Номер патента: 20013

Опубликовано: 29.08.2014

Автор: Денни Марк Джозеф

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Двигательная установка, содержащая двигательный узел, имеющий первый и второй концы и возможность соединения с внешним электрическим устройством со стороны указанного первого конца и содержащий по меньшей мере одну обмотку двигателя, проходящую между первым и вторым концами, и обратную электрическую линию, проходящую от второго конца к первому концу и находящуюся у первого конца в электрическом контакте с электрическим соединительным элементом для подачи наложенного вторичного напряжения на внешнее электрическое устройство, причем первый конец двигательного узла оснащен приспособлением для подсоединения источника питания к обмотке двигателя, а второй конец двигательного узла оснащен приспособлением для электрического соединения обмотки двигателя с обратной электрической линией.

2. Установка по п.1, в которой имеется три обмотки, каждая из которых проходит от первого конца до второго конца двигательного узла.

3. Установка по п.2, в которой двигательный узел имеет одну обратную электрическую линию для каждой обмотки двигателя и при этом каждая обмотка электрически соединена с соответствующей обратной электрической линией посредством приспособления, обеспечивающего подсоединение обмотки двигателя к обратной электрической линии.

4. Установка по п.3, в которой каждая обратная электрическая линия имеет на первом конце двигательного узла электрический контакт с отдельным электрическим соединительным элементом, предназначенным для подачи питания на внешнее электрическое устройство.

5. Установка по п.4, дополнительно содержащая контактную деталь, разъемным образом подсоединяемую к первому концу двигательного узла посредством упомянутых соединительных элементов на первом конце двигательного узла для сложения токов обратных электрических линий и включающую также приспособление для электрического соединения с внешним электрическим устройством для подачи питания на это устройство.

6. Установка по п.1, в которой двигательный узел содержит по меньшей мере один однофазный двигатель.

7. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой приспособление для подсоединения обмотки(ок) двигателя к обратной(ым) электрической(им) линии(ям) разъемным образом присоединено на втором конце двигательного узла, так что соединение обмотки(ок) двигателя и обратной(ых) электрической(их) линии(ий) не является непрерывным.

8. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой одна или каждая обмотка двигателя содержит несколько последовательно электрически соединенных секций обмотки и одна или каждая обратная электрическая линия содержит соответствующее число последовательно электрически соединенных участков, причем каждая секция обмотки в последовательности и соответствующий ей участок обратной электрической линии представляют собой часть двигателя.

9. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой обмотка двигателя содержит нецелое число витков, такое как n+1/2 витков, где n - целое число.

10. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой обратная электрическая линия имеет участок, согласующийся по конфигурации с обмоткой двигателя и образующий половину витка этой обмотки.

11. Двигатель, содержащий обмотку, имеющую первый и второй концы и нецелое число витков между этими первым и вторым концами, и обратную электрическую линию для прохождения тока через двигатель, причем обмотка и обратная электрическая линия имеют прерываемое соединение.

12. Двигатель по п.11, содержащий три обмотки.

13. Двигатель по п.12, содержащий три обратные электрические линии.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

В изобретении описана двигательная установка, содержащая двигательный узел, имеющий первый и второй концы, соединяемый с внешним электрическим устройством рядом с первым концом и содержащий по меньшей мере одну обмотку, проходящую между первым и вторым концами, и обратную электрическую линию, проходящую от второго конца к первому концу и находящуюся у первого конца в электрическом контакте с электрическим соединительным элементом для подачи наложенного вторичного напряжения на внешнее электрическое устройство, причем первый конец двигательного узла оснащен приспособлением для подсоединения источника питания к обмотке двигателя, а второй конец двигательного узла оснащен приспособлением для электрического соединения обмотки двигателя с обратной электрической линией. Предлагается также двигатель,содержащий обмотку, имеющую первый и второй концы и нецелое число витков между первым и вторым концами, и обратную электрическую линию для прохождения тока через двигатель, причем обмотка и обратная электрическая линия имеют прерываемое соединение. Денни Марк Джозеф (GB) Веселицкая И.А., Пивницкая Н.Н.,Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б.,Каксис Р.А., Комарова О.М., Белоусов Ю.В. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БП ЭКСПЛОРЕЙШН ОПЕРЕЙТИНГ КОМПАНИ ЛИМИТЕД (GB) Настоящее изобретение относится к компоновке обмотки двигательной установки, в частности, для погружных электрических двигателей, которые размещаются в подземных скважинах и в которых используется силовой кабель для питания энергией отдельного электрического устройства, расположенного в скважине. Настоящее изобретение, кроме того, относится к электрическому двигателю, который может быть использован в качестве части более крупной двигательной установки. Электрические двигатели широко используются в самых различных промышленных отраслях. В нефтяной промышленности электрические двигатели иногда используются с электрическими погружными насосами (ЭПН) при механизированной добыче флюидов из скважин в тех случаях, когда давления в скважине оказывается недостаточно для самостоятельного подъема флюидов на поверхность. Без этой помощи дебит скважины падает и скважина в конце концов перестает функционировать ("умирает"). Существующие ЭПНы обычно спускаются в скважину на сборной колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), а двигатель, используемый для приведения насоса в действие, крепится под насосом. Силовой кабель крепится на колонне НКТ посредством хомутов и передает электрическую энергию двигателю. Обычно используются трехфазные асинхронные двигатели с электрическим соединением трехфазных обмоток типа "звезда" в нижней части двигателя. Три фазы могут соединяться вместе в нейтральной точке звезды, поскольку они сбалансированы в этой точке. Известно, что два или более двигателя могут быть последовательно соединены друг с другом с целью получения более длинного и мощного двигателя. Для обеспечения этого соединение звездой может быть выполнено как отдельный компонент, подсоединяемый к обмотке самого нижнего двигателя. Каждая фазная обмотка двигателя обычно состоит из ряда "витков", где отдельные витки представляют собой петли или контуры, начинающиеся от конца обмотки, совершающие полный оборот и возвращающиеся в ту же точку. Ясно, что в случае симметричной коммутации обмоток двигателя трехфазные обмотки соединяются друг с другом, образуя звезду на том же конце двигателя, куда подсоединяется силовой кабель. В двигателях, используемых в качестве привода ЭПН, силовой кабель соединяется с обмоткой через концевую муфту в верхней части двигателя, но для реализации последовательного соединения двигателей последний виток обмотки должен обязательно совершать не полный оборот, а пол-оборота. Другими словами, обмотка начинается в верхней части двигателя и оканчивается в его нижней части. Поэтому можно предусмотреть штепсельный разъем на конце каждого двигателя, кроме самого верхнего (у которого сверху находится концевая муфта для подсоединения кабеля), что позволяет последовательно соединить несколько маленьких двигателей, образовав один большой двигатель. Поскольку каждый двигатель имеет три раздельные обмотки (по одной на каждую фазу), в каждом штепсельном разъеме предусматриваются три штырька. Медное кольцо, вставленное в контактное гнездо самого нижнего двигателя, соединяет все три обмотки вместе, электрически образуя соединение звездой. Пример обычной двигательной установки, включающей два двигателя (1, 2), соединенных друг с другом, показан на фиг. 1. На данном чертеже видно, что каждая фазная обмотка содержит 2,5 витка. На практике используется гораздо больше витков. Каждая фазная обмотка (3) первого двигателя (1) соединена с фазной обмоткой (4) второго двигателя (2), так что имеет место последовательное включение фазных обмоток (3, 4). Концы обмоток второго двигателя соединены звездой (5) в нижней части двигательной установки. Силовой кабель соединен с обмотками первого двигателя посредством концевой муфты(не показана). При использовании незаземленных трехфазных двигателей переменного тока (асинхронных или с постоянным магнитом) существует возможность наложения напряжения вторичной цепи на напряжение трехфазной сети питания переменным током без оказания воздействия на работу двигателя или наземной электрической системы. При этом напряжение вторичной цепи остается практически "невидимым" для цепи двигателя. Поэтому можно подсоединить электрический манометр напрямую к медному кольцу (или к нейтральной точке звезды) в основании двигателя. На поверхности вторичное напряжение прикладывается к нейтральной точке звезды трансформатора либо, в случае если трансформатор отсутствует или его вторичные обмотки включены по схеме треугольника, соединение по схеме звезды добавляется специально с целью наложения вторичного напряжения. В эти наземные схемы включаются подходящие фильтры и плавкие предохранители, предотвращающие разбаланс в нейтральной точке звезды, например, в случае короткого замыкания одной из трех фазных обмоток. Следовательно, данная схема может быть использована для подачи на манометр наложенного вторичного напряжения. Эта энергия может передаваться на манометр с поверхности, а манометр может передавать на поверхность электрический сигнал по силовому кабелю двигателя, при этом данный сигнал не влияет на работу двигателя и, наоборот, питание двигателя не влияет на сигнал манометра. Такая схема носит название фантомной цепи и хорошо известна специалистам в области ЭПНов и стационарных скважинных манометров. Стандартная компоновка с ЭПН и манометром показана на фиг. 2. Эта компоновка спускается на сборной колонне НКТ (40). Компоновка включает насос (41), соединенный с колонной НКТ, двигатель(42), установленный под насосом, и манометр (43), установленный под двигателем. К двигателю снаружи подсоединен силовой кабель (44). Стационарные скважинные измерительные системы, в которых силовой кабель двигателя используется для передачи информации на поверхность и подачи питания для манометров, именуются системами"коммуникации через сеть питания" и хорошо известны специалистам в этой области. В последнее время проявляется интерес к размещению насосно-двигательных узлов в скважинах с использованием электромеханического кабеля или гибкой НКТ (ГНКТ), а не сборной колонны НКТ. В подобных компоновках желательно подсоединить силовой кабель непосредственно к верхней части двигателя, а насос расположить под двигателем. Такая компоновка противоположна стандартной и сопряжена с той проблемой, что манометр, работающий по схеме "коммуникации через сеть питания", не может быть подсоединен к обмотке двигателя в нейтральной точке звезды в основании двигателя, если не предусмотрены какие-либо средства передачи механической энергии от двигателя к насосу. Поскольку манометр должен обязательно находиться между двигателем и насосом, вращающийся вал должен проходить через узел этого прибора, чтобы обеспечить передачу вращающего момента от двигателя к насосу. Однако в настоящее время такой конструкции не существует. Кроме того, обычные двигатели содержат, как описывалось выше, n+1/2 витка, что позволяет последовательно соединить несколько двигателей. Такая компоновка требует расположения нейтральной точки звезды и манометра у нижней части двигателя. Известны одиночные двигатели с целым числом витков, используемые в тех случаях, когда требуется только один такой двигатель. Обмотки одиночных двигателей обычно сводятся вместе и закорачиваются на том же конце двигателя, где осуществляется подсоединение кабеля, но данная конструкция препятствует последовательному подсоединению одного или более двигателей для получения более крупного двигателя. Реализация такого последовательного соединения весьма желательна, поскольку оно позволяет создать самые разнообразные двигательные установки, соединяя вместе маленькие двигатели всего нескольких типов, благодаря чему снижается потребность в наличии запасов двигателей в широком диапазоне мощности. Поэтому существует необходимость в двигателе, имеющем конструкцию, в которой устранены вышеуказанные недостатки. Согласно первому аспекту настоящего изобретения двигательная установка включает двигательный узел, имеющий первый конец и второй конец, могущий быть соединенным с внешним электрическим устройством рядом с этим первым концом, и содержащий по меньшей мере одну обмотку, проходящую между первым и вторым концами, и обратную электрическую линию, проходящую от второго конца к первому концу и находящуюся у первого конца в электрическом контакте с электрическим соединительным элементом для подачи наложенного вторичного напряжения на внешнее электрическое устройство,причем первый конец двигательного узла оснащен приспособлением для подсоединения источника питания к обмотке двигателя, а второй конец двигательного узла оснащен приспособлением для электрического соединения обмотки двигателя с обратной электрической линией. Изобретение предусматривает использование электрического устройства, например манометра, работающего по схеме "коммуникации через сеть питания", с двигателем, размещаемым с помощью кабеля, или с двигателем, размещаемым на конце ГНКТ и питаемым энергией через силовой кабель, проложенный вдоль ГНКТ. Это обеспечивается возможностью расположения манометра над двигателем, благодаря чему двигатель может быть подсоединен к насосу, расположенному под ним в непосредственной близости. Кроме того, конструкция, соответствующая настоящему изобретению, обеспечивает эффективное последовательное соединение нескольких двигателей друг с другом, что более подробно обсуждается ниже. Наложенное вторичное напряжение представляет собой вторичное напряжение, налагаемое на основное напряжение питания двигателя. Двигательный узел может содержать три обмотки, каждая из которых проходит от первого конца до второго конца двигательного узла. В этом случае двигательный узел может включать трехфазный двигатель. Приспособление для соединения обмоток с целью получения трехфазного источника питания может быть предусмотрено на первом конце двигательного узла. В альтернативном варианте осуществления двигательный узел может содержать по меньшей мере один однофазный двигатель. В этом случае обмотка двигателя, проходящая между первым и вторым концами двигательного узла, представляет собой первую половину обмотки однофазного двигателя, а двигательный узел содержит, кроме того, вторую половину обмотки однофазного двигателя. Вторая половина обмотки однофазного двигателя имеет то же число витков, что и первая половина. Варианты осуществления изобретения, включающие однофазные двигатели, более подробно описываются ниже. Как правило, обмотка двигателя может содержать нецелое число витков, например n+1/2 (где n - целое число). Под целым витком понимается полный оборот вокруг статора, тогда как половине витка соответствует лишь полоборота. Обратная электрическая линия может представлять собой проводник, например электрический провод. В предпочтительном варианте двигательный узел содержит одну обратную электрическую линию для каждой обмотки из их общей совокупности в двигателе. В этом случае двигательный узел может со-2 020013 держать средство для раздельного подсоединения каждой обмотки к соответствующей обратной электрической линии. Наличие отдельной обратной электрической линии у каждой обмотки двигателя означает, что каждая обратная электрическая линия имеет участок, согласующийся по конфигурации с соответствующей обмоткой двигателя и образующий половину витка этой обмотки. Другими словами, обратная электрическая линия имеет участок, который фактически добавляет последнюю половину витка к обмотке, хотя две половины последнего витка не имеют непрерывного соединения. Поскольку сочетание обмотки и обратной линии фактически приводит к образованию целого числа витков, двигатель имеет улучшенный баланс электрического и магнитного потоков сравнительно с обычными погружными двигательными установками, в которых используется нецелое число витков. Поэтому двигательная установка, соответствующая настоящему изобретению, обладает большим коэффициентом полезного действия,чем какой-либо из обычных погружных двигателей. В одном из вариантов осуществления каждая обратная электрическая линия имеет на первом конце двигательного узла электрический контакт с электрическим соединительным элементом, предназначенным для подачи питания на внешнее электрическое устройство. Электрический соединительный элемент может просто охватывать концы проводников, образующих обратные электрические линии, причем упомянутые концы могут быть соединены друг с другом или с каким-либо проводником типа медного кольца, например, для образования соединения по схеме звезды. В альтернативном варианте осуществления на первом конце двигательного узла может быть предусмотрено несколько электрических соединительных элементов, а каждая из обратных электрических линий находится в электрическом контакте с одним из этих электрических соединительных элементов. В этом случае двигательная установка может дополнительно содержать контактную деталь, например закорачивающее кольцо, разъемным образом подсоединяемое к первому концу двигательного узла. Контактная деталь обеспечивает подсоединение к ней устройства, работающего по схеме "коммуникации через сеть питания", с целью съема наложенного тока для питания этого устройства. Контактная деталь может содержать свои соединительные элементы для электрического подсоединения к соединительным элементам на первом конце двигательного узла, причем каждый из соединительных элементов также находится в электрическом контакте с электрическим проводником, таким как медный элемент, например медное кольцо, внутри контактной детали. В предпочтительном варианте контактная деталь содержит приспособление для подсоединения ее электрического проводника к внешнему электрическому устройству. Вместо отдельных обратных электрических линий для каждой из обмоток двигателя может быть предусмотрена единственная обратная электрическая линия. Приспособление для подсоединения обмоток двигателя к обратной электрической линии может быть модифицировано для электрического подсоединения каждой обмотки двигателя к обратной линии. Например, это приспособление может включать нейтральную точку звезды. Соответственно, если предусматриваются один или более трехфазных двигателей, три фазы оказываются сбалансированными в точке подсоединения обратной электрической линии, так что эта линия не согласуется со схемой обмоток двигателя и не вносит вклада в его работу. Хотя приспособление для подсоединения обмоток двигателя к обратным электрическим линиям может составлять единое целое с двигательным узлом, в предпочтительном варианте это приспособление присоединяется на втором конце двигательного узла разъемным образом. Другими словами, обмотки двигателя и обратные электрические линии имеют прерываемое соединение. Следовательно, в тех описанных ниже случаях, когда двигательный узел состоит из двух или более отдельных двигателей, последовательно соединенных друг с другом, эти отдельные двигатели могут быть идентичными. При этом нет необходимости, чтобы двигатель, завершающий эту последовательность, имел конструкцию, отличную от конструкции других двигателей последовательности, то есть не требуется, чтобы последний двигатель содержал приспособление для подсоединения обмоток двигателя к обратным электрическим линиям. Благодаря этому обеспечивается гибкость при конструировании двигательных установок и уменьшается число различных комплектующих, которые необходимо иметь на складе. Кроме того, поскольку приспособление для подсоединения обмоток двигателя к обратным электрическим линиям является отделяемым, предлагаемая в настоящем изобретении конструкция обладает дополнительным преимуществом, состоящим в совместимости "сверху вниз" с существующими системами, размещаемыми посредством сборных НКТ. Если на нижнем конце двигательного узла вместо приспособления для подсоединения обмоток двигателя к обратным электрическим линиям, соответствующего настоящему изобретению, предусмотрено соединение по схеме звезды, то под двигательной установкой можно обычным образом подсоединить устройство, работающее по схеме "коммуникации через сеть питания", например манометр. В этом случае обратная электрическая линия не используется. Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает то преимущество, что предлагаемая в нем конструкция может быть использована в ситуациях, когда узел, состоящий из двигателя и насоса, размещается посредством электромеханического кабеля, при том, что данная конструкция так же легко применима в обычных ситуациях, когда речь идет о спуске на НКТ. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения обмотка двигателя состоит из двух или более секций с последовательным электрическим соединением. В этом случае обратная электриче-3 020013 ская линия может состоять из нескольких участков с последовательным электрическим соединением из расчета один участок на одну секцию. Каждая последовательно включенная секция обмотки и соответствующий ей участок обратной электрической линии могут представлять собой часть двигателя. В соответствии с этим двигательный узел может состоять из нескольких двигателей с возможностью электрического соединения концов соседних секций обмотки и участков обратной линии. Следовательно, в этом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается двигательная установка, которая не только может быть размещена посредством электромеханического кабеля или ГНКТ и обеспечивает подсоединение внешнего устройства, работающего по схеме "коммуникации через сеть питания", но и может также представлять собой комбинацию из нескольких двигателей, включенных последовательно для получения более крупного двигателя. Двигатели могут быть идентичными, и каждый из них может содержать одну или несколько секций обмотки и один или более участков обратной электрической линии. Электрические соединительные элементы, имеющиеся на двигателе, обеспечивают последовательное электрическое соединение секций обмотки и участков обратной линии одного двигателя с секциями обмотки и участками обратной линии соседнего двигателя. Двигательный узел может содержать один или более асинхронных двигателей либо один или более двигателей с постоянным магнитом. Обмотки статора во всех случаях могут быть одинаковыми. Согласно второму аспекту настоящего изобретения двигатель содержит обмотку, имеющую первый конец и второй конец и нецелое число витков между первым и вторым концами, и обратную электрическую линию для прохождения тока через двигатель, причем обмотка и обратная электрическая линия имеют прерываемое соединение. Двигатель может обладать любыми отличительными признаками отдельных двигателей, описанными выше применительно к первому аспекту настоящего изобретения (обмотка двигателя во втором аспекте соответствует секции обмотки в первом аспекте). Далее, двигательная установка может содержать двигательный узел, включающий двигатель согласно второму аспекту настоящего изобретения либо несколько таких двигателей, соединенных последовательно, причем двигательный узел имеет первый конец и второй конец, а также содержит на своем втором конце присоединяемое к нему, разъемным образом, приспособление для электрического соединения обмотки двигателя с обратной электрической линией соответствующего двигателя. Двигательная установка может обладать любыми отличительными признаками двигательной установки согласно первому аспекту настоящего изобретения. Ниже изобретение описывается только на примерах со ссылкой на приложенные чертежи, на которых представлено: фиг. 1 - схематическое изображение обмоток обычной двигательной установки,фиг. 2 - схематическое изображение стандартной компоновки с ЭПН,фиг. 3 - схематическое изображение компоновки с ЭПН, включающей двигательную установку согласно настоящему изобретению,фиг. 4 - схематическое изображение первого варианта осуществления настоящего изобретения,фиг. 5 - схематическое изображение второго варианта осуществления настоящего изобретения,фиг. 6 - схематическое изображение третьего варианта осуществления настоящего изобретения,фиг. 7 - схематическое изображение четвертого варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 показана компоновка с ЭПН, подвешенная на электромеханическом кабеле (30). Вместо электромеханического кабеля эта компоновка может быть подвешена на гибкой насосно-компрессорной трубе (ГНКТ), вдоль которой проложен электрический кабель для питания двигателя. Данная компоновка включает манометр с электрическим питанием (или другое электрическое устройство) (31), двигательную установку (32) в соответствии с настоящим изобретением и насос (33), расположенный под двигательной установкой. Механическая энергия передается от двигателя к насосу через ротор двигателя. Электрическая энергия передается от электрического кабеля к двигательной установке (32) через три электрических провода, проходящих внутри электрического устройства. На фиг. 4 показана двигательная установка, имеющая двигательный узел, состоящий из двух последовательно соединенных друг с другом двигателей (6, 7), контактную деталь (8), соединенную с первым концом двигательного узла, и приспособление (9), соединенное со вторым концом двигательного узла для подсоединения обмоток двигательного узла к обратным электрическим линиям этого узла. Внешнее электрическое устройство (см. фиг. 3), такое как скважинная контрольно-измерительная система, в частности скважинная контрольно-измерительная система, работающая по схеме "коммуникации через сеть питания", может быть подсоединена у первого конца двигательной установки к контактной детали (8). В процессе эксплуатации двигательная установка размещается таким образом, что первый конец находится над вторым концом, благодаря чему внешнее электрическое устройство располагается над двигательной установкой. Двигатели (6, 7) идентичны друг другу. Поэтому можно последовательно соединить любое число двигателей для образования двигательной установки требуемой мощности. Каждый двигатель (6, 7) имеет три секции (10) обмотки, которые последовательно соединяются с соответствующими секциями (10) обмотки соседнего двигателя для образования трех обмоток, проходящих между первым и вторым кон-4 020013 цами двигательной установки. Двигатели (6, 7) являются трехфазными. У каждой секции (10) обмотки имеются первый электрический соединительный элемент (11) на первом торце (13) соответствующего двигателя, второй электрический соединительный элемент (12) на втором торце (14) соответствующего двигателя и нецелое число витков (15) между двумя соединительными элементами (11, 12), а именноn+1/2, где n - целое число. В данном примере фактически показаны 2,5 витка в каждой секции (10), хотя на практике витков бывает гораздо больше. Каждый двигатель (6, 7) имеет также три участка (16) обратной электрической линии, которые последовательно соединяются с соответствующими участками (16) соседнего двигателя для образования обратной электрической линии, которая проходит между первым и вторым концами двигательного узла. У каждого участка обратной электрической линии имеются первый соединительный элемент (17) на втором торце (14) соответствующего двигателя и второй соединительный элемент (18) на первом торце (13) соответствующего двигателя, а также отрезок проводника (19), согласующийся по конфигурации с витками (15) в секциях обмотки, тем самым образуя последнюю половину витка этой обмотки. Следовательно, каждый из двигателей (6, 7) имеет шесть соединительных элементов (11, 18, 12, 17) на каждом из своих торцов - первом (13) и втором (14). Такое расположение соединительных элементов для секций (10) обмотки и участков (16) обратной электрической линии означает, что можно последовательно соединить друг с другом любое число идентичных двигателей (6, 7) для образования двигательного узла. Можно видеть, что первый торец (13) первого двигателя (6) образует первый конец двигательного узла, а второй торец (14) второго двигателя (7) образует второй конец двигательного узла. Соответственно, вторые соединительные элементы (18) участков (16) обратной электрической линии самого верхнего двигателя (6) представляют собой электрические соединительные элементы на первом конце двигательного узла, используемые для подачи питания на внешнее электрическое устройство. Далее,первые соединительные элементы (11) секций (10) обмотки самого верхнего двигателя (6) обеспечивают соединение трехфазного источника питания (не показан) с тремя обмотками для питания двигательной установки. Три проводника, по которым передается энергия от трехфазного источника питания, могут просто проходить сквозь отверстия в контактной детали (8). В альтернативном варианте питание может подаваться через первый штепсельный разъем на контактную деталь (8), имеющую второй штепсельный разъем для подсоединения к секциям (10) обмотки, а между первым и вторым штепсельными разъемами предусматриваются электрические проводники (изолированные от контактной детали), обеспечивающие электрическое соединение секций (10) обмотки с источником питания. Приспособление (9) предусмотрено на втором конце двигательного узла для электрического соединения обмоток двигателя с обратными электрическими линиями. Приспособление (9) раздельным образом соединяет каждую обмотку двигателя с соответствующей обратной электрической линией. В данном примере оно имеет форму отдельного узла (9), который может быть подсоединен ко второму концу двигательного узла, то есть к последнему двигателю (7) в данной последовательности. Узел (9) имеет три пары соединительных элементов(20), каждый из которых электрически соединен с другим соединительным элементом в своей паре посредством проводника (21), например электрического провода. Таким образом, если двигатели (6, 7) и узел (9) соединены друг с другом, как показано на фиг. 4, то существуют три электрические цепи, проходящие от первых соединительных элементов (11) первого двигателя (6), то есть от соединительных элементов обмотки двигателя на первом конце двигательного узла, до секций (10) через узел (9), подсоединенный на втором конце двигательного узла, и затем обратно к первому концу двигательного узла в виде обратных электрических линий, образованных участками(16) в каждом двигателе (6, 7). Как упоминалось выше, каждая секция (10) обмотки двигателя имеет 2,5 витка, а каждый участок (16) обратной электрической линии включает отрезок (19), согласующийся по конфигурации с секциями (10) обмотки. Хотя этот отрезок (19) участка (16) обратной электрической линии не является непрерывно переходящим в секцию (10) обмотки, будучи подсоединенным, как описывалось выше, через узел (9), он становится последней половиной витка обмотки, благодаря чему фактическое число витков в секции становится целым. Соответственно, данная схема обеспечивает хорошую сбалансированность двигателя, который работает с большим коэффициентом полезного действия сравнительно с обычными двигателями типа, показанного на фиг. 1. Контактная деталь (8), которая в данном варианте осуществления выполнена как соединение по схеме звезды, подсоединена к первому концу двигательного узла. Соединение по схеме звезды представляет собой простой электрический проводник, например медное кольцо, к которому можно подключить три фазы электрической сети. Использование медного кольца для соединения трех фаз по схеме звезды хорошо известно специалистам в данной области. В данной схеме имеется три соединительных элемента(22), соединенных со вторыми соединительными элементами (18) участков (16) обратной электрической линии первого двигателя (6). Еще один соединительный элемент (23) в схеме звезды (8) обеспечивает подключение к последней манометра или другого электрического устройства. В манометре обычно имеются соответствующие электронные элементы, например диоды, позволяющие ему работать от наложенного вторичного напряжения, имеющегося в двигательной установке. Такие электронные элементы хорошо известны специалистам в данной области и не являются предметом настоящего изобретения. Различные соединительные элементы, упоминавшиеся выше, представляют собой, в основном,-5 020013 электрические контакты/штырьки, широко применяемые в электротехнической и электронной областях промышленности. Еще один вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 5. Этот вариант в значительной степени схож, за несколькими исключениями, с вариантом, показанным на фиг. 4. Во-первых,приспособление (9') для подсоединения обмоток двигателя к обратной электрической линии выполнено на втором конце двигательного узла неразъемным образом, в отличие от отдельного узла (9), который подсоединяется к последнему двигателю (7). Соответственно, двигатель (7), завершающий последовательность (второй двигатель в данном примере), несколько отличается от других двигателей последовательности, поскольку он содержит выполненную с ним как единое целое часть (9') для подсоединения обмоток двигателя к обратной электрической линии. Далее, приспособление (9') для подсоединения обмоток двигателя к обратной электрической линии соединяет друг с другом все обмотки двигателя на втором конце двигательного узла. Для этой цели может быть предусмотрено медное кольцо/соединение по схеме звезды. В этом случае предусмотрена лишь одна обратная электрическая линия, потому что каждый двигатель содержит отдельный участок (16') такой линии. Поскольку обратная электрическая линия подсоединяется после точки, где сбалансированы три фазы, участки (16') этой линии не влияют на работу двигателя и не согласуются с секциями (10) обмотки. Наконец, поскольку обмотки двигателя объединены на втором конце двигательного узла, а к первому концу этого узла проходит единственный провод для подачи наложенного вторичного напряжения,то есть единственная обратная электрическая линия (16'), отпадает необходимость в отдельном соединении по схеме звезды в верхней части двигательного узла. Вместо этого, обратная электрическая линия оканчивается на первом конце двигательного узла, то есть на первом торце (13) первого двигателя (6),электрическим соединительным элементом (18'), к которому можно подключить манометр с целью питания последнего. Ниже описываются варианты осуществления настоящего изобретения, включающие в себя однофазные двигатели. Между трехфазными двигателями, описанными выше, и однофазными существует одно различие. Как упоминалось выше, сумма значений токов в трех фазах трехфазного двигателя равна нулю, что позволяет соединить три фазы на первом (фиг. 4) или втором (фиг. 5) конце двигательного узла. После соединения трех фаз сумма значений втекающих и вытекающих токов отдельных фаз, соединенных по схеме звезды, будет равна нулю в нейтральной точке звезды. Соответственно, все, что остается в нейтральной точке после соединения трех фаз, это ток, поданный дополнительно для питания устройства, работающего по схеме "коммуникации через сеть питания". Однофазный двигатель сбалансирован в средней точке электрической обмотки. Следовательно, устройство, работающее по схеме"коммуникации через сеть питания", может питаться через соединение в средней точке электрической обмотки. Принцип настоящего изобретения может быть распространен на однофазные двигатели путем разделения электрической обмотки однофазного двигателя на "первую половину обмотки", соответствующую обмотке двигателя, описанной выше, и дополнительную "вторую половину обмотки" с возможностью соединения первой и второй половин обмотки для образования полной однофазной электрической обмотки. В точке соединения двух половин обмотки осуществляется съем тока для устройства, работающего по схеме "коммуникации через сеть питания". На фиг. 6 показана двигательная установка, содержащая два однофазных двигателя (50, 51). У каждого однофазного двигателя имеется секция (52) обмотки, которая ниже будет именоваться секцией первой половины (52) обмотки, и участок (53) обратной электрической линии. Каждый однофазный двигатель (50, 51) содержит, кроме того, секцию второй половины (54) обмотки и отрезок (55) проводника питания. Секции первой половины обмотки, участки обратной электрической линии, секции второй половины обмотки и отрезки проводника питания последовательно соединяются с соответствующими секциями, участками или отрезками соседнего двигателя. Таким образом, последовательно соединенные секции первой половины (52) обмотки вместе образуют первую половину обмотки, последовательно соединенные секции второй половины (54) обмотки вместе образуют вторую половину обмотки, последовательно соединенные участки (53) обратной электрической линии вместе образуют обратную электрическую линию, а последовательно соединенные отрезки (55) проводника питания вместе образуют проводник питания, причем каждый из образованных компонентов проходит от первого конца двигательного узла до его второго конца. Данная установка также содержит приспособление для соединения первой половины обмотки с обратной электрической линией. Это приспособление может представлять собой отдельный узел (56), схожий с узлом (9), описанным в связи с фиг. 4. Оно может включать пару соединительных элементов, соединенных проводником (57), например электрическим проводом. Приспособление (56) включает второй проводник (58) для соединения второй половины обмотки с проводником питания. Наконец, установка содержит контактный узел (59), к которому можно подсоединить устройство,работающее по схеме "коммуникации через сеть питания", для съема наложенного тока через проводник(63). В этом варианте осуществления контактный узел (59) также электрически соединяет обратную электрическую линию со второй половиной обмотки посредством проводника (60). Соответственно, если приспособление (56) подсоединено на втором конце двигательного узла, то обратная электрическая ли-6 020013 ния в сочетании с проводником (60) обеспечивает электрическую связь первой и второй половин обмотки, тем самым образуя полную обмотку для однофазного двигателя. Контактный узел (59) также содержит электрические соединительные элементы (61) и проводники (62), обеспечивающие подачу однофазного напряжения непосредственно на первую половину обмотки и через проводник питания - на вторую половину обмотки. Можно видеть, что данная компоновка способствует эффективной работе установки с однофазным двигателем, одновременно с этим обеспечивая возможность питания наложенным током устройства, работающего по схеме "коммуникации через сеть питания". В качестве двигательного узла можно использовать комбинацию из нескольких двигателей либо только один двигатель. Устройство, работающее по схеме "коммуникации через сеть питания", например манометр, может быть расположено в верхней части компоновки (то есть на первом конце установки). Данный вариант осуществления настоящего изобретения также обладает упомянутым выше преимуществом совместимости "сверху вниз". Более конкретно, данная установка может быть легко использована в обычных, размещаемых посредством сборных НКТ системах, в которых манометр располагается у нижней части двигательного узла. В этом случае однофазное напряжение прикладывается к первым концам первой и второй половин обмотки, а вторые концы половин обмотки соединяются друг с другом посредством электрического проводника на втором конце двигательного узла. Для съема тока, необходимого для манометра, последний подсоединяется под двигателями к электрическому проводнику. Еще одна установка с однофазным двигателем показана на фиг. 7. В этом варианте осуществления однофазное напряжение прикладывается непосредственно ко второй половине (54) обмотки без использования проводника питания (55), который в этом случае отсутствует. Приспособление (56') для соединения первой половины (52) обмотки с обратной электрической линией (53) также соединяет первую (52) и вторую (54) половины обмотки. Соответственно, обратная электрическая линия (53) может подсоединяться непосредственно к устройству, работающему по схеме "коммуникации через сеть питания". Для специалиста в данной области будут очевидны альтернативные варианты осуществления и модификации в пределах объема настоящего изобретения. Например, соединение по схеме звезды (8), описанное в связи с фиг. 4, может быть выполнено как одно целое с первым двигателем (6), и в этом случае первый двигатель (6) будет иметь конструкцию, несколько отличную от конструкции других двигателей(7) в данной последовательности. Кроме того, самый нижний двигатель (7) на фиг. 5 может быть идентичным верхнему двигателю (6), и в этом случае приспособление, например медное кольцо, может разъемным образом подсоединяться на втором конце двигательного узла, электрически связывая обмотки двигателя с обратной электрической линией. Далее, можно предусмотреть последовательное соединение,включающее другое количество двигателей с другими количествами обмоток/обратных электрических линий. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Двигательная установка, содержащая двигательный узел, имеющий первый и второй концы и возможность соединения с внешним электрическим устройством со стороны указанного первого конца и содержащий по меньшей мере одну обмотку двигателя, проходящую между первым и вторым концами, и обратную электрическую линию, проходящую от второго конца к первому концу и находящуюся у первого конца в электрическом контакте с электрическим соединительным элементом для подачи наложенного вторичного напряжения на внешнее электрическое устройство, причем первый конец двигательного узла оснащен приспособлением для подсоединения источника питания к обмотке двигателя, а второй конец двигательного узла оснащен приспособлением для электрического соединения обмотки двигателя с обратной электрической линией. 2. Установка по п.1, в которой имеется три обмотки, каждая из которых проходит от первого конца до второго конца двигательного узла. 3. Установка по п.2, в которой двигательный узел имеет одну обратную электрическую линию для каждой обмотки двигателя и при этом каждая обмотка электрически соединена с соответствующей обратной электрической линией посредством приспособления, обеспечивающего подсоединение обмотки двигателя к обратной электрической линии. 4. Установка по п.3, в которой каждая обратная электрическая линия имеет на первом конце двигательного узла электрический контакт с отдельным электрическим соединительным элементом, предназначенным для подачи питания на внешнее электрическое устройство. 5. Установка по п.4, дополнительно содержащая контактную деталь, разъемным образом подсоединяемую к первому концу двигательного узла посредством упомянутых соединительных элементов на первом конце двигательного узла для сложения токов обратных электрических линий и включающую также приспособление для электрического соединения с внешним электрическим устройством для подачи питания на это устройство. 6. Установка по п.1, в которой двигательный узел содержит по меньшей мере один однофазный двигатель. 7. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой приспособление для подсоединения обмотки(ок) двигателя к обратной(ым) электрической(им) линии(ям) разъемным образом присоединено на втором конце двигательного узла, так что соединение обмотки(ок) двигателя и обратной(ых) электрической(их) линии(ий) не является непрерывным. 8. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой одна или каждая обмотка двигателя содержит несколько последовательно электрически соединенных секций обмотки и одна или каждая обратная электрическая линия содержит соответствующее число последовательно электрически соединенных участков, причем каждая секция обмотки в последовательности и соответствующий ей участок обратной электрической линии представляют собой часть двигателя. 9. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой обмотка двигателя содержит нецелое число витков, такое как n+1/2 витков, где n - целое число. 10. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой обратная электрическая линия имеет участок, согласующийся по конфигурации с обмоткой двигателя и образующий половину витка этой обмотки. 11. Двигатель, содержащий обмотку, имеющую первый и второй концы и нецелое число витков между этими первым и вторым концами, и обратную электрическую линию для прохождения тока через двигатель, причем обмотка и обратная электрическая линия имеют прерываемое соединение. 12. Двигатель по п.11, содержащий три обмотки. 13. Двигатель по п.12, содержащий три обратные электрические линии.

МПК / Метки

МПК: H02K 5/22, E21B 43/12, H02K 3/28, H02K 11/00

Метки: установка, двигательная

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-20013-dvigatelnaya-ustanovka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Двигательная установка</a>

Похожие патенты