[01199221]新型定子与转子结构感应电动机及控制相关技术的研究与产业化应用

本项目由黑龙江省科技厅计划项目（重点攻关）资助，项目编号为G00A12014。 本项目研制了一种既具有高起动性能又具有良好的运行性能的新型电机。其转子笼条采用既导磁又导电的材料，且槽形采用特殊设计。研究了合金材料成份变化对电机起动性能和运行性能的影响，进行了最佳槽形设计，以保证起动时获得较大的起动转矩和较小的起动电流。该电机可代替普通Y系列电机一到两个功率等级，起动电流较同容量Y系列电机下降20%左右。应用于油田可以节电15%，可给电机制造厂降低大量制造费用，具有明显的经济效益。同时可降低安装容量及减少变压器、开关屏容量。 在研究过程中，综合运用了传统电机理论，结合电磁场理论、流体力学理论、传热学理论等，建立了电机内三维瞬态电磁场及温度场混合求解的数学模型，并采用数值分析方法进行了求解。仿真了电机正常工作和特殊工况下的特性，并与实验结果进行了对比分析。建立了一套完善的电机设计优化分析流程，为该电机的进一步扩展型号、实现产业化设计、生产奠定了良好的基础。此外，由于该电机具有高起动转矩和节能的特性，除了用于油田螺杆泵以外，还可应用于电动车驱动、回转窑、冰箱等多种行业和场合，市场前景十分广阔。 本项目研制的铁磁性笼条转子感应电动机，不但具有高起动转矩、小起动电流的特点，而且在正常运行时与普通笼型转子感应电动机的效率和功率因数基本相同，同时转差率也不大，因此该电动机很适合油田应用。目前全国油田有十多万口油井，大庆油田有三万多口，若采用铁磁性笼条转子感应电动机，保守估计，节电率为20%，一年一台37KW铁磁性笼条转子感应电动机可节电5800元左右。若全部采用该电机，则每年可给油田节省几亿元电费。 由于该电动机起动电流小，故可使配套的控制柜开关容量，尤其是变压器容量下降1到2个容量等级，仅变压器节材一项可给变压器厂带来几亿产值和几千万元利润。与此类似，由于该电动机起动转矩可代替原Y系列电动机容量1到2个功率等级，故每年也可给电机制造厂带来几亿元产值和几千万元利润。此外，由于该电动机可节约无功功率，因此不但可节约无功功率，而且可减少对电网的污染。 地面驱动螺泵抽油装置是近年来用于开采高粘度、高含沙、高含气原油的一种新型设备。地面驱动部分由电动机、减速箱和光密封器等组成，井下的螺泵由定子和转子两个部件组成。螺杆泵采油设备与游梁式采油设备比节电率高。由于目前仍采用单速普通Y系列电动机，电机本身节能效果仍不理想，且起动电流很大，影响螺杆的使用寿命。现在有的采用变频器进行起动和运行，但是成本很高。若采用复合笼条异步电动机，它的起动转矩能达到普通Y系列电动机高1～2个功率等级的起动转矩，且起动电流比同容量的Y系列电动机的起动电流小，节能效果显著。如大庆油田2002年新上螺杆泵抽油机1800余台，若采用该电动机可节约电费1800余万元，节省变压器投资几百万，节约电动机材料费300余万元。 通过国际联机查新，未发现有类似报道，而且本电机及控制系统已获得国家发明专利，具有自主知识产权，因此，还可出口创汇。 综上所述，本项目研制的电机及智能控制系统市场广阔，直接的经济效益明显，同时节能效益也相当显著，并具有长远的社会效益。