RU2720880C1 - Method of asynchronous electric machine modernization of drive pump of transport systems of extracted oil - Google Patents
Method of asynchronous electric machine modernization of drive pump of transport systems of extracted oil Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720880C1 RU2720880C1 RU2019117015A RU2019117015A RU2720880C1 RU 2720880 C1 RU2720880 C1 RU 2720880C1 RU 2019117015 A RU2019117015 A RU 2019117015A RU 2019117015 A RU2019117015 A RU 2019117015A RU 2720880 C1 RU2720880 C1 RU 2720880C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric machine
- asynchronous electric
- stator
- rotor
- permanent magnets
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится группа изобретенийFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно, к оборудованию для перекачки нефтегазовых смесей и прочих мультифазных флюидов.The invention relates to petroleum engineering, and in particular, to equipment for pumping oil and gas mixtures and other multiphase fluids.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время приводы систем транспорта добываемой жидкости (СТДЖ), в подавляющем большинстве случаев, комплектуются высоковольтными асинхронными двигателями с входным напряжением 6 кВ, оснащенными вакуумными контакторами.Currently, the drives of produced fluid transport systems (STJ), in the vast majority of cases, are equipped with high-voltage asynchronous motors with an input voltage of 6 kV, equipped with vacuum contactors.
Мощность двигателей изменяется от 200 кВт до нескольких МВт. Большинство парка составляют установки до 400 кВт. Подобному приводу присущи следующие недостатки:Engine power varies from 200 kW to several MW. Most of the fleet consists of installations up to 400 kW. Such a drive has the following disadvantages:
- мощные высоковольтные двигатели крайне чувствительны к прямому запуску, производитель ограничивает количество запусков в год, за весь срок эксплуатации и жестко регламентирует промежуток времени между запусками;- powerful high-voltage engines are extremely sensitive to direct start, the manufacturer limits the number of starts per year, for the entire period of operation and strictly regulates the time interval between starts;
- изменение частоты вращения в принципе невозможно;- change in speed is impossible in principle;
- в момент запуска и выключения двигателей по сетям 6 кВ проходят мощные коммутационные выбросы, отрицательно влияющие на работу прочих потребителей и повышающие требования к самим сетям. В качестве полезной нагрузки электродвигателей выступают как лопастные, так и объемные насосы.- at the moment of starting and turning off the engines, powerful switching emissions pass through 6 kV networks, which negatively affect the operation of other consumers and increase the requirements for the networks themselves. As the payload of the electric motors are both vane and volumetric pumps.
Учитывая практически непрерывную работу оборудования и его значительную мощность, энергоэффективность приводов является одной из приоритетных задач. При этом КПД самих двигателей на номинальном режиме имеет достаточно высокие значение (94-95%). Однако, если рассматривать установку в целом, то оказывается, что для лопастных машин максимальные значения КПД обеспечиваются в достаточно узком диапазоне расходно-напорной характеристики и отклонения от расчетной точки в любую сторону более чем на 15-20% резко снижает энергоэффективность установки. Регулирование путем увеличения гидравлического сопротивления на выходе насоса (штуцирование, прикрытие задвижек) также приводит к росту потерь энергии. Для насосов объемного типа (мультифазных) при неизменной частоте вращения регулировка расхода, как правило, возможна лишь перепуском части жидкости обратно на вход либо изменением количества параллельно работающих установок. Таким образом, для всех типов насосов оказывается, что ошибки при подборе оборудования и/или изменение режимов в процессе эксплуатации не могут быть скомпенсированы без снижения энергоэффективности.Given the almost continuous operation of the equipment and its significant power, the energy efficiency of drives is one of the priority tasks. At the same time, the efficiency of the engines themselves in nominal mode is quite high (94-95%). However, if we consider the installation as a whole, it turns out that for vane machines the maximum values of efficiency are provided in a rather narrow range of flow-discharge characteristics and deviations from the design point in any direction by more than 15-20% sharply reduce the energy efficiency of the installation. Regulation by increasing the hydraulic resistance at the pump outlet (fitting, closing the valves) also leads to an increase in energy loss. For volumetric pumps (multiphase) with a constant speed, flow control is usually possible only by transferring part of the liquid back to the inlet or by changing the number of parallel installations. Thus, for all types of pumps, it turns out that errors in the selection of equipment and / or changes in modes during operation cannot be compensated without reducing energy efficiency.
Поэтому на первый план выходит необходимость создания регулируемого привода, позволяющего в широких пределах изменять частоту вращения насоса. Но при этом возникает ряд проблем:Therefore, the forefront is the need to create an adjustable drive that allows a wide range to change the speed of the pump. But this raises a number of problems:
- существующие на рынке преобразователи частоты на 6 кВ - устройства весьма дорогостоящие (примерная цена 500 кВт-ного преобразователя 5-7 млн. руб.) и непростые в обслуживании и ремонте;- 6 kV frequency converters existing on the market - devices are very expensive (the approximate price of a 500 kW inverter is 5-7 million rubles) and are not easy to maintain and repair;
- серийные асинхронные двигатели, не предназначенные для работы в составе частотно регулируемого привода в случае работы с преобразователем заметно ухудшают характеристики и, что особенно важно, надежность;- serial asynchronous motors, not intended for operation as part of a variable frequency drive in the case of operation with a converter, noticeably worsen performance and, most importantly, reliability;
- пусковые характеристики асинхронные двигатели требуют (особенно при осложненном запуске) существенного запаса преобразователя по току сравнительно с номинальным режимом.- starting characteristics asynchronous motors require (especially with complicated start-up) a significant supply of the converter in current compared with the nominal mode.
В то же время существующий опыт создания и эксплуатации погружных вентильных двигателей показывает, что для мощностей до 400 кВт вполне возможно создание вентильных приводов, лишенных вышеперечисленных недостатков. При такой мощности стоимость силовой установки, с входным напряжением 0,4-0,69 кВ составит, ориентировочно, 1,2-1,5 млн. руб. Учитывая, что пусковой ток вентильного двигателя не превышает рабочий, резко снижаются требования к перегрузочным способностям сети и облегчаются условия ее работы. Энергетика привода будет заметно лучше как нерегулируемого, за счет оптимизации рабочей точки, так и регулируемого асинхронные двигатели, за счет широких зон высокого КПД при изменении, как частоты вращения, так и потребляемой мощности.At the same time, the existing experience in the creation and operation of submersible valve motors shows that for capacities up to 400 kW it is quite possible to create valve actuators devoid of the above disadvantages. With such power, the cost of the power plant, with an input voltage of 0.4-0.69 kV, will amount to approximately 1.2-1.5 million rubles. Given that the starting current of the valve motor does not exceed the working one, the requirements for the overload capabilities of the network are sharply reduced and the conditions for its operation are facilitated. Drive energy will be significantly better than unregulated, due to the optimization of the operating point, as well as adjustable asynchronous motors, due to the wide areas of high efficiency when changing both the speed and power consumption.
Из уровня техники известен способ ремонта и модернизации электрических машин переменного тока (RU 2089989 А1, H02K 15/00, опубл. 20.12.1996). Известный способ включает удаление элементов обмотки ротора, изготовление новой активной части ротора, чистовую обработку и балансировку ротора и испытание электрической машины, отличающийся тем, что элементы обмотки удаляют вместе с зубцовым слоем ротора, изготавливают железно-медную гильзу в соответствии с геометрией удаленной части и закрепляют гильзу на оставшейся части ротора.The prior art method for the repair and modernization of electrical AC machines (RU 2089989 A1,
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является обеспечение перехода на регулируемый привод существующих и вновь вводимых мультифазных насосов с целью повышения энергоэффективности и увеличения ресурса установок при минимизации дополнительных затрат. Модернизация существующих двигателей со сменой типа, позволяет наиболее полно реализовать преимущества регулируемого привода.The objective of the claimed invention is to ensure the transition to a controlled drive of existing and newly introduced multiphase pumps in order to improve energy efficiency and increase the service life of plants while minimizing additional costs. Modernization of existing engines with a change of type, allows you to fully realize the benefits of an adjustable drive.
Техническим результатом заявленной изобретения является повышение энергоэффективности и увеличение ресурса установки.The technical result of the claimed invention is to increase energy efficiency and increase the resource of the installation.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что способ изменения конструкции асинхронной электромашины, применяемой для привода мультифазных насосов, состоящий из этапов, на которых:The technical result of the claimed invention is achieved due to the fact that the method of changing the design of an asynchronous electric machine used to drive multiphase pumps, consisting of the stages in which:
разбирают асинхронную электромашину,disassemble the asynchronous electric machine,
удаляют обмотку статора исходной асинхронной электромашиныremove the stator winding of the original asynchronous electric machine
и осуществляют обмер листа статора исходной асинхронной электромашины,and measure the stator sheet of the original asynchronous electric machine,
создают эскиз листа статора исходной асинхронной электромашины иcreate a sketch of the stator sheet of the original asynchronous electric machine and
осуществляют перемотку статора исходной асинхронной электромашины и, при необходимости, удаляют часть пакета статора, если расчетная толщина меньше фактической,rewind the stator of the original asynchronous electric machine and, if necessary, remove part of the stator package if the estimated thickness is less than the actual one,
дополнительно устанавливают в узкую часть зубца листа статора клинья из шихтованного материала,additionally installed in the narrow part of the tooth of the stator sheet, wedges of laden material,
удаляют сердечник ротора исходной асинхронной электромашины и осуществляют, при необходимости, токарную обработку вала,removing the rotor core of the original asynchronous electric machine and, if necessary, turning the shaft,
осуществляют изготовление ротора с постоянными магнитами, при этом постоянные магниты дополнительно покрывают электроизолирующим покрытием,carry out the manufacture of a rotor with permanent magnets, while the permanent magnets are additionally coated with an electrically insulating coating,
осуществляют сборку электромашины с изготовленным ротором с постоянными магнитами,assembling an electric machine with a manufactured rotor with permanent magnets,
при этом на этапе итоговой сборки электродвигателя используют корпус исходной асинхронной электромашины, станину, щиты, вал, подшипники, взрывозащитные элементы исходной асинхронной электромашины.at the same time, at the stage of the final assembly of the electric motor, the body of the original asynchronous electric machine, the bed, shields, shaft, bearings, explosion-proof elements of the original asynchronous electric machine are used.
В частном случае реализации заявленного технического решения в качестве постоянных магнитов используют магниты марки NdFeB, SmCo или ферритовые, или их комбинацию.In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, permanent magnets use NdFeB, SmCo or ferrite magnets, or a combination thereof.
В частном случае реализации заявленного технического решения балансировку ротора осуществляют на собранной после модернизации электромашине.In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the balancing of the rotor is carried out on an electric machine assembled after modernization.
В частном случае реализации заявленного технического решения изготавливают новый магнитопровод ротора из электротехнической стали толщиной от 0.1 до 0.5 мм.In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, a new rotor magnetic circuit is made of electrical steel from 0.1 to 0.5 mm thick.
В частном случае реализации в качестве обмотки статора используют нить на основе углеродных нанотрубок.In the particular case of implementation, a carbon nanotube-based filament is used as a stator winding.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано.Details, features, and advantages of the present invention follow from the following description of embodiments of the claimed technical solution using the drawings, which are shown.
Фиг. 1 - продольный разрез модифицированного двигателя;FIG. 1 is a longitudinal section through a modified engine;
Фиг. 2 - 3-d модель двигателя;FIG. 2 - 3-d engine model;
Фиг. 3 - 3-d модель мультифазного насоса;FIG. 3 - 3-d model of a multiphase pump;
Фиг. 4 - эскиз листа статора. z=60;FIG. 4 is a sketch of a stator sheet. z is 60;
Фиг. 5 - расчетная схема, на которой фазы обмотки показаны разным цветом, для эскиза листа статора;FIG. 5 is a design diagram in which the winding phases are shown in different colors for sketching a stator sheet;
Фиг. 6 - поле индукции;FIG. 6 - induction field;
Фиг. 7 - расчетная схема с дополнительно установленными клиньями из шихты;FIG. 7 - design scheme with additionally installed wedges from the charge;
Фиг. 8 - поле индукции с дополнительными клиньями;FIG. 8 - induction field with additional wedges;
Фиг. 9 - поле потерь;FIG. 9 - loss field;
Фиг. 10 - график мощности при различной частоте вращения, построенный на основании замеров после установки дополнительных клиньев;FIG. 10 is a graph of power at different speeds, built on the basis of measurements after installing additional wedges;
Фиг. 11 - вольтамперная характеристика, приведенная в виде графика, построенного на основании замеров после установки дополнительных клиньев;FIG. 11 - current-voltage characteristic, shown in the form of a graph built on the basis of measurements after installing additional wedges;
Фиг. 12 - график зависимости коэффициента мощности от силы тока, построенный на основании замеров после установки дополнительных клиньев;FIG. 12 is a graph of the dependence of the power factor on the current strength, based on measurements after installing additional wedges;
Фиг. 13 - график зависимости суммарных потерь от мощности, построенный на основании замеров после установки дополнительных клиньев;FIG. 13 is a graph of the dependence of total losses on power, built on the basis of measurements after installing additional wedges;
Фиг. 14 - график зависимости КПД от силы тока, построенный на основании замеров после установки дополнительных клиньев;FIG. 14 is a graph of the efficiency versus current strength based on measurements after installing additional wedges;
Фиг. 15 - расчетная схема с внутренним расположением магнитов;FIG. 15 is a design diagram with an internal arrangement of magnets;
Фиг. 16 - поле индукции с внутренним расположением магнитов;FIG. 16 - induction field with an internal arrangement of magnets;
Фиг. 17 - поле потерь;FIG. 17 - loss field;
Фиг. 18 - график зависимости мощности от силы тока, построенный на основании замеров после установки внутренних магнитов;FIG. 18 is a graph of power versus current strength based on measurements after the installation of internal magnets;
Фиг. 19 - график зависимости потерь от мощности, построенный на основании замеров после установки внутренних магнитов;FIG. 19 is a graph of power loss based on measurements after the installation of internal magnets;
Фиг. 20 - график зависимости КПД от силы тока, построенный на основании замеров после установки внутренних магнитов;FIG. 20 is a graph of the efficiency versus current strength based on measurements after the installation of internal magnets;
Фиг.21 - вращающие моменты, развиваемые рассчитанными машинами при помощи метода конечных элементов;Fig - torques developed by calculated machines using the finite element method;
Фиг. 22 - расчетные модели.FIG. 22 - calculation models.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:In the figures, the numbers indicate the following positions:
1 - станина, 2 - пакет статора, 3 - крыльчатка вентилятора, 4 - пакет ротора, 5 - подшипник, 6 - вал; 7 - обмотка статора, 8 - щит, 9 - кожух вентилятора; 10 - электродвигатель; 11 - насос.1 - bed, 2 - stator package, 3 - fan impeller, 4 - rotor package, 5 - bearing, 6 - shaft; 7 - stator winding, 8 - shield, 9 - fan casing; 10 - electric motor; 11 - pump.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Глубокая модернизация асинхронного двигателя для получения вентильного двигателя с повышенными показателями энергоэффективности, включает этапы определения оптимальных технические характеристик и одновременной разборки асинхронной электромашины, последующего удаления обмотки статора исходной асинхронной электромашины, и осуществление обмер листа статора исходной асинхронной электромашины или получение геометрических размеров листа статора исходной асинхронной электромашины от завода изготовителя, создание эскиза листа статора исходной асинхронной электромашины.Deep modernization of the induction motor to obtain a valve motor with improved energy efficiency, includes the steps of determining the optimal technical characteristics and simultaneous disassembly of the asynchronous electric machine, the subsequent removal of the stator winding of the original asynchronous electric machine, or the measurement of the stator sheet of the original asynchronous electric machine or obtaining the geometrical dimensions of the stator sheet of the original asynchronous electric machine from the manufacturer, creating a sketch of the stator sheet of the original asynchronous electric machine.
Геометрия существующего листа статора исходной асинхронной электромашины, необходимая для последующих расчетов, не всегда может быть получена путем запроса чертежей у завода изготовителя, тогда единственным способом остается непосредственные измерения листа статора исходной асинхронной электромашины, расчет ЭМС с определением геометрии нового ротора и параметров машины, который проводится в соответствии с ТЗ заказчика на модернизированный двигатель, причем мощность может повышаться до 2-3 раз, удаление (при необходимости) части пакета статора, поскольку двигатель с ПМ занимает в 2,5-3 раза меньшую длину, чем асинхронный той же мощности, перемотку обмотки статора согласно проведенного расчета, изготовление и балансировку ротора с ПМ, сборку машины. В варианте реализации заявленного технического решения изготавливают новый магнитопровод из пакета листов статора. Листы статора выполнены из листов электротехнической стали толщиной от 0,1 до 0,5 мм.The geometry of the existing stator sheet of the original asynchronous electric machine, necessary for subsequent calculations, can not always be obtained by requesting drawings from the manufacturer, then the only way is to directly measure the stator sheet of the original asynchronous electric machine, calculate the EMC with determining the geometry of the new rotor and machine parameters, which is carried out in accordance with the TOR of the customer for the upgraded motor, and the power can increase up to 2-3 times, removing (if necessary) part of the stator package, since the PM motor takes 2.5-3 times less length than an asynchronous motor of the same power, rewinding stator windings according to the calculation, manufacturing and balancing of the rotor with PM, assembly of the machine. In an embodiment of the claimed technical solution, a new magnetic circuit is made from a packet of stator sheets. The stator sheets are made of sheets of electrical steel with a thickness of 0.1 to 0.5 mm.
При этом на основе геометрии существующего статорного листа исходной асинхронной электромашины рассчитывают значения следующих параметров: количество полюсов ротора, длина активной части, количество эффективных электропроводников в пазу, площадь электропроводника и создают расчетную схему магнитопровода ротора на основе заданных технических характеристик и листа статора исходной асинхронной электромашины или изготавливают новый магнитопровод статора из электротехнической стали.In this case, on the basis of the geometry of the existing stator sheet of the original asynchronous electric machine, the values of the following parameters are calculated: the number of rotor poles, the length of the active part, the number of effective conductors in the groove, the area of the electric conductor and create the design circuit of the rotor magnetic circuit based on the specified technical characteristics and the stator sheet of the original asynchronous electric machine or make a new stator magnetic circuit from electrical steel.
После чего осуществляют моделирование работы и анализируют полученную модель, сравнивают параметры полученной модели с заданными техническими характеристиками, вносят исправления в созданную модель, осуществляют моделирование работы и анализируют полученную итерацию модели, при необходимости шаги изменения и анализа повторяют до получения удовлетворительного результата и принимают оптимальную рабочую схему, на основе полученной оптимальной рабочей схемы осуществляют перемотку статора исходной асинхронной электромашины и, при необходимости, удаляют часть пакета статора, после чего удаляют сердечник ротора исходной асинхронной электромашины, и осуществляют, при необходимости, токарную обработку вала, осуществляют изготовление ротора с постоянными магнитами на основе полученной оптимальной рабочей схемы, при этом при итоговой сборке электродвигателя используют корпус исходной асинхронной электромашины, станину, щиты, вал, подшипники, взрывозащитные элементы исходной асинхронной электромашины.After that, the work is simulated and the resulting model is analyzed, the parameters of the obtained model are compared with the given technical characteristics, corrections are made to the created model, the work is modeled and the obtained iteration of the model is analyzed, if necessary, the changes and analysis steps are repeated until a satisfactory result is obtained and the optimal working scheme is adopted , on the basis of the obtained optimal working circuit, the stator is rewound of the initial asynchronous electric machine and, if necessary, a part of the stator package is removed, then the rotor core of the original asynchronous electric machine is removed, and, if necessary, the shaft is turned, the rotor with permanent magnets is manufactured on the basis of the resulting optimal working circuit, while the final assembly of the electric motor uses the body of the original asynchronous electric machine, bed, shields, shaft, bearings, explosion-proof elements of the original asynchronous electric machine other.
Расчет, как правило, проводится с использованием современных расчетных комплексов, использующих метод конечных элементов, например, ELCUT.Calculation, as a rule, is carried out using modern calculation systems using the finite element method, for example, ELCUT.
Получающаяся в результате модернизации электрическая машина имеет лучшие энергетические характеристики и меньшую массу, сохраняя при этом габаритные и установочные размеры, что позволяет устанавливать ее на место без доработки. При этом все конструктивные элементы остаются на своих местах и выполняют те же функции, что и в «донорском» двигателе. Однако двигатель приобретает новые потребительские свойства: более высокий КПД, расширенный диапазон частот вращения с высоким КПД, возможность работать с относительно дешевыми низковольтными преобразователями частоты.The electric machine resulting from the modernization has the best energy characteristics and lower weight, while maintaining the overall and installation dimensions, which allows you to install it in place without modification. At the same time, all structural elements remain in place and perform the same functions as in the “donor” engine. However, the engine acquires new consumer properties: higher efficiency, an expanded range of rotational speeds with high efficiency, the ability to work with relatively cheap low-voltage frequency converters.
Рассматриваемый двигатель состоит из станины (1), статора, обмотанного, поз 2, 7, вала, поз. 6, на который запрессовывается пакет ротора поз. 4 с предустановленными магнитами, размещенными в пазах пакета, согласно расчету электромагнитной системы и крыльчатка вентилятора поз. 3, вал вращается в подшипниках поз. 5.The engine in question consists of a bed (1), a stator, wound, pos. 2, 7, a shaft, pos. 6, on which the rotor package pos. 4 with pre-installed magnets placed in the grooves of the package, according to the calculation of the electromagnetic system and the fan impeller pos. 3, the shaft rotates in bearings pos. 5.
В качестве постоянных магнитов используют магниты марки NdFeB, SmCo или ферритовые, или их комбинация.As permanent magnets use magnets of the brand NdFeB, SmCo or ferrite, or a combination thereof.
Для снижения потерь в роторе магниты покрывают электроизолирующим покрытием.To reduce losses in the rotor, the magnets are coated with an electrically insulating coating.
В качестве электропроводника используют нить на основе углеродных нанотрубок.As an electrical conductor, a thread based on carbon nanotubes is used.
При этом все детали и узлы за исключением пакета ротора и обмотки статора остаются от базовой машины без каких-либо переделок, а пакет статора может уменьшаться по толщине в соответствие с результатами расчета. Преобразователь частоты создает в обмотке статора переменные токи, вызывающие вращающееся магнитное поле статоров, увлекающее за собой ротор с постоянными магнитами.In this case, all parts and assemblies, with the exception of the rotor package and the stator winding, remain from the base machine without any alterations, and the stator package can be reduced in thickness in accordance with the calculation results. The frequency converter creates alternating currents in the stator winding, causing a rotating magnetic field of the stators, entraining a rotor with permanent magnets.
Практическая реализация данного решения отличается от капитального ремонта двигателя только расчетом и изготовлением сердечника ротора. Расчет, учитывая конечность номенклатуры, может быть выполнен заранее для большинства типов применяемых двигателей.The practical implementation of this solution differs from the engine overhaul only in the calculation and manufacture of the rotor core. Calculation, taking into account the finiteness of the nomenclature, can be performed in advance for most types of engines used.
Остальные работы, сборка-разборка, обмотка, удаление сердечника ротора и части сердечника статора, балансировка ротора, испытания машины могут быть выполнены на обычном оборудовании ремонтного завода.The rest of the work, assembly-disassembly, winding, removal of the rotor core and parts of the stator core, balancing of the rotor, machine tests can be performed on conventional equipment of the repair plant.
Пример расчета электромагнитной системы синхронного двигателя с постоянными магнитами в роторе (СДПМ), выполненного на базе серийной асинхронной машины.An example of calculating the electromagnetic system of a synchronous motor with permanent magnets in the rotor (SDPM), made on the basis of a serial asynchronous machine.
Исходной машиной послужил взрыврзащищенный асинхронный двигатель габарита 450 мм BAO2-450-315 мощностью 315 кВт при 1500 об/мин. После разборки двигателя и удаления обмотки был измерен лист статора и создан эскиз листа статора z=60 (Фиг. 4).The original machine was an explosion-proof asynchronous motor with a size of 450 mm BAO2-450-315 with a power of 315 kW at 1500 rpm. After disassembling the motor and removing the winding, the stator sheet was measured and a sketch of the stator sheet z = 60 was created (Fig. 4).
На основе листа статора и ТЗ на двигатель был создан первый вариант расчетной схемы половины полюсного деления (Фиг. 5).On the basis of the stator sheet and the technical specifications for the engine, the first version of the design scheme of half of the pole division was created (Fig. 5).
Основные параметры: число полюсов - 10; длина активной части 210 мм; число эффективных проводников в пазу - 1; площадь проводника 480 мм2.Main parameters: number of poles - 10; length of active part 210 mm; the number of effective conductors in the groove is 1; conductor area 480 mm 2 .
После создания схемы был произведен расчет. Анализ поля индукции (фиг. 6) показывает, что конструкция статора неудачна с точки зрения оптимизации поля в зубцах. Узкая часть зубца насыщается и становится «пробкой», не дающей проходить полю. Для улучшения прохождения поля применяют дополнительные клинья из шихтованного материала. (Фиг. 7). После установки дополнительных клиньев создают расчетную схему и производят расчет и анализ поля индукции (Фиг. 8). Видно, что, по сравнению в первым вариантом прохождение поля в зубцы заметно улучшилось, но заметна неравномерность индукции в магните, что будет вызывать его нагрев. Картина поля потерь подтверждает этот вывод. Видно, что максимальное тепловыделение происходит в магните и стали ротора.After creating the scheme, a calculation was made. An analysis of the induction field (Fig. 6) shows that the stator design is unsuccessful in terms of optimizing the field in the teeth. The narrow part of the tooth becomes saturated and becomes a “cork” that does not allow the field to pass. To improve the passage of the field, additional wedges from burnt material are used. (Fig. 7). After installing additional wedges create a design scheme and calculate and analyze the induction field (Fig. 8). It can be seen that, compared to the first option, the passage of the field into the teeth has improved markedly, but the irregularity of the induction in the magnet is noticeable, which will cause it to heat up. The picture of the loss field confirms this conclusion. It can be seen that the maximum heat release occurs in the magnet and the rotor steel.
На Фиг. 9-14 приведены основные характеристики второго варианта.In FIG. 9-14 show the main characteristics of the second option.
Из характеристик видно, что зависимость потерь от частоты вращения резко выражена, что связано со значительным нагревом ротора вихревым токами.From the characteristics it is seen that the dependence of losses on the rotation frequency is pronounced, which is associated with a significant heating of the rotor by eddy currents.
Для уменьшения этой составляющей потерь была разработана третья схема с внутренним расположением магнитов (Фиг. 15).To reduce this component of losses, a third circuit with an internal arrangement of magnets was developed (Fig. 15).
После создания схемы был произведен расчет и анализ основных характеристик. Анализ поля индукции (Фиг. 16).After creating the scheme, the calculation and analysis of the main characteristics was performed. Analysis of the induction field (Fig. 16).
На Фиг. 16-20 приведены основные характеристики второго варианта.In FIG. 16-20 are the main characteristics of the second option.
Таким образом, для данной электрической машины более предпочтительным является внутреннее расположение магнитов.Thus, for a given electric machine, the internal arrangement of the magnets is more preferable.
Модернизация АД дает значительный выигрыш в энергетических характеристиках несмотря на уменьшение активной длины с 560 до 210 мм, но требует тщательного расчета ЭМС.Modernization of blood pressure gives a significant gain in energy characteristics despite the decrease in active length from 560 to 210 mm, but requires careful calculation of EMC.
Далее приведены конкретные примеры модернизации асинхронной электромашины привода насоса систем транспорта добываемой нефти на базе поверочных расчетов трех асинхронных двигателей по предложенному алгоритму.The following are specific examples of the modernization of an asynchronous electric machine for pump drive of oil production transport systems based on verification calculations of three asynchronous motors according to the proposed algorithm.
Аналогом первой машины для модернизации является двигатель 4A100L4У3 (IM-1 до модернизации и РМ-1 после), второй машины - 4А210L10У3 (IM-2 и РМ-2, соответственно) и 4А315М4У3 для третьей машины (IM-3 и РМ-3).An analogue of the first modernization machine is the 4A100L4U3 engine (IM-1 before modernization and RM-1 after), the second machine - 4A210L10U3 (IM-2 and RM-2, respectively) and 4A315M4U3 for the third machine (IM-3 and RM-3) .
Для подтверждения формулы изобретения выполнены последующие шаги:To confirm the claims, the following steps are taken:
1. Произведен поверочный аналитический расчет асинхронных двигателей IM-1, IM-2 и IM-3.1. Calibration analytical analysis of the induction motors IM-1, IM-2 and IM-3.
2. При условии полного сохранения геометрии статора и его обмотки путем подбора геометрических размеров нового ротора проведены расчеты трех синхронных машин с постоянными магнитами РМ-1, РМ-2, РМ-3. Целью расчета являлось достижение как минимум того же вращающего момента, что и в асинхронном двигателе (результаты расчета предоставлены в табл. 1).2. Provided that the stator geometry and its winding are fully preserved by selecting the geometric dimensions of the new rotor, three synchronous machines with permanent magnets RM-1, RM-2, and RM-3 are calculated. The purpose of the calculation was to achieve at least the same torque as in an induction motor (the calculation results are presented in Table 1).
3. Для всех шести машин выполнен уточняющий расчет методом конечных элементов в двухмерной постановке. Расчетные модели показаны на Фиг. 22. развиваемый машинами вращающий момент показан на Фиг. 21.3. For all six machines, a refinement calculation by the finite element method in a two-dimensional setting was performed. The calculation models are shown in FIG. 22. Machine-generated torque is shown in FIG. 21.
Результаты расчетов доказывают работоспособность предложенной формулы изобретения. При переходе от асинхронного двигателя к синхронному с постоянными магнитами можно получить тот же вращающий момент или выше при увеличенном коэффициенте полезного действия и коэффициенте мощности, близком к единице.The calculation results prove the efficiency of the proposed claims. When switching from an asynchronous motor to a synchronous one with permanent magnets, you can get the same torque or higher with an increased efficiency and a power factor close to unity.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019117015A RU2720880C1 (en) | 2019-05-31 | 2019-05-31 | Method of asynchronous electric machine modernization of drive pump of transport systems of extracted oil |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019117015A RU2720880C1 (en) | 2019-05-31 | 2019-05-31 | Method of asynchronous electric machine modernization of drive pump of transport systems of extracted oil |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2720880C1 true RU2720880C1 (en) | 2020-05-13 |
Family
ID=70735206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019117015A RU2720880C1 (en) | 2019-05-31 | 2019-05-31 | Method of asynchronous electric machine modernization of drive pump of transport systems of extracted oil |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2720880C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785393C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-12-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ампермагнит" | Method for upgrading a dc traction drive |
| CN117394616A (en) * | 2023-12-11 | 2024-01-12 | 无锡瑞珠节能技术有限公司 | Remanufacturing method of high-voltage permanent magnet motor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2089989C1 (en) * | 1995-03-16 | 1997-09-10 | Александр Михайлович Олейников | Repair and updating technique for ac machine rotors |
| CN105186796A (en) * | 2015-10-16 | 2015-12-23 | 安徽欣创节能环保科技股份有限公司 | PMSM reconstruction method for AC induction squirrel-cage rotor motor |
| CN104052208B (en) * | 2014-06-20 | 2017-06-09 | 王贤长 | Threephase asynchronous machine is transformed into the method for magneto |
| CN108733963A (en) * | 2018-06-13 | 2018-11-02 | 马鞍山马钢电气修造有限公司 | A kind of threephase asynchronous permanent-magnetic energy-saving transformation rotor design method |
-
2019
- 2019-05-31 RU RU2019117015A patent/RU2720880C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2089989C1 (en) * | 1995-03-16 | 1997-09-10 | Александр Михайлович Олейников | Repair and updating technique for ac machine rotors |
| CN104052208B (en) * | 2014-06-20 | 2017-06-09 | 王贤长 | Threephase asynchronous machine is transformed into the method for magneto |
| CN105186796A (en) * | 2015-10-16 | 2015-12-23 | 安徽欣创节能环保科技股份有限公司 | PMSM reconstruction method for AC induction squirrel-cage rotor motor |
| CN108733963A (en) * | 2018-06-13 | 2018-11-02 | 马鞍山马钢电气修造有限公司 | A kind of threephase asynchronous permanent-magnetic energy-saving transformation rotor design method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785393C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-12-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ампермагнит" | Method for upgrading a dc traction drive |
| CN117394616A (en) * | 2023-12-11 | 2024-01-12 | 无锡瑞珠节能技术有限公司 | Remanufacturing method of high-voltage permanent magnet motor |
| CN117394616B (en) * | 2023-12-11 | 2024-02-13 | 无锡瑞珠节能技术有限公司 | Remanufacturing method of high-voltage permanent magnet motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fei et al. | A high-performance line-start permanent magnet synchronous motor amended from a small industrial three-phase induction motor | |
| Fazil et al. | A novel air-gap profile of single-phase permanent-magnet brushless DC motor for starting torque improvement and cogging torque reduction | |
| CN103730997B (en) | A kind of excitation integrated form brushless synchronous machine | |
| CN205681272U (en) | Straight tiltedly compound stator winding slotless electric machines for artificial heart pump | |
| Cheng et al. | A permanent magnet flux switching motor for low energy axial fans | |
| CA2945869A1 (en) | Electric machine system | |
| RU2720880C1 (en) | Method of asynchronous electric machine modernization of drive pump of transport systems of extracted oil | |
| Dmitrievskii et al. | Development of a high efficient electric drive with synchronous reluctance motor | |
| Mallampalli et al. | 48 v starter-generator induction machine with pole-changing windings | |
| Sharma et al. | Design and development of capacitor run split-phase fan motor for higher efficacy | |
| Ugale et al. | A new rotor structure for line start permanent magnet synchronous motor | |
| Bao et al. | Super premium efficiency line start permanent magnet synchronous motor: Design, test and comparison | |
| Sharma et al. | Design of an energy efficient outer rotor ceiling fan single phase induction motor | |
| Torkaman et al. | Dynamic eccentricity fault diagnosis in switched reluctance motor | |
| Varyukhin et al. | Design of an electric generator for an aircraft with a hybrid power system | |
| Le Luong et al. | 3D Electromagnetic and thermal analysis for an optimized wound rotor synchronous machine | |
| Troster et al. | Finite element analysis of a permanent magnet induction machine | |
| Lee et al. | The performance of 2-phase high speed SRM with variable air-gap rotor poles for blower system | |
| Hsiao et al. | Design and economical evaluation of small-capacity motor used in household appliances by Taguchi method | |
| Sayed et al. | Design of a switched reluctance motor for a pump Jack application | |
| Sharma et al. | Improved design for high efficiency of single-phase induction motor for industrial exhaust fan | |
| Hieu et al. | Design and control of a high speed segmental stator 4/3 switched reluctane motor | |
| Li et al. | Influence of magnetic wedge on electromagnetic field distribution of permanent magent traction motor | |
| Lee et al. | Optimal design for characteristics improvement of single phase line-start permanent magnet synchronous motor | |
| Jeong et al. | Performance and design of a novel single-phase hybrid switched reluctance motor for hammer breaker application |