Патент на изобретение №2309298

(54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ И “СУХОГО ХОДА” ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электродвигателей погружных электронасосов от исчезновения воды в скважине. Технический результат заключается в повышении надежности защиты электродвигателей погружных электронасосов при исчезновении воды в скважине. Для этого устройство содержит три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, потенциометр, RC-цепь с диодом, первый компаратор, элемент индикации и выходное реле, также введены два компаратора, трансформатор тока, подключенный к одной из фаз сети, один выход которого соединен с общей шиной, другой подключен к инвертирующему входу второго компаратора, инвертирующий вход третьего компаратора подключен к фазному проводу той же фазы, выход второго компаратора соединен с первым входом логических элементов (ЛЭ) 2И и 2И-НЕ, выход ЛЭ 2И-НЕ соединяется с вторым входом ЛЭ 2И, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора, к выходу которого присоединен один вывод ключа, второй вывод ключа присоединен к резистору, резистор также подключен к конденсатору и не инвертирующему входу повторителя, инвертирующий вход и выход которого соединены в общую точку, которая соединяется с вторым входом логического элемента ИЛИ и вторым RS-триггером, к выходу которого подключен второй элемент индикации. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электродвигателей погружных электронасосов от исчезновения воды в скважине.

Известно устройство защиты погружного электронасоса от «сухого хода» [1], содержащее датчик «сухого хода» с замыкающими контактами, реле постоянного тока, первая пара размыкающих контактов которого включена в цепь питания катушки магнитного пускателя, понижающий трансформатор, выпрямительный мост, цепь управления реле постоянного тока подключена к выходу выпрямительного моста, при этом параллельно входу выпрямительного моста подключена последовательная цепь из второй пары размыкающих контактов реле постоянного тока и замыкающих контактов датчика «сухого хода», вход выпрямительного моста через гасящий резистор подключен к вторичной обмотке понижающего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к сети.

Недостатком данного устройства является низкая надежность водоснабжения при обрыве провода, идущего к датчику «сухого хода», так как в этом случае электродвигатель невозможно включить.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и «сухого хода» [2], содержащее три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока, потенциометр, подключенный к выводам трехфазного двухполупериодного выпрямителя, первую RC-цепь с диодом, первый вывод резистора, зашунтированного диодом, точку соединения второго вывода резистора и первого вывода конденсатора, которые подключены соответственно к регулируемому выводу потенциометра и инвертирующему входу первого компаратора, два элемента индикации и выходное реле, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, силовые контакты которого включены в фазы питающей сети, один из выходов трехфазного двухполупериодного выпрямителя и второй вывод конденсатора первой RC-цепи подключены к общей шине, второй компаратор, вторую, аналогичную первой, RC-цепь с диодом, подключенную между регулируемым выводом потенциометра и инвертирующим входом второго компаратора, третью RC-цепь, резистор которой подключен к регулируемому выводу упомянутого потенциометра, параметрический стабилизатор, входы которого подключены параллельно конденсатору третьей RC-цепи, первый и второй RS-триггеры и логические элементы ИЛИ и НЕ, при этом не инвертирующий вход второго компаратора подключен к выходу параметрического стабилизатора, вход логического элемента НЕ соединен с выходом второго компаратора, выходы первого компаратора и логического элемента НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами логического элемента ИЛИ и входами первого и второго RS-триггеров, к входу каждого из которых подключен элемент индикации, к выходу логического элемента ИЛИ подключено выходное реле, самоудерживающееся своим замыкающим контактом.

Недостатком является низкая надежность для погружных электродвигателей с большим током холостого хода.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности защиты электродвигателей погружных электронасосов при исчезновении воды в скважине.

Для достижения этого технического результата в устройстве защиты от перегрузки и «сухого хода» электродвигателя погружного электронасоса, содержащем три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока, потенциометр, подключенный к выходам трехфазного двухполупериодного выпрямителя, RC-цепь с диодом, первый вывод резистора, зашунтированного диодом, точку соединения второго вывода резистора и первого вывода конденсатора, которые подключены соответственно к регулируемому выводу потенциометра и инвертирующему входу первого компаратора, элемент индикации и выходное реле, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, силовые контакты которого включены в фазы питающей сети, один из выходов трехфазного двухполупериодного выпрямителя и второй вывод конденсатора RC-цепи подключены к общей шине, в устройство дополнительно введены два компаратора, трансформатор тока, подключенный к одной из фаз сети, один выход соединен с общей шиной, другой подключен к входу второго компаратора, вход третьего компаратора подключен к фазному проводу той же фазы, выход второго компаратора соединен с первым входом логических элементов 2И и 2И-НЕ, выход третьего компаратора подключен ко второму входу логического элемента 2И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом логического элемента 2И, выход которого соединен с входом интегратора, к выходу которого присоединен один вывод ключа, второй вывод ключа присоединен к резистору, резистор также подключен к конденсатору и не инвертирующему входу повторителя, инвертирующий вход и выход которого соединены в общую точку, которая соединяется с вторым входом логического элемента ИЛИ и вторым RS-триггером, к выходу которого подключен второй элемент индикации.

Изобретение поясняется двумя чертежами. На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства. На фиг.2 показана диаграмма работы устройства.

Устройство содержит три трансформатора тока 1, устанавливаемые в фазы питающей сети, и трансформатор тока 2, устанавливаемый в одну из фаз питающей сети, коммутируемый силовыми контактами 3 исполнительного органа, электродвигатель 4. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель 5, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока 1. Потенциометр 6 подключен к выходам трехфазного двухполупериодного выпрямителя 5, RC-цепь с диодом 7 и резистором 8, первый вывод которого зашунтирован диодом 7, и точка соединения второго вывода резистора 8 и первого вывода конденсатора 9 подключены соответственно к регулируемому выводу потенциометра 6 и входу первого компаратора 10, выход которого соединен с входом RS-триггера 11, к выходу которого подключен элемент индикации 12. Выход первого, компаратора 10 соединен с первым входом элемента ИЛИ 13. Выход логического элемента ИЛИ 13 соединен с выходом реле 14, которое самоудерживается своим замыкающим контактом 15. Другой вход выходного реле 14 соединен с общей шиной. Выход замыкающего контакта 15 подключен к плюсу питания. Контакт выходного реле 14 включен в цепь управления исполнительного органа, силовые контакты 3 которого включены в фазы питающей сети. Один из выходов трехфазного двухполупериодного выпрямителя 5 и второй вывод конденсатора 9 первой RC-цепи подключены к общей шине. Второй компаратор 16 подключен к трансформатору тока 2, третий компаратор 17 подключен к фазному проводу 18 той же фазы. Выход компаратора 16 соединен с первыми входами логических элементов 19 и 20. Выход компаратора 17 подключен к второму входу элемента 20, с выхода которого сигнал поступает на второй вход логического элемента 19 выход которого, через резистор 21 подключен к интегратору 22. Параллельно инвертирующему входу и выходу интегратора 22 подключен конденсатор 23 и ключ 24, не инвертирующий вход интегратора 22 соединен с общей шиной. К выходу интегратора 22 подходит аналоговая ячейка памяти, входом которой является ключ 25, резистор 26 соединен одним концом с ключом 25, а вторым с входом конденсатора 27 и не инвертирующим входом повторителя 28, выход конденсатора 27 соединен с общей шиной, инвертирующий вход и выход повторителя 28 соединены в общую точку, которая и является выходом аналоговой ячейки памяти. К нему присоединены второй вход логического элемента ИЛИ 13 и вход RS-триггера 29, к выходу которого подключен элемент индикации 30.

Устройство работает следующим образом.

После замыкания силовых контактов 3 исполнительного органа по обмоткам электродвигателя 4 и трансформаторов тока 1 и 2 протекает ток. Напряжение с вторичных обмоток трансформаторов тока 1 поступает на выпрямительный мост 5. С его выхода выпрямленное напряжение прикладывается к потенциометру 6. С потенциометра 6 через RC-цепь, резистор 8 – конденсатор 9, часть напряжения, пропорционального току нагрузки, прикладывается к инвертирующему входу первого компаратора 10. Одновременно с трансформатора тока 2 и фазного провода 18 подается ток и фазное напряжение соответственно на инвертирующие входы компараторов 16 и 17.

При номинальном токе нагрузки напряжение на инвертирующем входе первого компаратора 10 меньше, чем на его не инвертирующем входе, поэтому на выходе первого компаратора 10 напряжение отсутствует.

Ток и напряжение (кривые 1 и 2, фиг.2) подаются на компараторы 16 и 17, с помощью которых получают прямоугольные импульсы (кривые 3 и 4, фиг.2). Логические элементы 19 и 20 преобразуют два входных сигнала в прямоугольные импульсы, ширина которых пропорциональна углу сдвига фаз между током и напряжением (кривая 5, фиг.2). С помощью интегратора 22 происходит интегрирование полученных импульсов (кривая 6, фиг.2), а аналоговая ячейка памяти, выполненная на повторителе 28, осуществляет изменение напряжения (кривая 7, фиг.2). Устройство работает при изменении угла от 0 до 90°. При наличии воды в скважине на выходное реле 14 подается напряжение, недостаточное для его срабатывания.

При перегрузках электродвигателя по току через выдержку времени, определяемую параметрами RC-цепи резистор 8 – конденсатор 9, на не инвертирующем входе первого компаратора 10 напряжение превышает потенциал входа, на выходе первого компаратора 10 – «1», переключающая RS-триггер 11 в единичное состояние, сигнализируя с помощью лампы 12 о перегрузке. Одновременно на выходе элемента ИЛИ 13 – «1», включающая выходное реле 14, которое контактом 15 удерживается в сработанном состоянии и воздействует на исполнительный орган, отключая электродвигатель 4.

При исчезновении воды в скважине происходит резкое уменьшение реактивной составляющей фазного тока, тем самым изменяется (увеличивается) угол между током и напряжением, вследствие чего через интегратор подается большее напряжение, что приводит к срабатыванию выходного реле 14, которое контактом 15 удерживается в сработанном состоянии и воздействует на исполнительный орган, отключая электродвигатель 4. Одновременно срабатывает RS-триггер 29, включая элемент индикации 30, свидетельствующий о возникновении «сухого хода».

Источники информации

1. Патент РФ №2184414, Н02Н 7/08, 7/093, 2002, Б №18 (II ч).

2. А.с. СССР №1359840, Н02Н 3/08, 3/12, 1987, Б №46 – прототип.

Формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и «сухого хода», содержащее три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока, потенциометр, подключенный к выходам трехфазного двухполупериодного выпрямителя, первую RC-цепь с диодом, первый вывод резистора, зашунтированного диодом, и точку соединения второго вывода резистора и первого вывода конденсатора, которые подключены соответственно к регулируемому выводу потенциометра и входу первого компаратора, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ и с первым RS-триггером, к выходу которого подключен элемент индикации, выход логического элемента ИЛИ соединен с выходным реле, контакты которого включены в цепь управления исполнительного органа, силовые контакты которого включены в фазы питающей сети, после замыкания силовых контактов исполнительного органа по обмоткам электродвигателя и трансформаторов тока протекает ток, один из выходов трехфазного двухполупериодного выпрямителя и второй вывод конденсатора первой RC-цепи подключены к общей шине, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два компаратора, трансформатор тока, подключенный к одной из фаз сети, один выход соединен с общей шиной, другой подключен к входу второго компаратора, вход третьего компаратора подключен к фазному проводу той же фазы, выход второго компаратора соединен с первым входом логических элементов 2И и 2И-НЕ, выход третьего компаратора подключен ко второму входу логического элемента 2И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом логического элемента 2И, выход которого соединен с входом интегратора, к выходу которого присоединен один вывод ключа, второй вывод ключа присоединен к резистору, резистор также подключен к конденсатору и неинвертирующему входу повторителя, инвертирующий вход и выход которого соединены в общую точку, которая соединяется с вторым входом логического элемента ИЛИ и вторым RS-триггером, к выходу которого подключен второй элемент индикации.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.09.2007

Извещение опубликовано: 10.05.2009 БИ: 13/2009