陳瑋　衛(wèi)星

摘要：文章是以2016年杏子川采油廠電機(jī)負(fù)荷為依據(jù)，以改變導(dǎo)線線徑、旋轉(zhuǎn)磁場極對(duì)數(shù)為手段，以變極降速為主要目標(biāo)，達(dá)到降低電費(fèi)支出的目的。文中以杏子川采油廠目前井場主要使用的三種電機(jī)為基礎(chǔ)，探討通過增加電機(jī)極數(shù)實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。文中主要展示電機(jī)改極計(jì)算過程的理論推導(dǎo)，并驗(yàn)算改極后電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以期達(dá)到變極后電機(jī)性能最優(yōu)、耗材最少、成本最低。

關(guān)鍵詞：電機(jī);變極降速;電費(fèi)

中圖分類號(hào)：TM343

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）01-0013-05

0引言

隨著油田的發(fā)展，對(duì)油田的開發(fā)逐步實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、科學(xué)化，對(duì)油田的各項(xiàng)管理要求不斷提升，特別是近年來由于油價(jià)的低位運(yùn)行，加快了油田轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。杏子川采油廠的管理較為規(guī)范，寄望于通過提升管理，降低生產(chǎn)成本的潛力已經(jīng)不大，只有通過其他方面的改進(jìn)創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)采油廠的可持續(xù)發(fā)展。文中希望從電費(fèi)支出的主要負(fù)荷設(shè)備，來探討一下節(jié)約電費(fèi)的可能。

1杏子川采油廠生產(chǎn)現(xiàn)場使用的電機(jī)現(xiàn)狀

截止2016年底，杏子川采油廠主要電力負(fù)荷約為18500kW，其中電機(jī)占比約為88%，生產(chǎn)井場電機(jī)占比約為63%。杏子川采油廠2016年度電費(fèi)支出8480萬元，井場電機(jī)電費(fèi)支出約5342萬元。目前杏子川采油廠生產(chǎn)電機(jī)主要有三種，分別是Y-132S-4（5.5kW、轉(zhuǎn)速1440）、Y-132M-4（7.5kW、轉(zhuǎn)速1440）、Y-160M-4（11kW轉(zhuǎn)速1460），均為四極，轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)左右。近年來杏子川采油廠推廣低速電機(jī)，從原理上來說即是采用六極電機(jī)，普遍轉(zhuǎn)速960轉(zhuǎn)/分鐘，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、減少抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低設(shè)備、井下管柱磨損，同時(shí)起到降低電費(fèi)的作用。但是杏子川采油廠低速電機(jī)全部為另行采購，采購成本較大，不能大面積推廣，同時(shí)采油廠原來四極電機(jī)將無用武之地，極大的加重了采油廠生產(chǎn)成本和浪費(fèi)了現(xiàn)有的資源。為了避免資源浪費(fèi)，建議對(duì)采油廠目前使用的電機(jī)進(jìn)行改極改造，提升資源利用率，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)約生產(chǎn)成本。

文中希望通過采油廠主要用電設(shè)備電機(jī)的改極實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，來減少電費(fèi)的支出，降低采油廠的運(yùn)行成本。文中計(jì)劃將目前采油廠采用的四極電機(jī)，通過改極為六級(jí)電機(jī)，轉(zhuǎn)速約能降低1/3，在不考慮設(shè)備磨損降低、材料及維修費(fèi)用的基礎(chǔ)上，與之相對(duì)應(yīng)的直接成本（電費(fèi)）亦能降低約1/3。文中以杏子川2016年電機(jī)電費(fèi)支出5342萬元為核算依據(jù)，通過改極改造，按照60%的有效性計(jì)算，每年約能為杏子川采油廠節(jié)約1057萬元的直接電費(fèi)支出。

2電機(jī)變極調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益分析

文中以采油廠現(xiàn)有的電機(jī)型號(hào)為基礎(chǔ)，通過增加極數(shù)、降低線徑、增加每槽匝數(shù)等手段來實(shí)現(xiàn)電機(jī)變極降速，保持輸出扭矩不變。以下進(jìn)行簡單的支出與節(jié)約分析：

2.1轉(zhuǎn)速降低能產(chǎn)生的節(jié)約

電機(jī)改極前，按照1440轉(zhuǎn)/分鐘，抽油機(jī)沖程8個(gè)/分鐘計(jì)算;電機(jī)改極后，轉(zhuǎn)速960轉(zhuǎn)/分，抽油機(jī)沖程5.3個(gè)/分鐘。即電機(jī)轉(zhuǎn)速降低33%，也就意味著電費(fèi)、設(shè)備磨損、井筒磨損等均降低33%，材料損耗等也大幅度減少。

2.2電機(jī)改造所需要的支出

杏子川采油廠目前電機(jī)全部由供電車間進(jìn)行維修，維修采用廢舊銅線出差價(jià)更換新銅線，維修成本較為固定，若將采油廠主要生產(chǎn)所用電機(jī)進(jìn)行改極改造僅需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子更換導(dǎo)線、改變繞組結(jié)構(gòu)即可。近似計(jì)算值見表1。

從表1的近似計(jì)算值中可以看出，在電機(jī)銅線采購是以舊換新的運(yùn)行模式下，通過改變線徑、極數(shù)和匝數(shù)的對(duì)電機(jī)進(jìn)行變極改造，電機(jī)在維修時(shí)僅需改變轉(zhuǎn)子繞組即可，不需增加其他任何額外費(fèi)用。

3影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的因素

日常生活中我們所見的電機(jī)種類比較多，但是杏子川采油廠在單井使用的均為三相異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)速與頻率的公式為：

n=60f/p

上式中n—電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）;60—每分鐘（秒）;f—電源頻率（50赫茲）;p—電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)。

從公式中可以看出，從電機(jī)本身性能上來看，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速只有兩種途徑：一是降低電源頻率，二是增加電機(jī)極數(shù)。我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為f=50周/秒，如果要降低電源頻率必須使用變頻器來實(shí)現(xiàn)，而變頻器集成化程度高、成本較高、維修難度大、對(duì)電網(wǎng)影響較大，一般不允許大規(guī)模使用。所以降低電機(jī)轉(zhuǎn)速最好的方法就是改變電機(jī)的極數(shù)。根據(jù)公式可以得出在電源頻率不變的情況下，電機(jī)磁極對(duì)數(shù)多，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速就低。在文中將以改變電機(jī)極數(shù)為方法，對(duì)杏子川采油廠目前主要使用的電機(jī)進(jìn)行分析論證。

4電機(jī)改極重繞影響因素

4.1定子、轉(zhuǎn)子槽數(shù)配合

為了保證電機(jī)改極后具有較好的啟動(dòng)和運(yùn)行性能，定子（Z1）和轉(zhuǎn)子（Z2）之間配合的應(yīng)滿足國家規(guī)定的推薦表。杏子川采油廠目前的電機(jī)型號(hào)定子均為36槽，轉(zhuǎn)子為斜槽32槽，符合推薦表，推薦改極槽數(shù)。因?yàn)槎ㄗ印⑥D(zhuǎn)子配合是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)難題，但是通常也只能根據(jù)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的一些原則來決定。如應(yīng)滿足下列關(guān)系：

Z1-Z2=?0;

Z1-Z2=?1;

Z1-Z2=?±2p;

Z1-Z2=?±1±2p;

Z1-Z2=?±1±2p2P為電機(jī)極數(shù)，從四極電機(jī)繞成六極電機(jī)，滿足上表要求。一般來說只要滿足上表要求，又符合推薦表中的推薦配合，大多能獲得滿意的效果。

4.2改變極數(shù)對(duì)輸出功率的影響

由于電機(jī)改變轉(zhuǎn)速后，其功率也有相應(yīng)的改變。功率的改變與轉(zhuǎn)速改變近似成正比關(guān)系，所以功率改變又與極數(shù)改變近似的成反比關(guān)系。電機(jī)改極前要對(duì)改極后的容量是否適合所配的抽油機(jī)需要的功率進(jìn)行計(jì)算。

為了保證杏子川采油廠生產(chǎn)需要，建議杏子川采油廠對(duì)5.5kW、7.5kW和11kW的井場電機(jī)進(jìn)行改極試驗(yàn)。按照理論計(jì)算11kW的電機(jī)改極后可以實(shí)現(xiàn)近似7.31kW功率的六極電機(jī)，7.5kW的電機(jī)改極后可以實(shí)現(xiàn)近似4.93kW功率的六極電機(jī)，5.5kW的電機(jī)改極后可以實(shí)現(xiàn)近似3.71kW功率的六極電機(jī)，并且扭矩較改造前基本持平。

根據(jù)日常電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測，杏子川采油廠電機(jī)運(yùn)行效率為40%左右，達(dá)不到電機(jī)理論輸出值的85%，很多電機(jī)處于大馬拉小車的現(xiàn)象。究其原因主要是由于啟動(dòng)扭矩較大，功率小的電機(jī)無法正常啟動(dòng)。而改極后的電機(jī)輸出扭矩，從理論上來說，基本與未改極支持持平，甚至略有提升，所以改極后的大部分電機(jī)能正常啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3槽數(shù)及極數(shù)配合

改極電機(jī)要考慮繞組的構(gòu)成是否成立，因?yàn)椴蹟?shù)和極數(shù)必須匹配。36槽可以實(shí)現(xiàn)：36/2p=整數(shù)的極數(shù)電機(jī)要求，即可以實(shí)現(xiàn)四極、六極的電機(jī)的繞線要求。滿足四極電機(jī)改極成六極電機(jī)的槽數(shù)要求。

4.4機(jī)械強(qiáng)度的校核

對(duì)于電機(jī)來說，在頻率不變的情況下，改變極數(shù)必然改變轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的改變對(duì)電機(jī)構(gòu)件要求的機(jī)械強(qiáng)度也必然發(fā)生改變，同時(shí)對(duì)各部分所承受的離心力也必然不同。但是對(duì)于杏子川采油廠目前現(xiàn)狀是將高速電機(jī)改極為低速電機(jī)，電機(jī)構(gòu)件所承受的轉(zhuǎn)速和離心力都是減弱，不需要進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度效驗(yàn)。

5電機(jī)改極計(jì)算

電機(jī)改極必然要涉及各部磁通密度產(chǎn)生變化，為使改極后的性能接近原來的性能，必須與原繞組進(jìn)行換算。

5.1電機(jī)改極前后的繞組數(shù)據(jù)

5.1.1電機(jī)改極前繞組數(shù)據(jù)

目前杏子川采油廠使用的Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）、Y-160M-4（11kW）三種型號(hào)的電機(jī)均為36槽四極單層交叉鏈?zhǔn)嚼@組。其中Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）為（y=8、7，a=1）連接;Y-160M-4（11kW）為（y=8、7，a=2）連接。5.1.2電機(jī)改極后繞組數(shù)據(jù)

電機(jī)改極僅為理論計(jì)算，具體數(shù)據(jù)需要進(jìn)行實(shí)地檢測，為了盡可能多的試驗(yàn)，以求最好的效果，對(duì)于電機(jī)改極后的繞組接線方式提供五種接線方式，以備選擇最優(yōu)方案，具體如下。

36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）：

繞組數(shù)據(jù)為：定子槽數(shù)Z=36;電機(jī)極數(shù)2p=6;線圈極距τ=6;線圈組數(shù)u=18;每組圈數(shù)S=1;極相槽數(shù)q=2;總線圈數(shù)Q=18;并聯(lián)支路a=1;線圈節(jié)距y=5。

36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=2）：

繞組數(shù)據(jù)為：定子槽數(shù)Z=36;電機(jī)極數(shù)2p=6;線圈極距τ=6;線圈組數(shù)u=18;每組圈數(shù)S=1;極相槽數(shù)q=2;總線圈數(shù)Q=18;并聯(lián)支路a=2;線圈節(jié)距y=5。具體接線見附圖b。

36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=3）：

繞組數(shù)據(jù)為：定子槽數(shù)Z=36;電機(jī)極數(shù)2p=6;線圈極距τ=6;線圈組數(shù)u=18;每組圈數(shù)S=1;極相槽數(shù)q=2;總線圈數(shù)Q=18;并聯(lián)支路a=3;線圈節(jié)距y=5。具體接線見附圖c。

5.2繞組系數(shù)計(jì)算

5.2.1電機(jī)改繞前的繞組系數(shù)

根據(jù)三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)表，查得：當(dāng)y=7、8，τ=9時(shí)，三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)Kp=0.985或0.940;

杏子川采油廠電機(jī)為普通電機(jī)無變速功能，一般采用600相帶，當(dāng)極相槽數(shù)q=2，三相電機(jī)繞組分布系數(shù)Kd=0.96

故杏子川采油廠目前電機(jī)繞組系數(shù)Kdp=Kd×Kp=（0.985或0.940）×0.966=0.95151或0.90804

5.2.2電機(jī)改繞后的繞組系數(shù)

根據(jù)三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)表，查得：當(dāng)y=5，τ=6時(shí)，三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)Kp=0.966;

杏子川采油廠電機(jī)為普通電機(jī)無變速功能，一般采用600相帶，當(dāng)極相槽數(shù)q=2，三相電機(jī)繞組分布系數(shù)Kd=0.966

故杏子川采油廠目前電機(jī)繞組系數(shù)：

Kdp=Kd×Kp=0.966×0.966=0.933156

5.3新繞組每槽導(dǎo)線數(shù)

對(duì)于正規(guī)設(shè)計(jì)的電機(jī)，各部磁通設(shè)計(jì)比較合理，鐵損控制在較小的合理范圍，具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。但是電機(jī)改極后，往往會(huì)破壞這種平衡，很可能使得電機(jī)某部分磁通變的稀少，而另外一部位的磁密度高到趨于飽和，因此必須進(jìn)行效驗(yàn)。杏子川采油廠目前主要是增加電機(jī)極數(shù)，故只進(jìn)行極數(shù)增加對(duì)磁密的影響分析。

對(duì)于增加極數(shù)的改繞，將造成極距變窄，即氣隙極面和每極所占的槽齒數(shù)減少。因此，如果每極磁通Φ在磁通密度不變的情況下也隨之減少。這時(shí)由電動(dòng)勢基本方程式E=4.44fWΦKdp可見，若設(shè)f（頻率）和Kdp（繞組系數(shù)）不變，則Φ的減少將導(dǎo)致電機(jī)電勢降低，但電源電壓U不變，這時(shí)只要增加每相匝數(shù)W來保持E值不變。于是，當(dāng)每極磁通Φ減少2p/2p'倍時(shí)，則每槽導(dǎo)線也必須增加2p/2p'（假設(shè)電機(jī)接線和并聯(lián)支路數(shù)不變而言）。

此外，考慮到極數(shù)增加時(shí)，軛部磁密Bc比較寬裕，氣隙磁密Bg值可略增加即取Kg=0.9-0.95，因此每槽導(dǎo)線數(shù)可由下式計(jì)算：

Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）

其中a、a—改極前、后的并聯(lián)支路數(shù)

Kdp、Kdp—改極前后的繞組系數(shù)

Sn'為改極前的電機(jī)每槽導(dǎo)線數(shù)，Sn為改極后的每槽導(dǎo)線數(shù)

Kg—增減極數(shù)引起的氣隙磁密度調(diào)整系數(shù)。

另外，由于齒部磁密隨氣隙磁密變化，所以，對(duì)于極數(shù)增加的改繞，只要?dú)庀洞琶苣軌驖M足，則無需在進(jìn)行齒部磁密驗(yàn)算。

通過查表可得Y-132S-4（5.5kW）、Y-132M-4（7.5kW）和Y-160M-4（11kW）型電機(jī)，國標(biāo)每槽導(dǎo)線數(shù)分別為47、35、56。

5.3.1Y-132S-4（5.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線計(jì)算

（1）36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）

改極后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=68.29

Kg取最大值0.95;Sn為47;2p=6、2p'=4;Kdp'取最大值0.95151、Kdp0.933156;a'=1、a=1;

5.3.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線計(jì)算

（1）36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）

改極后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=50.24

Kg取最大值0.95;Sn為35;2p=6、2p'=4;Kdp'取最小值0.94、Kdp為0.933156;a'=1、a=1;

5.3.3Y-160M-4（11kW）改極前后每槽導(dǎo)線計(jì)算

（1）36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）

改極后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=40.68

Kg取最大值0.95;Sn為56;2p=6、2p'=4;Kdp'取最大值0.95151、Kdp為0.933156;a'=1、a=1;

5.4電機(jī)改極后的導(dǎo)線直徑計(jì)算

導(dǎo)線換算是在保持原槽滿率的前提下進(jìn)行，改極后繞組的導(dǎo)線直徑按照以下公式進(jìn)行換算：

d=d其中：d'—電機(jī)原繞組導(dǎo)線直徑，mm;

Sn、Sn—改極前、后每槽導(dǎo)線數(shù);

a'、a—改極前、后繞組并聯(lián)支路數(shù);

5.4.1Y-132S-4（5.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線直徑計(jì)算

單層鏈?zhǔn)嚼@線和雙層疊式繞線只是繞線方式不同，每槽導(dǎo)線數(shù)一樣，線徑也一樣，故僅計(jì)算單層鏈?zhǔn)嚼@組線徑。以36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）來計(jì)算：改極后d=d'=0.748或0.790其中：d'=0.9或0.95;Sn'=47;Sn=68;a'=a=1根據(jù)漆包線線規(guī)表查得，d=0.77mm，截面積為

0.4657mm2

5.4.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線直徑計(jì)算

以36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）來計(jì)算：改極后d=d'=1.171324

其中：d'=1.06;Sn'=35;Sn=50;a'=a=1

根據(jù)漆包線線規(guī)表查得，d=1.16mm，截面積為1.057mm2，因我廠采用并繞方式，建議采用線徑代換組合為（0.83、0.80）、（0.86、0.77）、（0.90、0.74）、（0.90、0.72）其中一種，可根據(jù)現(xiàn)場型號(hào)靈活組合。

5.4.3Y-160M-4（11kW）改極前后每槽導(dǎo)線直徑計(jì)算

以36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）來計(jì)算：改極后d=d'=1.4557884其中：d'=1.3;Sn'=56;Sn=82;a'=a=1根據(jù)漆包線線規(guī)表查的，d=1.45mm，截面積為1.651mm2，因我廠采用并繞方式，建議采用線徑代換組合為（1.04、1.0）、（1.08、0.96）、（1.12、0.93）、（1.16、0.86）其中一種，可根據(jù)現(xiàn)場型號(hào)靈活組合。

5.5電機(jī)改極后的功率計(jì)算

電機(jī)極數(shù)改變后，輸出功率也會(huì)相應(yīng)改變。在同一個(gè)鐵芯上，若從少極變成多極，其每極所占的極面積減少，若磁通密度不變，每極磁通Φ就相應(yīng)的減少。由電壓方程式可知，為了維持電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢不變，便要增加每極匝數(shù)W;而每槽導(dǎo)線數(shù)也相應(yīng)的增加，同時(shí)保證槽滿率不致過高，就必須減小導(dǎo)線截面積，從而導(dǎo)致輸出功率也隨之減少。

電機(jī)改極后的輸出功率可按照下式估算：

Pn=Pn×（d/d）2或Pn=Pn'×S/S'其中Pn'—電機(jī)改繞前的功率，kW;d'、d—電機(jī)改繞前、后的線徑，mm;S'、S—電機(jī)改繞前、后導(dǎo)線的截面積，mm2;單層鏈?zhǔn)嚼@線和雙層疊式繞線只是繞線方式不同，每槽導(dǎo)線數(shù)一樣，線徑也一樣，故僅計(jì)算單層鏈?zhǔn)嚼@組線徑。

5.5.1Y-132S-4（5.5kW）改極前后功率計(jì)算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.02kW

Pn=5.5kW;d=0.9、d=0.77;

5.5.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后功率計(jì)算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.82kW

Pn=7.5kW;d'=1.06、d=0.85;

5.5.3Y-160M-4（11kW）改極前后功率計(jì)算

Pn=Pn'×（d/d'）2=7.31kW

Pn'=11kW;d'=1.3、d=1.06;

6電機(jī)改極重繞的磁通密度效驗(yàn)電機(jī)改極各部件磁通密度參考表

6.1電機(jī)氣隙磁密

Bg=

其中：U為相電壓，文中中所涉及的到三種型號(hào)的電機(jī)均為△接法，U=Un=380V;2p電機(jī)極數(shù)（6）;a為并聯(lián)支路數(shù)（1-2）;Z為定子槽數(shù)（36）;Sn為每槽導(dǎo)線數(shù)（70、50、84）;D為定子鐵芯內(nèi)徑（136、136、170）;L定子鐵芯長度（115、160、155）;Kdp為繞組系數(shù)（0.933）。

6.1.1Y-132S-4（5.5kW）改極后氣隙磁密

Bg==0.765≤0.85

6.1.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后氣隙磁密

Bg==0.748≤0.85

6.1.3Y-160M-4（11kW）改極前后氣隙磁密Bg==0.754≤0.85

6.2軛部磁密

Bc=，其中：hc為定子鐵芯軛高（采油廠對(duì)應(yīng)的三種電機(jī)分別為1.7、1.8、2.3）

6.2.1Y-132S-4（5.5kW）改極后軛部磁密計(jì)算

Bc==1.16×13.6×0.765/（6×1.7）=1.18

6.2.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后軛部磁密計(jì)算

Bc==1.16×13.6×0.748/（6×1.8）=1.09

6.2.3Y-160M-4（11kW）改極前后軛部磁密計(jì)算

Bc==1.16×17×0.756/（6×2.3）=1.07

均符合常用允許值，且不超過改極最高值。

7電機(jī)改極前后電機(jī)扭矩效驗(yàn)

電機(jī)扭矩即電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，為電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)之一。電機(jī)轉(zhuǎn)矩，簡單的說，就是轉(zhuǎn)動(dòng)的力量的大小。一般來講電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的勁頭就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。又稱電機(jī)啟動(dòng)扭矩。

電機(jī)扭矩公式為：T=9550P/n此公式為工程上常用的扭矩、功率、轉(zhuǎn)速三者關(guān)系的計(jì)算公式。

式中：T—扭矩（單位：N.M）9550-為常數(shù);P—電機(jī)的功率（單位：kW）;n—輸出的轉(zhuǎn)速（單位：轉(zhuǎn)/分）

7.1Y-132S-4（5.5kW）型電機(jī)改極前后扭矩效驗(yàn)

7.1.1改極前扭矩值

T=9550P/n=9550×5.5/1500=357.1.2改極后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.02/1000=38.39

7.2Y-132M-4（7.5kW）型電機(jī)改極前后扭矩效驗(yàn)

7.2.1改極前扭矩值

T=9550P/n=9550×7.5/1500=47.75

7.2.2改極后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.82/1000

摘要：文章是以2016年杏子川采油廠電機(jī)負(fù)荷為依據(jù)，以改變導(dǎo)線線徑、旋轉(zhuǎn)磁場極對(duì)數(shù)為手段，以變極降速為主要目標(biāo)，達(dá)到降低電費(fèi)支出的目的。文中以杏子川采油廠目前井場主要使用的三種電機(jī)為基礎(chǔ)，探討通過增加電機(jī)極數(shù)實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。文中主要展示電機(jī)改極計(jì)算過程的理論推導(dǎo)，并驗(yàn)算改極后電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以期達(dá)到變極后電機(jī)性能最優(yōu)、耗材最少、成本最低。

關(guān)鍵詞：電機(jī);變極降速;電費(fèi)

中圖分類號(hào)：TM343

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）01-0013-05

0引言

隨著油田的發(fā)展，對(duì)油田的開發(fā)逐步實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、科學(xué)化，對(duì)油田的各項(xiàng)管理要求不斷提升，特別是近年來由于油價(jià)的低位運(yùn)行，加快了油田轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。杏子川采油廠的管理較為規(guī)范，寄望于通過提升管理，降低生產(chǎn)成本的潛力已經(jīng)不大，只有通過其他方面的改進(jìn)創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)采油廠的可持續(xù)發(fā)展。文中希望從電費(fèi)支出的主要負(fù)荷設(shè)備，來探討一下節(jié)約電費(fèi)的可能。

1杏子川采油廠生產(chǎn)現(xiàn)場使用的電機(jī)現(xiàn)狀

截止2016年底，杏子川采油廠主要電力負(fù)荷約為18500kW，其中電機(jī)占比約為88%，生產(chǎn)井場電機(jī)占比約為63%。杏子川采油廠2016年度電費(fèi)支出8480萬元，井場電機(jī)電費(fèi)支出約5342萬元。目前杏子川采油廠生產(chǎn)電機(jī)主要有三種，分別是Y-132S-4（5.5kW、轉(zhuǎn)速1440）、Y-132M-4（7.5kW、轉(zhuǎn)速1440）、Y-160M-4（11kW轉(zhuǎn)速1460），均為四極，轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)左右。近年來杏子川采油廠推廣低速電機(jī)，從原理上來說即是采用六極電機(jī)，普遍轉(zhuǎn)速960轉(zhuǎn)/分鐘，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、減少抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低設(shè)備、井下管柱磨損，同時(shí)起到降低電費(fèi)的作用。但是杏子川采油廠低速電機(jī)全部為另行采購，采購成本較大，不能大面積推廣，同時(shí)采油廠原來四極電機(jī)將無用武之地，極大的加重了采油廠生產(chǎn)成本和浪費(fèi)了現(xiàn)有的資源。為了避免資源浪費(fèi)，建議對(duì)采油廠目前使用的電機(jī)進(jìn)行改極改造，提升資源利用率，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)約生產(chǎn)成本。

文中希望通過采油廠主要用電設(shè)備電機(jī)的改極實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，來減少電費(fèi)的支出，降低采油廠的運(yùn)行成本。文中計(jì)劃將目前采油廠采用的四極電機(jī)，通過改極為六級(jí)電機(jī)，轉(zhuǎn)速約能降低1/3，在不考慮設(shè)備磨損降低、材料及維修費(fèi)用的基礎(chǔ)上，與之相對(duì)應(yīng)的直接成本（電費(fèi)）亦能降低約1/3。文中以杏子川2016年電機(jī)電費(fèi)支出5342萬元為核算依據(jù)，通過改極改造，按照60%的有效性計(jì)算，每年約能為杏子川采油廠節(jié)約1057萬元的直接電費(fèi)支出。

2電機(jī)變極調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益分析

文中以采油廠現(xiàn)有的電機(jī)型號(hào)為基礎(chǔ)，通過增加極數(shù)、降低線徑、增加每槽匝數(shù)等手段來實(shí)現(xiàn)電機(jī)變極降速，保持輸出扭矩不變。以下進(jìn)行簡單的支出與節(jié)約分析：

2.1轉(zhuǎn)速降低能產(chǎn)生的節(jié)約

電機(jī)改極前，按照1440轉(zhuǎn)/分鐘，抽油機(jī)沖程8個(gè)/分鐘計(jì)算;電機(jī)改極后，轉(zhuǎn)速960轉(zhuǎn)/分，抽油機(jī)沖程5.3個(gè)/分鐘。即電機(jī)轉(zhuǎn)速降低33%，也就意味著電費(fèi)、設(shè)備磨損、井筒磨損等均降低33%，材料損耗等也大幅度減少。

2.2電機(jī)改造所需要的支出

杏子川采油廠目前電機(jī)全部由供電車間進(jìn)行維修，維修采用廢舊銅線出差價(jià)更換新銅線，維修成本較為固定，若將采油廠主要生產(chǎn)所用電機(jī)進(jìn)行改極改造僅需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子更換導(dǎo)線、改變繞組結(jié)構(gòu)即可。近似計(jì)算值見表1。

從表1的近似計(jì)算值中可以看出，在電機(jī)銅線采購是以舊換新的運(yùn)行模式下，通過改變線徑、極數(shù)和匝數(shù)的對(duì)電機(jī)進(jìn)行變極改造，電機(jī)在維修時(shí)僅需改變轉(zhuǎn)子繞組即可，不需增加其他任何額外費(fèi)用。

3影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的因素

日常生活中我們所見的電機(jī)種類比較多，但是杏子川采油廠在單井使用的均為三相異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)速與頻率的公式為：

n=60f/p

上式中n—電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）;60—每分鐘（秒）;f—電源頻率（50赫茲）;p—電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)。

從公式中可以看出，從電機(jī)本身性能上來看，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速只有兩種途徑：一是降低電源頻率，二是增加電機(jī)極數(shù)。我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為f=50周/秒，如果要降低電源頻率必須使用變頻器來實(shí)現(xiàn)，而變頻器集成化程度高、成本較高、維修難度大、對(duì)電網(wǎng)影響較大，一般不允許大規(guī)模使用。所以降低電機(jī)轉(zhuǎn)速最好的方法就是改變電機(jī)的極數(shù)。根據(jù)公式可以得出在電源頻率不變的情況下，電機(jī)磁極對(duì)數(shù)多，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速就低。在文中將以改變電機(jī)極數(shù)為方法，對(duì)杏子川采油廠目前主要使用的電機(jī)進(jìn)行分析論證。

4電機(jī)改極重繞影響因素

4.1定子、轉(zhuǎn)子槽數(shù)配合

為了保證電機(jī)改極后具有較好的啟動(dòng)和運(yùn)行性能，定子（Z1）和轉(zhuǎn)子（Z2）之間配合的應(yīng)滿足國家規(guī)定的推薦表。杏子川采油廠目前的電機(jī)型號(hào)定子均為36槽，轉(zhuǎn)子為斜槽32槽，符合推薦表，推薦改極槽數(shù)。因?yàn)槎ㄗ?、轉(zhuǎn)子配合是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)難題，但是通常也只能根據(jù)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的一些原則來決定。如應(yīng)滿足下列關(guān)系：

Z1-Z2=?0;

Z1-Z2=?1;

Z1-Z2=?±2p;

Z1-Z2=?±1±2p;

Z1-Z2=?±1±2p2P為電機(jī)極數(shù)，從四極電機(jī)繞成六極電機(jī)，滿足上表要求。一般來說只要滿足上表要求，又符合推薦表中的推薦配合，大多能獲得滿意的效果。

4.2改變極數(shù)對(duì)輸出功率的影響

由于電機(jī)改變轉(zhuǎn)速后，其功率也有相應(yīng)的改變。功率的改變與轉(zhuǎn)速改變近似成正比關(guān)系，所以功率改變又與極數(shù)改變近似的成反比關(guān)系。電機(jī)改極前要對(duì)改極后的容量是否適合所配的抽油機(jī)需要的功率進(jìn)行計(jì)算。

為了保證杏子川采油廠生產(chǎn)需要，建議杏子川采油廠對(duì)5.5kW、7.5kW和11kW的井場電機(jī)進(jìn)行改極試驗(yàn)。按照理論計(jì)算11kW的電機(jī)改極后可以實(shí)現(xiàn)近似7.31kW功率的六極電機(jī)，7.5kW的電機(jī)改極后可以實(shí)現(xiàn)近似4.93kW功率的六極電機(jī)，5.5kW的電機(jī)改極后可以實(shí)現(xiàn)近似3.71kW功率的六極電機(jī)，并且扭矩較改造前基本持平。

根據(jù)日常電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測，杏子川采油廠電機(jī)運(yùn)行效率為40%左右，達(dá)不到電機(jī)理論輸出值的85%，很多電機(jī)處于大馬拉小車的現(xiàn)象。究其原因主要是由于啟動(dòng)扭矩較大，功率小的電機(jī)無法正常啟動(dòng)。而改極后的電機(jī)輸出扭矩，從理論上來說，基本與未改極支持持平，甚至略有提升，所以改極后的大部分電機(jī)能正常啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3槽數(shù)及極數(shù)配合

改極電機(jī)要考慮繞組的構(gòu)成是否成立，因?yàn)椴蹟?shù)和極數(shù)必須匹配。36槽可以實(shí)現(xiàn)：36/2p=整數(shù)的極數(shù)電機(jī)要求，即可以實(shí)現(xiàn)四極、六極的電機(jī)的繞線要求。滿足四極電機(jī)改極成六極電機(jī)的槽數(shù)要求。

4.4機(jī)械強(qiáng)度的校核

對(duì)于電機(jī)來說，在頻率不變的情況下，改變極數(shù)必然改變轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的改變對(duì)電機(jī)構(gòu)件要求的機(jī)械強(qiáng)度也必然發(fā)生改變，同時(shí)對(duì)各部分所承受的離心力也必然不同。但是對(duì)于杏子川采油廠目前現(xiàn)狀是將高速電機(jī)改極為低速電機(jī)，電機(jī)構(gòu)件所承受的轉(zhuǎn)速和離心力都是減弱，不需要進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度效驗(yàn)。

5電機(jī)改極計(jì)算

電機(jī)改極必然要涉及各部磁通密度產(chǎn)生變化，為使改極后的性能接近原來的性能，必須與原繞組進(jìn)行換算。

5.1電機(jī)改極前后的繞組數(shù)據(jù)

5.1.1電機(jī)改極前繞組數(shù)據(jù)

目前杏子川采油廠使用的Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）、Y-160M-4（11kW）三種型號(hào)的電機(jī)均為36槽四極單層交叉鏈?zhǔn)嚼@組。其中Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）為（y=8、7，a=1）連接;Y-160M-4（11kW）為（y=8、7，a=2）連接。5.1.2電機(jī)改極后繞組數(shù)據(jù)

電機(jī)改極僅為理論計(jì)算，具體數(shù)據(jù)需要進(jìn)行實(shí)地檢測，為了盡可能多的試驗(yàn)，以求最好的效果，對(duì)于電機(jī)改極后的繞組接線方式提供五種接線方式，以備選擇最優(yōu)方案，具體如下。

36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）：

繞組數(shù)據(jù)為：定子槽數(shù)Z=36;電機(jī)極數(shù)2p=6;線圈極距τ=6;線圈組數(shù)u=18;每組圈數(shù)S=1;極相槽數(shù)q=2;總線圈數(shù)Q=18;并聯(lián)支路a=1;線圈節(jié)距y=5。

36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=2）：

繞組數(shù)據(jù)為：定子槽數(shù)Z=36;電機(jī)極數(shù)2p=6;線圈極距τ=6;線圈組數(shù)u=18;每組圈數(shù)S=1;極相槽數(shù)q=2;總線圈數(shù)Q=18;并聯(lián)支路a=2;線圈節(jié)距y=5。具體接線見附圖b。

36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=3）：

繞組數(shù)據(jù)為：定子槽數(shù)Z=36;電機(jī)極數(shù)2p=6;線圈極距τ=6;線圈組數(shù)u=18;每組圈數(shù)S=1;極相槽數(shù)q=2;總線圈數(shù)Q=18;并聯(lián)支路a=3;線圈節(jié)距y=5。具體接線見附圖c。

5.2繞組系數(shù)計(jì)算

5.2.1電機(jī)改繞前的繞組系數(shù)

根據(jù)三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)表，查得：當(dāng)y=7、8，τ=9時(shí)，三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)Kp=0.985或0.940;

杏子川采油廠電機(jī)為普通電機(jī)無變速功能，一般采用600相帶，當(dāng)極相槽數(shù)q=2，三相電機(jī)繞組分布系數(shù)Kd=0.96

故杏子川采油廠目前電機(jī)繞組系數(shù)Kdp=Kd×Kp=（0.985或0.940）×0.966=0.95151或0.90804

5.2.2電機(jī)改繞后的繞組系數(shù)

根據(jù)三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)表，查得：當(dāng)y=5，τ=6時(shí)，三相電機(jī)節(jié)距系數(shù)Kp=0.966;

杏子川采油廠電機(jī)為普通電機(jī)無變速功能，一般采用600相帶，當(dāng)極相槽數(shù)q=2，三相電機(jī)繞組分布系數(shù)Kd=0.966

故杏子川采油廠目前電機(jī)繞組系數(shù)：

Kdp=Kd×Kp=0.966×0.966=0.933156

5.3新繞組每槽導(dǎo)線數(shù)

對(duì)于正規(guī)設(shè)計(jì)的電機(jī)，各部磁通設(shè)計(jì)比較合理，鐵損控制在較小的合理范圍，具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。但是電機(jī)改極后，往往會(huì)破壞這種平衡，很可能使得電機(jī)某部分磁通變的稀少，而另外一部位的磁密度高到趨于飽和，因此必須進(jìn)行效驗(yàn)。杏子川采油廠目前主要是增加電機(jī)極數(shù)，故只進(jìn)行極數(shù)增加對(duì)磁密的影響分析。

對(duì)于增加極數(shù)的改繞，將造成極距變窄，即氣隙極面和每極所占的槽齒數(shù)減少。因此，如果每極磁通Φ在磁通密度不變的情況下也隨之減少。這時(shí)由電動(dòng)勢基本方程式E=4.44fWΦKdp可見，若設(shè)f（頻率）和Kdp（繞組系數(shù)）不變，則Φ的減少將導(dǎo)致電機(jī)電勢降低，但電源電壓U不變，這時(shí)只要增加每相匝數(shù)W來保持E值不變。于是，當(dāng)每極磁通Φ減少2p/2p'倍時(shí)，則每槽導(dǎo)線也必須增加2p/2p'（假設(shè)電機(jī)接線和并聯(lián)支路數(shù)不變而言）。

此外，考慮到極數(shù)增加時(shí)，軛部磁密Bc比較寬裕，氣隙磁密Bg值可略增加即取Kg=0.9-0.95，因此每槽導(dǎo)線數(shù)可由下式計(jì)算：

Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）

其中a、a—改極前、后的并聯(lián)支路數(shù)

Kdp、Kdp—改極前后的繞組系數(shù)

Sn'為改極前的電機(jī)每槽導(dǎo)線數(shù)，Sn為改極后的每槽導(dǎo)線數(shù)

Kg—增減極數(shù)引起的氣隙磁密度調(diào)整系數(shù)。

另外，由于齒部磁密隨氣隙磁密變化，所以，對(duì)于極數(shù)增加的改繞，只要?dú)庀洞琶苣軌驖M足，則無需在進(jìn)行齒部磁密驗(yàn)算。

通過查表可得Y-132S-4（5.5kW）、Y-132M-4（7.5kW）和Y-160M-4（11kW）型電機(jī)，國標(biāo)每槽導(dǎo)線數(shù)分別為47、35、56。

5.3.1Y-132S-4（5.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線計(jì)算

（1）36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）

改極后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=68.29

Kg取最大值0.95;Sn為47;2p=6、2p'=4;Kdp'取最大值0.95151、Kdp0.933156;a'=1、a=1;

5.3.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線計(jì)算

（1）36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）

改極后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=50.24

Kg取最大值0.95;Sn為35;2p=6、2p'=4;Kdp'取最小值0.94、Kdp為0.933156;a'=1、a=1;

5.3.3Y-160M-4（11kW）改極前后每槽導(dǎo)線計(jì)算

（1）36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）

改極后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=40.68

Kg取最大值0.95;Sn為56;2p=6、2p'=4;Kdp'取最大值0.95151、Kdp為0.933156;a'=1、a=1;

5.4電機(jī)改極后的導(dǎo)線直徑計(jì)算

導(dǎo)線換算是在保持原槽滿率的前提下進(jìn)行，改極后繞組的導(dǎo)線直徑按照以下公式進(jìn)行換算：

d=d其中：d'—電機(jī)原繞組導(dǎo)線直徑，mm;

Sn、Sn—改極前、后每槽導(dǎo)線數(shù);

a'、a—改極前、后繞組并聯(lián)支路數(shù);

5.4.1Y-132S-4（5.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線直徑計(jì)算

單層鏈?zhǔn)嚼@線和雙層疊式繞線只是繞線方式不同，每槽導(dǎo)線數(shù)一樣，線徑也一樣，故僅計(jì)算單層鏈?zhǔn)嚼@組線徑。以36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）來計(jì)算：改極后d=d'=0.748或0.790其中：d'=0.9或0.95;Sn'=47;Sn=68;a'=a=1根據(jù)漆包線線規(guī)表查得，d=0.77mm，截面積為

0.4657mm2

5.4.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后每槽導(dǎo)線直徑計(jì)算

以36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）來計(jì)算：改極后d=d'=1.171324

其中：d'=1.06;Sn'=35;Sn=50;a'=a=1

根據(jù)漆包線線規(guī)表查得，d=1.16mm，截面積為1.057mm2，因我廠采用并繞方式，建議采用線徑代換組合為（0.83、0.80）、（0.86、0.77）、（0.90、0.74）、（0.90、0.72）其中一種，可根據(jù)現(xiàn)場型號(hào)靈活組合。

5.4.3Y-160M-4（11kW）改極前后每槽導(dǎo)線直徑計(jì)算

以36槽6極單層鏈?zhǔn)嚼@組（y=5，a=1）來計(jì)算：改極后d=d'=1.4557884其中：d'=1.3;Sn'=56;Sn=82;a'=a=1根據(jù)漆包線線規(guī)表查的，d=1.45mm，截面積為1.651mm2，因我廠采用并繞方式，建議采用線徑代換組合為（1.04、1.0）、（1.08、0.96）、（1.12、0.93）、（1.16、0.86）其中一種，可根據(jù)現(xiàn)場型號(hào)靈活組合。

5.5電機(jī)改極后的功率計(jì)算

電機(jī)極數(shù)改變后，輸出功率也會(huì)相應(yīng)改變。在同一個(gè)鐵芯上，若從少極變成多極，其每極所占的極面積減少，若磁通密度不變，每極磁通Φ就相應(yīng)的減少。由電壓方程式可知，為了維持電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢不變，便要增加每極匝數(shù)W;而每槽導(dǎo)線數(shù)也相應(yīng)的增加，同時(shí)保證槽滿率不致過高，就必須減小導(dǎo)線截面積，從而導(dǎo)致輸出功率也隨之減少。

電機(jī)改極后的輸出功率可按照下式估算：

Pn=Pn×（d/d）2或Pn=Pn'×S/S'其中Pn'—電機(jī)改繞前的功率，kW;d'、d—電機(jī)改繞前、后的線徑，mm;S'、S—電機(jī)改繞前、后導(dǎo)線的截面積，mm2;單層鏈?zhǔn)嚼@線和雙層疊式繞線只是繞線方式不同，每槽導(dǎo)線數(shù)一樣，線徑也一樣，故僅計(jì)算單層鏈?zhǔn)嚼@組線徑。

5.5.1Y-132S-4（5.5kW）改極前后功率計(jì)算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.02kW

Pn=5.5kW;d=0.9、d=0.77;

5.5.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后功率計(jì)算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.82kW

Pn=7.5kW;d'=1.06、d=0.85;

5.5.3Y-160M-4（11kW）改極前后功率計(jì)算

Pn=Pn'×（d/d'）2=7.31kW

Pn'=11kW;d'=1.3、d=1.06;

6電機(jī)改極重繞的磁通密度效驗(yàn)電機(jī)改極各部件磁通密度參考表

6.1電機(jī)氣隙磁密

Bg=

其中：U為相電壓，文中中所涉及的到三種型號(hào)的電機(jī)均為△接法，U=Un=380V;2p電機(jī)極數(shù)（6）;a為并聯(lián)支路數(shù)（1-2）;Z為定子槽數(shù)（36）;Sn為每槽導(dǎo)線數(shù)（70、50、84）;D為定子鐵芯內(nèi)徑（136、136、170）;L定子鐵芯長度（115、160、155）;Kdp為繞組系數(shù)（0.933）。

6.1.1Y-132S-4（5.5kW）改極后氣隙磁密

Bg==0.765≤0.85

6.1.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后氣隙磁密

Bg==0.748≤0.85

6.1.3Y-160M-4（11kW）改極前后氣隙磁密Bg==0.754≤0.85

6.2軛部磁密

Bc=，其中：hc為定子鐵芯軛高（采油廠對(duì)應(yīng)的三種電機(jī)分別為1.7、1.8、2.3）

6.2.1Y-132S-4（5.5kW）改極后軛部磁密計(jì)算

Bc==1.16×13.6×0.765/（6×1.7）=1.18

6.2.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后軛部磁密計(jì)算

Bc==1.16×13.6×0.748/（6×1.8）=1.09

6.2.3Y-160M-4（11kW）改極前后軛部磁密計(jì)算

Bc==1.16×17×0.756/（6×2.3）=1.07

均符合常用允許值，且不超過改極最高值。

7電機(jī)改極前后電機(jī)扭矩效驗(yàn)

電機(jī)扭矩即電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，為電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)之一。電機(jī)轉(zhuǎn)矩，簡單的說，就是轉(zhuǎn)動(dòng)的力量的大小。一般來講電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的勁頭就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。又稱電機(jī)啟動(dòng)扭矩。

電機(jī)扭矩公式為：T=9550P/n此公式為工程上常用的扭矩、功率、轉(zhuǎn)速三者關(guān)系的計(jì)算公式。

式中：T—扭矩（單位：N.M）9550-為常數(shù);P—電機(jī)的功率（單位：kW）;n—輸出的轉(zhuǎn)速（單位：轉(zhuǎn)/分）

7.1Y-132S-4（5.5kW）型電機(jī)改極前后扭矩效驗(yàn)

7.1.1改極前扭矩值

T=9550P/n=9550×5.5/1500=357.1.2改極后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.02/1000=38.39

7.2Y-132M-4（7.5kW）型電機(jī)改極前后扭矩效驗(yàn)

7.2.1改極前扭矩值

T=9550P/n=9550×7.5/1500=47.75

7.2.2改極后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.82/1000=46.03

7.3Y-160M-4（11kW）型電機(jī)改極前后扭矩效驗(yàn)

7.3.1改極前扭矩值

T=9550P/n=9550×11/1500=70.03

7.3.2改極后扭矩值

T=9550P/n=9550×7.31/1000=69.8

8結(jié)束語

通過計(jì)算得出電機(jī)扭矩在改極后，基本與改極前持平，甚至超過改極前，故電機(jī)改極后，電機(jī)的輸出扭矩所受到的影響不大。根據(jù)以上驗(yàn)算，以我廠現(xiàn)有的主要型號(hào)的電機(jī)為基礎(chǔ)，通過對(duì)轉(zhuǎn)子的改極重繞可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，對(duì)我廠降本增效有著極其重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]孔軍.電動(dòng)機(jī)繞組全彩色圖集-嵌線、布線、接線展開圖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]潘品英.電機(jī)修理計(jì)算與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[3]辜承林、陳喬夫.電機(jī)學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

=46.03

7.3Y-160M-4（11kW）型電機(jī)改極前后扭矩效驗(yàn)

7.3.1改極前扭矩值

T=9550P/n=9550×11/1500=70.03

7.3.2改極后扭矩值

T=9550P/n=9550×7.31/1000=69.8

8結(jié)束語

通過計(jì)算得出電機(jī)扭矩在改極后，基本與改極前持平，甚至超過改極前，故電機(jī)改極后，電機(jī)的輸出扭矩所受到的影響不大。根據(jù)以上驗(yàn)算，以我廠現(xiàn)有的主要型號(hào)的電機(jī)為基礎(chǔ)，通過對(duì)轉(zhuǎn)子的改極重繞可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，對(duì)我廠降本增效有著極其重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]孔軍.電動(dòng)機(jī)繞組全彩色圖集-嵌線、布線、接線展開圖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]潘品英.電機(jī)修理計(jì)算與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[3]辜承林、陳喬夫.電機(jī)學(xué)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.