Электропривод

Союз Советских Социалистических Республик(51) М Ел Н 02 1; 41/О 9, 05.7 рцсоедицением заяв осударственныи ноиитетСовета Министров СССРоо делам изобретенийи открытий 23) Приорн 43) О публнь 9 8. Бюлл вано 05.0(5 Т У ЧЕ.Г З 13 ,333 (ОЬ) 5) Дата убликования описания 13 Авторыизобретения В. Се.еов,ГИ, Локшин, В. А. Севастьяов,Смердов ц Г, А, Чазов Пермский государственный чдучно-цссзедовдтепьск;и проектный институт нефтяной про ышпеноост(54) ЭЛЕКТРОПР 11 ВО сверсд якоря служат я, канал связи, блок днця сцгнлд на коми рсверсцвцый блок цепей. ествленця р оженця якор ля формцро овых цепей цни силовых Для осуцдатчики полуправления дмутацию сило)для коммута Датчикипостоянногоптейцс к одкат шек цнд25 ренней ооков Изобретение относится к области электротехники и предцазцацается для использования преимуцественно в погруженном варианте для привода глубинных насосов поршневого типа в скважинах, в частности нефтяных.Известен электропривод, включающий линейный синхронный двигатель, состоящий из ицдукторд с оомоткой возбуждения и якоря, выполненого из чередующихся магнитных и немагнитных участков, длина которых равна полюсному шагу индуктора 11).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 реверсцвный блок, соединенный с блоком управления, якоря с короткозамкнутой обмоткой, датчиков положения, и блок зашиты с реле перегрузки 12). Данн Й элект 1)оп 1 оц од 5 в,его иболее близким к описываемом зобрстенцкхИндуктор дгатсгя выоне ц вцдс двмх пакетов, цаоранных из плдстиц эгскт 1 гсхц. ческой стали, с пазами, в когорые уложена обмотка одцофазного ли мцогофдзцого псре- моиОГО тока. Г 1 д кеты цдуктор 3 крс,ттс 5 В три корпуса.Якорь двигдтеля выполнен цлоскмнабран из продольных пластик эгсктротехц.- ческой стали с пазами, где у,ожець медцыс стержни, концы которых жесто сосдицецы между собой медной пластиной о двум сторонам якоря, образуя короткоздмкнутую обмотку. Якорь ца подшипниках скольжения омецгл в корпус двигателя между пдкетамц нцдукторд. положения состоят из стержц мдгнитд, прикрепленного на крон. й цз боковых сторон якоря. ц двух ктцвности, ззкрепленныпх цд внутой поверхности корпуса двгте,3Блок управления состоит из полупроводникового устройства для формирования управляющего импульса.Реверсивный блок выполнен на тиристорах.Блок защиты с реле перегрузки служит дляпредупреждения 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 дополнительныеэлементы: катушки индуктивности, магнитныйстержень, кабель связи, необходимые для целейуправления. В связи с этим увеличивается поперечный размер двигателя, что не позволяетпогружать его в скважину для привода глубинных насосов погружцого типа, Наличие кабелясвязи конструктивно усложняет систему управ.спин злсктронриводачто особенно неприемлемо л,15 Исцозьзовация двигателя в словяхпОГ 11 оксцц 51 1 О в скважину.1 Ь, ью 1 зобрстсциц является упрощениеэ,сктроцривола в отношении конструктивноговьцолцеция как двигателя, так и системыуправления путем обеспечения формирования всиловых Обмотках ицлуктора сигнала о положе 1 И 1 51 кори в крайих точках еО хОлс и псрслачицо сиОному кабелО питания сигнала в исполИ-с,И 5 ь 1 мсхацизм лля Осуцествлсция реверц звцгителя 11 разграничения црц этом крайнего ц,1 хнео (левого) ц крнеО нижнего (прап)чПО,1 окГци 51 Яко(Я.К;11 ЦИИ ЦС.Ь ЛОСТИГ 1 СГС 51 ТСМ, ЧТО ИЕОРЬ,цаб;ксц двумя. и: ра 1 оцими роль датчиков, по,ОЖСЦ И 51 КОЦ ЦСВЫ МИ У(1 СТКЯ Я 1, ОЛИН ЦЗ КОТОвьцО,.цсц из цем;1 гциного материала,;ругОЙ - из средуОщцхс 5 цемагцитцых и ферромагнитных колец, н введен фильтр-реле симметричных составлякщих тока, подключенныйсвоим выходом к блоку управления. к которому1 олклкиец также выхол реле перегрузки, причем ширин ферромагнитных колец опрелеляс- ся цз соотцошенияЬ, - Ь; с 11, (п - 1),лс Ь ширина ферромагнитного кольца;511- ширина паза ицдуктора;с 1число пазов на полюс и фазу;1. - зубцовый шаг;и - число фаз.Немагцитцые кольца могут быть выполненыиз диэлектрического материала, например фторопласта,Целесообразно часть обмотки индуктора,расположенную со стороны участка с чередующимися кольцами, зашунтировать конденсаторами.На фиг. 1 изображен двигатель электропривола, продольный разрез; на фиг. 2 - сечениепо А - А на фиг, 1; на фиг. 3 - узел 1 нафиг. 1; на фиг. 4 - структурная схема системы управления двигателем электропривода; нафиг. 5 принципиальная электрическая схемаэлс строцрвода.Электроиривод содержит асинхронный двигатель возвратно-поступательного движения,который состоит из цилиндрического зубчатогоиндуктора 1 с трехфазной обмоткой 2, якоря 3 с 4короткозамкнутой обмоткой 4 и устройства дляреверса якоря.Индуктор 1 имеет магнитопровод 5, составленный из и - числа продольных пакетов, набранных из полос электротехнической стали спазами для катушек многофазной обмотки 2.Пакеты магнитопровода жестко зафиксированы на концах, вместе с обмоткой пропитаныэлектроизоляционными смолами или лаком ивставлены внутрь цилиндрического корпуса 6 сохлаждающими ребрами жесткости. Катушки10 трехфазной обмотки 2 двух фаз в торцовойчасти индуктора зашунтированы конденсатором С, показанным на фиг. 5, на длине неменее двух полюсных шагов индуктора.С внутренней стороны индуктор с цельюзашиты обмоток двигателя от окружающей сре 15ды скважины имеет тонкостенную руоашку 7.Рубашка изготовлена методом спекания из окиси алюминия, являющейся изолятором и хорошим проводником тепла. На рубашку 7 надетыкольца 8. Их магнитная проницаемость равна20 проницаемости материала магнитопровода индуктора.Каждое кольцо 8 расположено по серединезуба магнитопровода ицлуктора.Якорь 3 двигателя расположен внутри герметизироваццого тонкостенной рубашкой 7 ицдуктора 1 в подшипниках 9, установленных вофланцах 10 двигателя. Якорь состоит из трехучастков, которые по его длине имеют одиндиаметр и соединены между собой жестко спомощью центрального стержня 11. Среднийучасток якоря имеет короткозамкнутую обмотку 4 и выполнен из и-числа продольных пакетов 12, набранных из полос электротехническойстали с профильными (открытыми, полузакрытыми, закрытыми) лазами 13. Короткозамкнутая обмотка 4 якоря, образованная за счетМ заполнения электропроводящим материалом(медью, алюминием) кольцевых профильныхпазов 13 и продольных пазов 14, представляетсобой многоступенчатую беличью клетку, связывающую пакеты якоря в монолитное тело.40Один конец якоря выполнен в виде втулки 15 изцемагнитного материала, например фторопласта, длиной от трех и более полюсных шаговиндуктора. противоположный конец якоря длиной от четырех и более полюсных шагов индуктора выполнен из чередующихся между со 45 бой ферромагнитных 16 и немагнитных 17 колец. Ширина каждого ферромагнитного кольца16 определяется из соотношенияЬ. Ьс(1(гп - 1),где Ь - ширина ферромагнитного кольца.лЬ - ширина паза индуктора;с( - число пазов на полюс и фазу;1 - зубцовый шаг;гп - число фаз,Расстояние между поперечными осями симметрии каждых двух ферромагнитных колец55 равно величине полюсного шага индуктора.Конец якоря с чередующимися ферромагнитными и немагнитными кольцами может бытьвыполнен в трех вариантах.Вариант 1, Ширина ферромагнитных колец выполнена переменной величины, котораяпостоянно возрастает от средней части якоря кего концу, а немагнитные кольца выполнены издиэлектрического материала, например, фторопласта. Этот вариант показан на фиг. 1.Вариант 2. Каждое ферромагнитное кольцона концевом участке якоря выполнено одинаковой ширины, равной ширине паза индуктораКольца расположены так, что в статическомсостоянии двигателя они находятся напротивпазов индуктора, в которые уложены катушкитолько одной из фаз, например, фазы А трех,фазной обмотки двигателя. При этом немагнитные кольца имеют ширину 21,+Ь,где 1 - зубцовый шаг индуктора,Ь, - ширина зуба индуктора.Вариант 3. Каждое ферромагнитное кольцона концевом участке якоря выполнено одинаковой ширины, равной 21, - Ь . Кольца расположены так, что они перекрывают одновременнопазы индуктора, в которые уложены обмоткидвух рядом расположенных фаз, например А иВ, а кольца из немагнитного материала выполнены шириной 1,-+Ь,. 20Электропривод 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 симметричныхсоставляющих тока, подключенный своим выходом к блоку управления 19, и блок защиты 21 среле перегрузки, причем выход реле перегрузкиподключен к блоку управления 19.Реверсивный блок 18 (см. фиг. 5) собран натиристорах, включенных в две фазы. Причемуправление тиристорами выполнено на герметизированных реле Р Р, типа РМУГ. В блоке18 установлены трансформаторы тока ТР , ТРдля питания токовых реле защиты РМ,РМ,РМП. Максимальные реле РМ и РМ, использу.ются для защиты двигателя при значительных фперегрузках, двигатель отключается без выдержки времени. Реле перегрузки РМП предназначается для отключения двигателя по току в пределах 3(перегрузки) =1,2 - 1,31, потребляемого в конце хода подвижного якоря. Первичные обмотки трансформатора тока ТР, включены последовательно в главные цепи питаниядвигателя.Для подключения фильтра симметричныхсоставляющих типа ФТ вторичные обмоткитрансформатора тока ТРЗ соединяются в звезду. При подаче несимметричной системы токовна входные зажимы фильтра-реле 20 фильтрреле не пропустит токов прямой и нулевойпоследовательности, и в реле Р, и Р будет .проходить ток, пропорциональныи по величинетолько току обратной последовательности навходе фильтра.Блок управления 19 обеспечивает реверсдвигателя при достижении якорем крайнегоправого или левого хода (нижнего или верхнегоположения), осуществляет полное открытие тиристоров в цепи переменного тока, необходимоедля работы силовых элементов в роли, аналогичной контактору.Блок защиты 21 отключает двигатель приперегрузках, коротких замыканиях и обрывеодной из фаз. При подаче питания двигателю по силовому кабелю в индукторе 1 создается бегущее элек. тромагнитное поле, которое наводит ЭДС в короткозамкнутой обмотке 4 якоря 3. Эта ЭДС создает электромагнитное поле якоря.В результате взаимодействия 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 работы двигатсля. 11 есимметричный 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 счетисключения дополнительцьгх элементов управления и дополнительной линии связи=)то облегчает выполнить двигатель в погружном варианте и использовать его в скважинах для привода глубинных насосов поршневого типа. прц добыче нефти и воды.Фориули изобретвни1. 3, екропривод, содержащий асинхронный двигатель возвратно-поступательного дви жецця, состоящий из зубчатого индуктора с глцогфазной обмоткой, подклоченной к цепи питания через 1 геверсВгыЙ олок, .Ослицеццый с блокуправления, якоря с короткозамкцутой о 5 мт, .".;тчгков положения и блок загциты с 1 ч,:.:.еггрзки, отлич.ающиг 1 ая тем, что, с ц.,ю . гць5 5 корь снаожец в мя игра и, и ро.ь 1,гчсо положения концевыми , пс к".ми, , ц:;з которых выполнен из цемагцитноате 9;,г, и друго - из.чередующихся и":гц:ьх н ф, рромагцигщгх колеи и вод.".: 1 л;,)-пе. сммэтчеьгх составляющих тока, подключенный своим выходом к блоку управления, к которому подключен такжевыход реле перегрузки, причем ширина ферр- магнитных колец определяется из соотношенияЬ,( ЬС с 11-, (п 1 - 1),5где о - ширина ферромагнитного кольца;Ь - ширина паза индуктора;с 1 - число пазов на полюс и фазу;1 зубцовый шаг;гй - число фаз.2. Электропривод по п. 1, отличающийс,тем, что. немагнитные кольца выполнены цздиэлектрического материала, например фторопласта.3. Электропривод по п. 1, отличающийстем, что часть обмотки индуктора, расположен 15 цая со стороны участка с чередующимися кольцами, зашунтирована конденсаторами,ИстОчники информации, принятые во внима.ние при экспертизе:1, Патент Франции205 б 768, кл.Н 02 К 41/00, 1971,2. Патент Швеции334409, кл. 21 с 1 23,1971.а венино омиса Сов лам изооретеннв ,сква, Ж.35, Рзушская Птент:, г. Ужгор д,НИИ Фил Гос 1 гарсд