陈玮　卫星

摘要：文章是以2016年杏子川采油厂电机负荷为依据，以改变导线线径、旋转磁场极对数为手段，以变极降速为主要目标，达到降低电费支出的目的。文中以杏子川采油厂目前井场主要使用的三种电机为基础，探讨通过增加电机极数实现降低电机转速。文中主要展示电机改极计算过程的理论推导，并验算改极后电机的各项性能指标，以期达到变极后电机性能最优、耗材最少、成本最低。

关键词：电机;变极降速;电费

中图分类号：TM343

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）01-0013-05

0引言

隨着油田的发展，对油田的开发逐步实现精细化、科学化，对油田的各项管理要求不断提升，特别是近年来由于油价的低位运行，加快了油田转型升级的步伐。杏子川采油厂的管理较为规范，寄望于通过提升管理，降低生产成本的潜力已经不大，只有通过其他方面的改进创新，才能实现采油厂的可持续发展。文中希望从电费支出的主要负荷设备，来探讨一下节约电费的可能。

1杏子川采油厂生产现场使用的电机现状

截止2016年底，杏子川采油厂主要电力负荷约为18500kW，其中电机占比约为88%，生产井场电机占比约为63%。杏子川采油厂2016年度电费支出8480万元，井场电机电费支出约5342万元。目前杏子川采油厂生产电机主要有三种，分别是Y-132S-4（5.5kW、转速1440）、Y-132M-4（7.5kW、转速1440）、Y-160M-4（11kW转速1460），均为四极，转速为1440转左右。近年来杏子川采油厂推广低速电机，从原理上来说即是采用六极电机，普遍转速960转/分钟，通过降低电机转速、减少抽油机运转，降低设备、井下管柱磨损，同时起到降低电费的作用。但是杏子川采油厂低速电机全部为另行采购，采购成本较大，不能大面积推广，同时采油厂原来四极电机将无用武之地，极大的加重了采油厂生产成本和浪费了现有的资源。为了避免资源浪费，建议对采油厂目前使用的电机进行改极改造，提升资源利用率，降低电机转速，节约生产成本。

文中希望通过采油厂主要用电设备电机的改极实现电机转速降低，来减少电费的支出，降低采油厂的运行成本。文中计划将目前采油厂采用的四极电机，通过改极为六级电机，转速约能降低1/3，在不考虑设备磨损降低、材料及维修费用的基础上，与之相对应的直接成本（电费）亦能降低约1/3。文中以杏子川2016年电机电费支出5342万元为核算依据，通过改极改造，按照60%的有效性计算，每年约能为杏子川采油厂节约1057万元的直接电费支出。

2电机变极调速的经济效益分析

文中以采油厂现有的电机型号为基础，通过增加极数、降低线径、增加每槽匝数等手段来实现电机变极降速，保持输出扭矩不变。以下进行简单的支出与节约分析：

2.1转速降低能产生的节约

电机改极前，按照1440转/分钟，抽油机冲程8个/分钟计算;电机改极后，转速960转/分，抽油机冲程5.3个/分钟。即电机转速降低33%，也就意味着电费、设备磨损、井筒磨损等均降低33%，材料损耗等也大幅度减少。

2.2电机改造所需要的支出

杏子川采油厂目前电机全部由供电车间进行维修，维修采用废旧铜线出差价更换新铜线，维修成本较为固定，若将采油厂主要生产所用电机进行改极改造仅需要对电机转子更换导线、改变绕组结构即可。近似计算值见表1。

从表1的近似计算值中可以看出，在电机铜线采购是以旧换新的运行模式下，通过改变线径、极数和匝数的对电机进行变极改造，电机在维修时仅需改变转子绕组即可，不需增加其他任何额外费用。

3影响电机转速的因素

日常生活中我们所见的电机种类比较多，但是杏子川采油厂在单井使用的均为三相异步电机，其转速与频率的公式为：

n=60f/p

上式中n—电机的转速（转/分）;60—每分钟（秒）;f—电源频率（50赫兹）;p—电机旋转磁场的极对数。

从公式中可以看出，从电机本身性能上来看，改变电机转速只有两种途径：一是降低电源频率，二是增加电机极数。我国规定标准电源频率为f=50周/秒，如果要降低电源频率必须使用变频器来实现，而变频器集成化程度高、成本较高、维修难度大、对电网影响较大，一般不允许大规模使用。所以降低电机转速最好的方法就是改变电机的极数。根据公式可以得出在电源频率不变的情况下，电机磁极对数多，旋转磁场的转速就低。在文中将以改变电机极数为方法，对杏子川采油厂目前主要使用的电机进行分析论证。

4电机改极重绕影响因素

4.1定子、转子槽数配合

为了保证电机改极后具有较好的启动和运行性能，定子（Z1）和转子（Z2）之间配合的应满足国家规定的推荐表。杏子川采油厂目前的电机型号定子均为36槽，转子为斜槽32槽，符合推荐表，推荐改极槽数。因为定子、转子配合是一个复杂的技术难题，但是通常也只能根据理论分析和实践经验的一些原则来决定。如应满足下列关系：

Z1-Z2=?0;

Z1-Z2=?1;

Z1-Z2=?±2p;

Z1-Z2=?±1±2p;

Z1-Z2=?±1±2p2P为电机极数，从四极电机绕成六极电机，满足上表要求。一般来说只要满足上表要求，又符合推荐表中的推荐配合，大多能获得满意的效果。

4.2改变极数对输出功率的影响

由于电机改变转速后，其功率也有相应的改变。功率的改变与转速改变近似成正比关系，所以功率改变又与极数改变近似的成反比关系。电机改极前要对改极后的容量是否适合所配的抽油机需要的功率进行计算。

为了保证杏子川采油厂生产需要，建议杏子川采油厂对5.5kW、7.5kW和11kW的井场电机进行改极试验。按照理论计算11kW的电机改极后可以实现近似7.31kW功率的六极电机，7.5kW的电机改极后可以实现近似4.93kW功率的六极电机，5.5kW的电机改极后可以实现近似3.71kW功率的六极电机，并且扭矩较改造前基本持平。

根据日常电机运行监测，杏子川采油厂电机运行效率为40%左右，达不到电机理论输出值的85%，很多电机处于大马拉小车的现象。究其原因主要是由于启动扭矩较大，功率小的电机无法正常启动。而改极后的电机输出扭矩，从理论上来说，基本与未改极支持持平，甚至略有提升，所以改极后的大部分电机能正常启动并运转。

4.3槽数及极数配合

改极电机要考虑绕组的构成是否成立，因为槽数和极数必须匹配。36槽可以实现：36/2p=整数的极数电机要求，即可以实现四极、六极的电机的绕线要求。满足四极电机改极成六极电机的槽数要求。

4.4机械强度的校核

对于电机来说，在频率不变的情况下，改变极数必然改变转速，转速的改变对电机构件要求的机械强度也必然发生改变，同时对各部分所承受的离心力也必然不同。但是对于杏子川采油厂目前现状是将高速电机改极为低速电机，电机构件所承受的转速和离心力都是减弱，不需要进行机械强度效验。

5电机改极计算

电机改极必然要涉及各部磁通密度产生变化，为使改极后的性能接近原来的性能，必须与原绕组进行换算。

5.1电机改极前后的绕组数据

5.1.1电机改极前绕组数据

目前杏子川采油厂使用的Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）、Y-160M-4（11kW）三种型号的电机均为36槽四极单层交叉链式绕组。其中Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）为（y=8、7，a=1）连接;Y-160M-4（11kW）为（y=8、7，a=2）连接。5.1.2电机改极后绕组数据

电机改极仅为理论计算，具体数据需要进行实地检测，为了尽可能多的试验，以求最好的效果，对于电机改极后的绕组接线方式提供五种接线方式，以备选择最优方案，具体如下。

36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）：

绕组数据为：定子槽数Z=36;电机极数2p=6;线圈极距τ=6;线圈组数u=18;每组圈数S=1;极相槽数q=2;总线圈数Q=18;并联支路a=1;线圈节距y=5。

36槽6极单层链式绕组（y=5，a=2）：

绕组数据为：定子槽数Z=36;电机极数2p=6;线圈极距τ=6;线圈组数u=18;每组圈数S=1;极相槽数q=2;总线圈数Q=18;并联支路a=2;线圈节距y=5。具体接线见附图b。

36槽6极单层链式绕组（y=5，a=3）：

绕组数据为：定子槽数Z=36;电机极数2p=6;线圈极距τ=6;线圈组数u=18;每组圈数S=1;极相槽数q=2;总线圈数Q=18;并联支路a=3;线圈节距y=5。具体接线见附图c。

5.2绕组系数计算

5.2.1电机改绕前的绕组系数

根据三相电机节距系数表，查得：当y=7、8，τ=9时，三相电机节距系数Kp=0.985或0.940;

杏子川采油厂电机为普通电机无变速功能，一般采用600相带，当极相槽数q=2，三相电机绕组分布系数Kd=0.96

故杏子川采油厂目前電机绕组系数Kdp=Kd×Kp=（0.985或0.940）×0.966=0.95151或0.90804

5.2.2电机改绕后的绕组系数

根据三相电机节距系数表，查得：当y=5，τ=6时，三相电机节距系数Kp=0.966;

杏子川采油厂电机为普通电机无变速功能，一般采用600相带，当极相槽数q=2，三相电机绕组分布系数Kd=0.966

故杏子川采油厂目前电机绕组系数：

Kdp=Kd×Kp=0.966×0.966=0.933156

5.3新绕组每槽导线数

对于正规设计的电机，各部磁通设计比较合理，铁损控制在较小的合理范围，具有较好的经济技术指标。但是电机改极后，往往会破坏这种平衡，很可能使得电机某部分磁通变的稀少，而另外一部位的磁密度高到趋于饱和，因此必须进行效验。杏子川采油厂目前主要是增加电机极数，故只进行极数增加对磁密的影响分析。

对于增加极数的改绕，将造成极距变窄，即气隙极面和每极所占的槽齿数减少。因此，如果每极磁通Φ在磁通密度不变的情况下也随之减少。这时由电动势基本方程式E=4.44fWΦKdp可见，若设f（频率）和Kdp（绕组系数）不变，则Φ的减少将导致电机电势降低，但电源电压U不变，这时只要增加每相匝数W来保持E值不变。于是，当每极磁通Φ减少2p/2p'倍时，则每槽导线也必须增加2p/2p'（假设电机接线和并联支路数不变而言）。

此外，考虑到极数增加时，轭部磁密Bc比较宽裕，气隙磁密Bg值可略增加即取Kg=0.9-0.95，因此每槽导线数可由下式计算：

Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）

其中a、a—改极前、后的并联支路数

Kdp、Kdp—改极前后的绕组系数

Sn'为改极前的电机每槽导线数，Sn为改极后的每槽导线数

Kg—增减极数引起的气隙磁密度调整系数。

另外，由于齿部磁密随气隙磁密变化，所以，对于极数增加的改绕，只要气隙磁密能够满足，则无需在进行齿部磁密验算。

通过查表可得Y-132S-4（5.5kW）、Y-132M-4（7.5kW）和Y-160M-4（11kW）型电机，国标每槽导线数分别为47、35、56。

5.3.1Y-132S-4（5.5kW）改极前后每槽导线计算

（1）36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）

改极后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=68.29

Kg取最大值0.95;Sn为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）改极前后每槽导线计算

（1）36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）

改极后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=50.24

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

5.3.3Y-160M-4（11kW）改极前后每槽导线计算

（1）36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）

改极后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=40.68

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

5.4电机改极后的导线直径计算

导线换算是在保持原槽满率的前提下进行，改极后绕组的导线直径按照以下公式进行换算：

d=d其中：d'—电机原绕组导线直径，mm;

Sn、Sn—改极前、后每槽导线数;

a'、a—改极前、后绕组并联支路数;

5.4.1Y-132S-4（5.5kW）改极前后每槽导线直径计算

单层链式绕线和双层叠式绕线只是绕线方式不同，每槽导线数一样，线径也一样，故仅计算单层链式绕组线径。以36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）来计算：改极后d=d'=0.748或0.790其中：d'=0.9或0.95;Sn'=47;Sn=68;a'=a=1根据漆包线线规表查得，d=0.77mm，截面积为

0.4657mm2

5.4.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后每槽导线直径计算

以36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）来计算：改极后d=d'=1.171324

其中：d'=1.06;Sn'=35;Sn=50;a'=a=1

根据漆包线线规表查得，d=1.16mm，截面积为1.057mm2，因我厂采用并绕方式，建议采用线径代换组合为（0.83、0.80）、（0.86、0.77）、（0.90、0.74）、（0.90、0.72）其中一种，可根据现场型号灵活组合。

5.4.3Y-160M-4（11kW）改极前后每槽导线直径计算

以36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）来计算：改极后d=d'=1.4557884其中：d'=1.3;Sn'=56;Sn=82;a'=a=1根据漆包线线规表查的，d=1.45mm，截面积为1.651mm2，因我厂采用并绕方式，建议采用线径代换组合为（1.04、1.0）、（1.08、0.96）、（1.12、0.93）、（1.16、0.86）其中一种，可根据现场型号灵活组合。

5.5电机改极后的功率计算

电机极数改变后，输出功率也会相应改变。在同一个铁芯上，若从少极变成多极，其每极所占的极面积减少，若磁通密度不变，每极磁通Φ就相应的减少。由电压方程式可知，为了维持电动机感应电动势不变，便要增加每极匝数W;而每槽导线数也相应的增加，同时保证槽满率不致过高，就必须减小导线截面积，从而导致输出功率也随之减少。

电机改极后的输出功率可按照下式估算：

Pn=Pn×（d/d）2或Pn=Pn'×S/S'其中Pn'—电机改绕前的功率，kW;d'、d—電机改绕前、后的线径，mm;S'、S—电机改绕前、后导线的截面积，mm2;单层链式绕线和双层叠式绕线只是绕线方式不同，每槽导线数一样，线径也一样，故仅计算单层链式绕组线径。

5.5.1Y-132S-4（5.5kW）改极前后功率计算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.02kW

Pn=5.5kW;d=0.9、d=0.77;

5.5.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后功率计算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.82kW

Pn=7.5kW;d'=1.06、d=0.85;

5.5.3Y-160M-4（11kW）改极前后功率计算

Pn=Pn'×（d/d'）2=7.31kW

Pn'=11kW;d'=1.3、d=1.06;

6电机改极重绕的磁通密度效验电机改极各部件磁通密度参考表

6.1电机气隙磁密

Bg=

其中：U为相电压，文中中所涉及的到三种型号的电机均为△接法，U=Un=380V;2p电机极数（6）;a为并联支路数（1-2）;Z为定子槽数（36）;Sn为每槽导线数（70、50、84）;D为定子铁芯内径（136、136、170）;L定子铁芯长度（115、160、155）;Kdp为绕组系数（0.933）。

6.1.1Y-132S-4（5.5kW）改极后气隙磁密

Bg==0.765≤0.85

6.1.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后气隙磁密

Bg==0.748≤0.85

6.1.3Y-160M-4（11kW）改极前后气隙磁密Bg==0.754≤0.85

6.2轭部磁密

Bc=，其中：hc为定子铁芯轭高（采油厂对应的三种电机分别为1.7、1.8、2.3）

6.2.1Y-132S-4（5.5kW）改极后轭部磁密计算

Bc==1.16×13.6×0.765/（6×1.7）=1.18

6.2.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后轭部磁密计算

Bc==1.16×13.6×0.748/（6×1.8）=1.09

6.2.3Y-160M-4（11kW）改极前后轭部磁密计算

Bc==1.16×17×0.756/（6×2.3）=1.07

均符合常用允许值，且不超过改极最高值。

7电机改极前后电机扭矩效验

电机扭矩即电动机的输出扭矩，为电动机的基本参数之一。电机转矩，简单的说，就是转动的力量的大小。一般来讲电动机带动机械转动的劲头就是电动机的转矩。又称电机启动扭矩。

电机扭矩公式为：T=9550P/n此公式为工程上常用的扭矩、功率、转速三者关系的计算公式。

式中：T—扭矩（单位：N.M）9550-为常数;P—电机的功率（单位：kW）;n—输出的转速（单位：转/分）

7.1Y-132S-4（5.5kW）型电机改极前后扭矩效验

7.1.1改极前扭矩值

T=9550P/n=9550×5.5/1500=357.1.2改极后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.02/1000=38.39

7.2Y-132M-4（7.5kW）型电机改极前后扭矩效验

7.2.1改极前扭矩值

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年杏子川采油厂电机负荷为依据，以改变导线线径、旋转磁场极对数为手段，以变极降速为主要目标，达到降低电费支出的目的。文中以杏子川采油厂目前井场主要使用的三种电机为基础，探讨通过增加电机极数实现降低电机转速。文中主要展示电机改极计算过程的理论推导，并验算改极后电机的各项性能指标，以期达到变极后电机性能最优、耗材最少、成本最低。

关键词：电机;变极降速;电费

中图分类号：TM343

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）01-0013-05

0引言

随着油田的发展，对油田的开发逐步实现精细化、科学化，对油田的各项管理要求不断提升，特别是近年来由于油价的低位运行，加快了油田转型升级的步伐。杏子川采油厂的管理较为规范，寄望于通过提升管理，降低生产成本的潜力已经不大，只有通过其他方面的改进创新，才能实现采油厂的可持续发展。文中希望从电费支出的主要负荷设备，来探讨一下节约电费的可能。

1杏子川采油厂生产现场使用的电机现状

截止2016年底，杏子川采油厂主要电力负荷约为18500kW，其中电机占比约为88%，生产井场电机占比约为63%。杏子川采油厂2016年度电费支出8480万元，井场电机电费支出约5342万元。目前杏子川采油厂生产电机主要有三种，分别是Y-132S-4（5.5kW、转速1440）、Y-132M-4（7.5kW、转速1440）、Y-160M-4（11kW转速1460），均为四极，转速为1440转左右。近年来杏子川采油厂推广低速电机，从原理上来说即是采用六极电机，普遍转速960转/分钟，通过降低电机转速、减少抽油机运转，降低设备、井下管柱磨损，同时起到降低电费的作用。但是杏子川采油厂低速电机全部为另行采购，采购成本较大，不能大面积推广，同时采油厂原来四极电机将无用武之地，极大的加重了采油厂生产成本和浪费了现有的资源。为了避免资源浪费，建议对采油厂目前使用的电机进行改极改造，提升资源利用率，降低电机转速，节约生产成本。

文中希望通过采油厂主要用电设备电机的改极实现电机转速降低，来减少电费的支出，降低采油厂的运行成本。文中计划将目前采油厂采用的四极电机，通过改极为六级电机，转速约能降低1/3，在不考虑设备磨损降低、材料及维修费用的基础上，与之相对应的直接成本（电费）亦能降低约1/3。文中以杏子川2016年电机电费支出5342万元为核算依据，通过改极改造，按照60%的有效性计算，每年约能为杏子川采油厂节约1057万元的直接电费支出。

2电机变极调速的经济效益分析

文中以采油厂现有的电机型号为基础，通过增加极数、降低线径、增加每槽匝数等手段来实现电机变极降速，保持输出扭矩不变。以下进行简单的支出与节约分析：

2.1转速降低能产生的节约

电机改极前，按照1440转/分钟，抽油机冲程8个/分钟计算;电机改极后，转速960转/分，抽油机冲程5.3个/分钟。即电机转速降低33%，也就意味着电费、设备磨损、井筒磨损等均降低33%，材料损耗等也大幅度减少。

2.2电机改造所需要的支出

杏子川采油厂目前电机全部由供电车间进行维修，维修采用废旧铜线出差价更换新铜线，维修成本较为固定，若将采油厂主要生产所用电机进行改极改造仅需要对电机转子更换导线、改变绕组结构即可。近似计算值见表1。

从表1的近似计算值中可以看出，在电机铜线采购是以旧换新的运行模式下，通过改变线径、极数和匝数的对电机进行变极改造，电机在维修时仅需改变转子绕组即可，不需增加其他任何额外费用。

3影响电机转速的因素

日常生活中我们所见的电机种类比较多，但是杏子川采油厂在单井使用的均为三相异步电机，其转速与频率的公式为：

n=60f/p

上式中n—电机的转速（转/分）;60—每分钟（秒）;f—电源频率（50赫兹）;p—电机旋转磁场的极对数。

从公式中可以看出，从电机本身性能上来看，改变电机转速只有两种途径：一是降低电源频率，二是增加电机极数。我国规定标准电源频率为f=50周/秒，如果要降低电源频率必须使用变频器来实现，而变频器集成化程度高、成本较高、维修难度大、对电网影响较大，一般不允许大规模使用。所以降低电机转速最好的方法就是改变电机的极数。根据公式可以得出在电源频率不变的情况下，电机磁极对数多，旋转磁场的转速就低。在文中将以改变电机极数为方法，对杏子川采油厂目前主要使用的电机进行分析论证。

4电机改极重绕影响因素

4.1定子、转子槽数配合

为了保证电机改极后具有较好的启动和运行性能，定子（Z1）和转子（Z2）之间配合的应满足国家规定的推荐表。杏子川采油厂目前的电机型号定子均为36槽，转子为斜槽32槽，符合推荐表，推荐改极槽数。因为定子、转子配合是一个复杂的技术难题，但是通常也只能根据理论分析和实践经验的一些原则来决定。如应满足下列关系：

Z1-Z2=?0;

Z1-Z2=?1;

Z1-Z2=?±2p;

Z1-Z2=?±1±2p;

Z1-Z2=?±1±2p2P为电机极数，从四极电机绕成六极电机，满足上表要求。一般来说只要满足上表要求，又符合推荐表中的推荐配合，大多能获得满意的效果。

4.2改变极数对输出功率的影响

由于电机改变转速后，其功率也有相应的改变。功率的改变与转速改变近似成正比关系，所以功率改变又与极数改变近似的成反比关系。电机改极前要对改极后的容量是否适合所配的抽油机需要的功率进行计算。

为了保证杏子川采油厂生产需要，建议杏子川采油厂对5.5kW、7.5kW和11kW的井场电机进行改极试验。按照理论计算11kW的电机改极后可以实现近似7.31kW功率的六极电机，7.5kW的电机改极后可以实现近似4.93kW功率的六极电机，5.5kW的电机改极后可以实现近似3.71kW功率的六极电机，并且扭矩较改造前基本持平。

根据日常电机运行监测，杏子川采油厂电机运行效率为40%左右，达不到电机理论输出值的85%，很多电机处于大马拉小车的现象。究其原因主要是由于启动扭矩较大，功率小的电机无法正常启动。而改极后的电机输出扭矩，从理论上来说，基本与未改极支持持平，甚至略有提升，所以改极后的大部分电机能正常启动并运转。

4.3槽数及极数配合

改极电机要考虑绕组的构成是否成立，因为槽数和极数必须匹配。36槽可以实现：36/2p=整数的极数电机要求，即可以实现四极、六极的电机的绕线要求。满足四极电机改极成六极电机的槽数要求。

4.4机械强度的校核

对于电机来说，在频率不变的情况下，改变极数必然改变转速，转速的改变对电机构件要求的机械强度也必然发生改变，同时对各部分所承受的离心力也必然不同。但是对于杏子川采油厂目前现状是将高速电机改极为低速电机，电机构件所承受的转速和离心力都是减弱，不需要进行机械强度效验。

5电机改极计算

电机改极必然要涉及各部磁通密度产生变化，为使改极后的性能接近原来的性能，必须与原绕组进行换算。

5.1电机改极前后的绕组数据

5.1.1电机改极前绕组数据

目前杏子川采油厂使用的Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）、Y-160M-4（11kW）三种型号的电机均为36槽四极单层交叉链式绕组。其中Y-132S-4（5.5kW）和Y-132M-4（7.5kW）为（y=8、7，a=1）连接;Y-160M-4（11kW）为（y=8、7，a=2）连接。5.1.2电机改极后绕组数据

电机改极仅为理论计算，具体数据需要进行实地检测，为了尽可能多的试验，以求最好的效果，对于电机改极后的绕组接线方式提供五种接线方式，以备选择最优方案，具体如下。

36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）：

绕组数据为：定子槽数Z=36;电机极数2p=6;线圈极距τ=6;线圈组数u=18;每组圈数S=1;极相槽数q=2;总线圈数Q=18;并联支路a=1;线圈节距y=5。

36槽6极单层链式绕组（y=5，a=2）：

绕组数据为：定子槽数Z=36;电机极数2p=6;线圈极距τ=6;线圈组数u=18;每组圈数S=1;极相槽数q=2;总线圈数Q=18;并联支路a=2;线圈节距y=5。具体接线见附图b。

36槽6极单层链式绕组（y=5，a=3）：

绕组数据为：定子槽数Z=36;电机极数2p=6;线圈极距τ=6;线圈组数u=18;每组圈数S=1;极相槽数q=2;总线圈数Q=18;并联支路a=3;线圈节距y=5。具体接线见附图c。

5.2绕组系数计算

5.2.1电机改绕前的绕组系数

根据三相电机节距系数表，查得：当y=7、8，τ=9时，三相电机节距系数Kp=0.985或0.940;

杏子川采油厂电机为普通电机无变速功能，一般采用600相带，当极相槽数q=2，三相电机绕组分布系数Kd=0.96

故杏子川采油厂目前电机绕组系数Kdp=Kd×Kp=（0.985或0.940）×0.966=0.95151或0.90804

5.2.2电机改绕后的绕组系数

根据三相电机节距系数表，查得：当y=5，τ=6时，三相电机节距系数Kp=0.966;

杏子川采油厂电机为普通电机无变速功能，一般采用600相带，当极相槽数q=2，三相电机绕组分布系数Kd=0.966

故杏子川采油厂目前电机绕组系数：

Kdp=Kd×Kp=0.966×0.966=0.933156

5.3新绕组每槽导线数

对于正规设计的电机，各部磁通设计比较合理，铁损控制在较小的合理范围，具有较好的经济技术指标。但是電机改极后，往往会破坏这种平衡，很可能使得电机某部分磁通变的稀少，而另外一部位的磁密度高到趋于饱和，因此必须进行效验。杏子川采油厂目前主要是增加电机极数，故只进行极数增加对磁密的影响分析。

对于增加极数的改绕，将造成极距变窄，即气隙极面和每极所占的槽齿数减少。因此，如果每极磁通Φ在磁通密度不变的情况下也随之减少。这时由电动势基本方程式E=4.44fWΦKdp可见，若设f（频率）和Kdp（绕组系数）不变，则Φ的减少将导致电机电势降低，但电源电压U不变，这时只要增加每相匝数W来保持E值不变。于是，当每极磁通Φ减少2p/2p'倍时，则每槽导线也必须增加2p/2p'（假设电机接线和并联支路数不变而言）。

此外，考虑到极数增加时，轭部磁密Bc比较宽裕，气隙磁密Bg值可略增加即取Kg=0.9-0.95，因此每槽导线数可由下式计算：

Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）

其中a、a—改极前、后的并联支路数

Kdp、Kdp—改极前后的绕组系数

Sn'为改极前的电机每槽导线数，Sn为改极后的每槽导线数

Kg—增减极数引起的气隙磁密度调整系数。

另外，由于齿部磁密随气隙磁密变化，所以，对于极数增加的改绕，只要气隙磁密能够满足，则无需在进行齿部磁密验算。

通过查表可得Y-132S-4（5.5kW）、Y-132M-4（7.5kW）和Y-160M-4（11kW）型电机，国标每槽导线数分别为47、35、56。

5.3.1Y-132S-4（5.5kW）改极前后每槽导线计算

（1）36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）

改极后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=68.29

Kg取最大值0.95;Sn为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）改极前后每槽导线计算

（1）36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）

改极后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=50.24

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

5.3.3Y-160M-4（11kW）改极前后每槽导线计算

（1）36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）

改极后Sn=（Kg×Sn'×2p×a×Kdp'）/（2p'×a'×Kdp）=40.68

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

5.4电机改极后的导线直径计算

导线换算是在保持原槽满率的前提下进行，改极后绕组的导线直径按照以下公式进行换算：

d=d其中：d'—电机原绕组导线直径，mm;

Sn、Sn—改极前、后每槽导线数;

a'、a—改极前、后绕组并联支路数;

5.4.1Y-132S-4（5.5kW）改极前后每槽导线直径计算

单层链式绕线和双层叠式绕线只是绕线方式不同，每槽导线数一样，线径也一样，故仅计算单层链式绕组线径。以36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）来计算：改极后d=d'=0.748或0.790其中：d'=0.9或0.95;Sn'=47;Sn=68;a'=a=1根据漆包线线规表查得，d=0.77mm，截面积为

0.4657mm2

5.4.2Y-132M-4（7.5kW）改極前后每槽导线直径计算

以36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）来计算：改极后d=d'=1.171324

其中：d'=1.06;Sn'=35;Sn=50;a'=a=1

根据漆包线线规表查得，d=1.16mm，截面积为1.057mm2，因我厂采用并绕方式，建议采用线径代换组合为（0.83、0.80）、（0.86、0.77）、（0.90、0.74）、（0.90、0.72）其中一种，可根据现场型号灵活组合。

5.4.3Y-160M-4（11kW）改极前后每槽导线直径计算

以36槽6极单层链式绕组（y=5，a=1）来计算：改极后d=d'=1.4557884其中：d'=1.3;Sn'=56;Sn=82;a'=a=1根据漆包线线规表查的，d=1.45mm，截面积为1.651mm2，因我厂采用并绕方式，建议采用线径代换组合为（1.04、1.0）、（1.08、0.96）、（1.12、0.93）、（1.16、0.86）其中一种，可根据现场型号灵活组合。

5.5电机改极后的功率计算

电机极数改变后，输出功率也会相应改变。在同一个铁芯上，若从少极变成多极，其每极所占的极面积减少，若磁通密度不变，每极磁通Φ就相应的减少。由电压方程式可知，为了维持电动机感应电动势不变，便要增加每极匝数W;而每槽导线数也相应的增加，同时保证槽满率不致过高，就必须减小导线截面积，从而导致输出功率也随之减少。

电机改极后的输出功率可按照下式估算：

Pn=Pn×（d/d）2或Pn=Pn'×S/S'其中Pn'—电机改绕前的功率，kW;d'、d—电机改绕前、后的线径，mm;S'、S—电机改绕前、后导线的截面积，mm2;单层链式绕线和双层叠式绕线只是绕线方式不同，每槽导线数一样，线径也一样，故仅计算单层链式绕组线径。

5.5.1Y-132S-4（5.5kW）改极前后功率计算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.02kW

Pn=5.5kW;d=0.9、d=0.77;

5.5.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后功率计算

Pn=Pn'×（d/d'）2=4.82kW

Pn=7.5kW;d'=1.06、d=0.85;

5.5.3Y-160M-4（11kW）改极前后功率计算

Pn=Pn'×（d/d'）2=7.31kW

Pn'=11kW;d'=1.3、d=1.06;

6电机改极重绕的磁通密度效验电机改极各部件磁通密度参考表

6.1电机气隙磁密

Bg=

其中：U为相电压，文中中所涉及的到三种型号的电机均为△接法，U=Un=380V;2p电机极数（6）;a为并联支路数（1-2）;Z为定子槽数（36）;Sn为每槽导线数（70、50、84）;D为定子铁芯内径（136、136、170）;L定子铁芯长度（115、160、155）;Kdp为绕组系数（0.933）。

6.1.1Y-132S-4（5.5kW）改极后气隙磁密

Bg==0.765≤0.85

6.1.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后气隙磁密

Bg==0.748≤0.85

6.1.3Y-160M-4（11kW）改极前后气隙磁密Bg==0.754≤0.85

6.2轭部磁密

Bc=，其中：hc为定子铁芯轭高（采油厂对应的三种电机分别为1.7、1.8、2.3）

6.2.1Y-132S-4（5.5kW）改极后轭部磁密计算

Bc==1.16×13.6×0.765/（6×1.7）=1.18

6.2.2Y-132M-4（7.5kW）改极前后轭部磁密计算

Bc==1.16×13.6×0.748/（6×1.8）=1.09

6.2.3Y-160M-4（11kW）改极前后轭部磁密计算

Bc==1.16×17×0.756/（6×2.3）=1.07

均符合常用允许值，且不超过改极最高值。

7电机改极前后电机扭矩效验

电机扭矩即电动机的输出扭矩，为电动机的基本参数之一。电机转矩，简单的说，就是转动的力量的大小。一般来讲电动机带动机械转动的劲头就是电动机的转矩。又称电机启动扭矩。

电机扭矩公式为：T=9550P/n此公式为工程上常用的扭矩、功率、转速三者关系的计算公式。

式中：T—扭矩（单位：N.M）9550-为常数;P—电机的功率（单位：kW）;n—输出的转速（单位：转/分）

7.1Y-132S-4（5.5kW）型电机改极前后扭矩效验

7.1.1改极前扭矩值

T=9550P/n=9550×5.5/1500=357.1.2改极后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.02/1000=38.39

7.2Y-132M-4（7.5kW）型电机改极前后扭矩效验

7.2.1改极前扭矩值

T=9550P/n=9550×7.5/1500=47.75

7.2.2改极后扭矩值

T=9550P/n=9550×4.82/1000=46.03

7.3Y-160M-4（11kW）型电机改极前后扭矩效验

7.3.1改极前扭矩值

T=9550P/n=9550×11/1500=70.03

7.3.2改极后扭矩值

T=9550P/n=9550×7.31/1000=69.8

8结束语

通过计算得出电机扭矩在改极后，基本与改极前持平，甚至超过改极前，故电机改极后，电机的输出扭矩所受到的影响不大。根据以上验算，以我厂现有的主要型号的电机为基础，通过對转子的改极重绕可以实现电机转速降低，对我厂降本增效有着极其重要的意义。

参考文献

[1]孔军.电动机绕组全彩色图集-嵌线、布线、接线展开图[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2]潘品英.电机修理计算与应用[M].北京：化学工业出版社，2014.

[3]辜承林、陈乔夫.电机学[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.

=46.03

7.3Y-160M-4（11kW）型电机改极前后扭矩效验

7.3.1改极前扭矩值

T=9550P/n=9550×11/1500=70.03

7.3.2改极后扭矩值

T=9550P/n=9550×7.31/1000=69.8

8结束语

通过计算得出电机扭矩在改极后，基本与改极前持平，甚至超过改极前，故电机改极后，电机的输出扭矩所受到的影响不大。根据以上验算，以我厂现有的主要型号的电机为基础，通过对转子的改极重绕可以实现电机转速降低，对我厂降本增效有着极其重要的意义。

参考文献

[1]孔军.电动机绕组全彩色图集-嵌线、布线、接线展开图[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2]潘品英.电机修理计算与应用[M].北京：化学工业出版社，2014.

[3]辜承林、陈乔夫.电机学[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.