о(!агци IIblx колеи,, и

I3I3(3(<Ь!!Л:.:

b,,(b < qt-, (m — 1), 5 где b — ширина ферромагнитного кольца; . b... ширина паза индуктора;

q — число пазов на полюс и фазу;

t зубцовый шаг; гй — число фаз.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что. немагнитные кольца выполнены из диэлектрического материала, например фторопласта.

3. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что часть обмотки индуктора, расположен15 ная со стороны участка с чередующимися кольцами, зашунтирована конденсаторами.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Франции № 205б768, кл.

Н 02 К 41/00, 1971.

2. Патент Швеции № 334409, кл. 21 d 23, 1971.

597051

Составитель Ф. Подольская

Техред О. Луговая Корректор 3,. Мельниченко

Тираж 895 Подписное

Редактор И. Тимофеева

Заказ 1166/53 <дНИИПИ Гос1ларс< венного <<оми<с;а Сов<,< М<<ь астров СССР но делам изоорсте<л<ш н <о крытой

11,1035. Москва, Ж-35, Раугвская наб. д. 4 5

<рилнал 11!111 «Патент», г. Ужгор< д, л. 1Iр<>i кгнлн, 1