УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫМ АГРЕГАТОМ Российский патент 2012 года по МПК E03B11/16 F04D15/00 

Изобретение относится к водоподъемным башенным установкам с забором воды из подземных водоисточников скважинного типа, которые оборудованы погружными насосными агрегатами.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение надежности работы электронасосного агрегата. Известны аппаратура и схемы управления насосными установками с водонапорными башнями, которые с целью автоматизации водоснабжения оборудованы двухпозиционными датчиками уровня. Тем самым обеспечивается возможность автоматического включения-отключения насосного агрегата по уровням воды в водонапорной башне. На сельскохозяйственных объектах применяются станции управления ШЭТ, «Каскад» и их модификации [1]. Однако надежность средств управления насосными установками недостаточна, что объясняется восприимчивостью электродных датчиков к воздействию условий окружающей среды. При этом возможны обрывы проводов, соединяющих датчики с элементами принципиальной электрической схемы.

В случае обрыва провода от SL1 (верхний уровень) происходит так называемый «перелив», когда электродвигатель насоса не отключается при заполнении водонапорной башни до верхнего уровня.

В случае обрыва провода от SL2 (нижний уровень) происходит следующее: электронасос включается и работает до тех пор, пока вода в резервуаре не достигнет верхнего уровня (электрода датчика SL1). На вход второй схемы элемента Т5 поступает сигнал логической единицы, в результате обесточится реле KV1 и отключится насос. Цепь управления окажется подготовленной для повторного включения его при снижении уровня воды ниже электрода датчика SL2. А поскольку имеется обрыв провода от SL2, это приводит по истечении установленной ранее выдержки времени (выбираемой с учетом селективного включения нескольких агрегатов) к повторному включению электронасоса без снижения уровня воды в водонапорной башне. Как известно, диапазон регулирования выдержки времени у Т-303 составляет 1-10 с. В дальнейшем указанные «циклы» повторяются с указанной периодичностью по времени, что недопустимо [2], поскольку это вызывает повышенный износ силовых контактов магнитного пускателя и перегрев его катушки, а также перегрев статорной обмотки погружного асинхронного двигателя и, как следствие, перегорание обмотки электродвигателя от пусковых токов и выход из строя трехфазного электродвигателя насосного агрегата.

Цель изобретения - повышение надежности устройства управления электронасосным агрегатом за счет применения защиты электродвигателя от аварийного режима работы при обрыве контрольного провода, соединяющего датчик нижнего уровня и схему управления.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическую цепь управления включением электродвигателя введены: схема совпадения «И» с последовательно подключенным к выходу схемы третьим инвертором и JK-триггер, вход К триггера соединен с датчиком верхнего уровня (ВУ) через его элемент согласования сигнала датчика и первым входом введенной схемы совпадения, а вход J триггера соединен со вторым входом схемы совпадения и с выходом второго инвертора, а выход JK-триггера Q подключен к входу второго усилителя реле управления, а выход введенного инвертора подключен ко второму входу первого усилителя реле защиты.

На фигуре представлена электрическая схема устройства для автоматического управления электронасосным агрегатом.

Устройство содержит автоматический выключатель 1, вход которого подключен к трехфазной электрической сети, магнитный пускатель 2, подключающий электронасос через автоматический выключатель к сети, реле защиты 3, катушка которого подключена к выходу первого усилителя 4, обеспечивающий электропитание реле, усилителей и логических элементов понижающий трансформатор 5, первичная обмотка которого началом подключена к выходу автоматического выключателя, конец этой обмотки заземлен, блок питания 6, который подключен к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора 5. Датчики верхнего 7, нижнего 8 уровней воды и датчик «сухого хода» 9. Одним концом эти датчики соединены с заземленным началом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора. Элементы согласования сигналов (10, 11, 12, 13) каждого из датчиков выполнены на дискретных электрорадиоэлементах и обеспечивают согласование сигналов, поступающих от датчиков на логические элементы ИМ-типа ТТЛ (например, К155). Эти связи выполнены определенным образом. Устройство содержит JK-триггер 14 и три инвертора (15, 16, 17). Датчик верхнего уровня 7 (ВУ) через элементы согласования сигналов соединен с входом К JK-триггера 14, датчик нижнего уровня 8 (НУ) через элементы согласования сигналов соединен с инвертором 15. Выход этого инвертора соединен с входом J этого триггера. Датчик «сухой ход» 9 через свои элементы согласования сигналов соединен с входом инвертора 16. Контакты элементов согласования сигналов каждого из датчиков (10, 11, 12, 13) соединены с концом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора 5, а вторые контакты элементов согласования сигналов датчиков соединены соответственно с вторыми контактами датчиков.

Выход инвертора 16 подключен к первому входу усилителя 4, выход инвертора 17 подключен ко второму входу усилителя 4. Вход инвертора 17 подключен к выходу схемы совпадения «И» 18, первый вход которой соединен с входом J JK-триггера, а второй вход - с входом К JK-триггера.

Устройство содержит второй усилитель (19) и второе реле (20). Выход Q JK-триггера соединен с входом усилителя 19. Катушка реле управления 20 через последовательно соединенные контакты тумблера выбора режима 21 (А-М) и контакт 22 (НЗ) реле защиты подключена к выходу второго усилителя 19. Катушка пускателя 2 последовательно соединена с замыкающим (НО) контактом 23 реле управления 20 и подключена параллельно первичной обмотке понижающего трансформатора 5. Силовые контакты 24 пускателя 2 введены в силовую цепь электронасоса 25. Тумблер 26 используется в режиме наладки и соединен с тумблером 21.

Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом работает следующим образом.

Устройство включается в работу автоматическим выключателем 1, подающим напряжение трехфазной сети 380 В на силовые контакты 24 магнитного пускателя 2, управляющего работой погружного насоса 25. Если в водонапорной башне нет воды, но уровень воды в скважине выше электрода датчика сухого хода 9 (который при нормальном режиме работы всегда погружен в воду), то на входе К (верхний уровень) триггера 14 сигнал отсутствует (логический нуль), а на входе J (нижний уровень) он равен логической единице; в этом случае на выходе Q JK-триггера сигнал будет равен логической единице. Этот сигнал подается на усилитель 19, усиливается и вызывает срабатывание электромагнитного реле 20, включающего своим контактом 23 магнитный пускатель 2. Электронасос 25 включается и по мере заполнения водонапорной башни датчик нижнего уровня 8 будет погружаться в воду.

Соответственно, на входе J (нижний уровень) сигнал исчезнет и станет равным логическому нулю, то есть одновременно на обоих входах J и К (верхний уровень) напряжение низкого уровня. А поскольку в этом случае состояние JK-триггера [3] сохраняется, то и далее будет происходить заполнение водонапорной башни водой до момента достижения верхнего уровня. При замыкании электродов датчика 7 на входе К триггера 14 появится сигнал логической единицы, а на выходе Q при этом произойдет смена логической единицы на сигнал логического нуля, что приведет к отключению электронасоса. При снижении уровня воды в процессе ее разбора ниже датчика 7 на входе К - «0» лог., а ниже датчика 8 на входе J - «1» лог., триггер 14 при этом изменит свое состояние и на выходе Q появится сигнал логической единицы, что приведет к включению электронасоса, как это было описано выше.

В случае аварийного режима, т.е. когда происходит обрыв провода от датчика нижнего уровня, независимо от повышения уровня воды в башне на вход J триггера 14 поступает ложный сигнал логической единицы (то есть уровень воды ниже датчика 8).

По достижении верхнего уровня воды в башне, когда замыкаются электроды датчика 7, на входе К триггера 14 появляется сигнал логической единицы. JK-триггер в этом случае изменит свое состояние. На выходе Q появится сигнал логического нуля и в результате электронасос 25 отключится. При разборе воды из водонапорной башни состояние датчика 7 верхнего уровня будет некоторое время замкнутым и с входов J и К триггера на каждый вход элемента 18 «И» будут поступать сигналы логической единицы. В итоге на выходе элемента 18 «И» включится светодиод, сигнализирующий об обрыве провода датчика нижнего уровня, а на выходе инвертора 17 сигнал логической единицы усиливается элементом 4 и включает реле 3, которое самоблокируется своим замыкающимся контактом 27, а размыкающимся контактом 22 размыкает цепь управления реле 20 включением электронасоса и тем самым предотвращает дальнейшее развитие аварийного режима, связанного с последствиями при обрыве провода от датчика нижнего уровня, как это происходит в устройстве, являющемся прототипом предлагаемого.

Состояние JK-триггера в зависимости от сигналов, поступающих от датчиков уровня воды согласно описанию, приведенному выше, отражено в таблице.

Уровень воды J (НУ) к (ВУ) Q Состояние электронасоса 1 2 3 4 5 6 Ниже датчика НУ 1 0 1 0 Включен Выше датчика НУ 0 0 1 0 Включен Достигает датчика ВУ 0 1 0 1 Отключен Идет разбор воды 0 0 0 1 Отключен Обрыв провода датчика НУ 1 0 1 0 Включен Достигает датчика ВУ (при оборванном проводе датчика НУ) 1 1 0 1 Отключен и дальнейшее включение заблокировано

После восстановления целостности провода в месте обрыва JK-триггер и вся схема управления в целом будут функционировать в нормальном режиме согласно заложенному алгоритму.

Защита насосного агрегата от коротких замыканий в обмотках электродвигателя и в питающих его проводах осуществляется автоматом 1, электромагнитная уставка по току которого выше значения пускового тока электродвигателя насоса.

Если в процессе работы насосного агрегата уровень воды в скважине станет ниже электрода датчика 9 (датчик «сухого хода») электродвигатель необходимо отключить, так как без охлаждения движущейся водой его статорная обмотка перегреется и выйдет из строя. Чтобы этого перегрева не произошло, предусмотрена защита от «сухого хода». При размыкании электродов датчика 9 на инвертор 16 поступает сигнал логического нуля и включит светодиод, а с инвертора на усилитель 4 поступит сигнал логической единицы. При этом включается реле защиты 3, которое своими контактами 27 самоблокируется, а контактами 22 размыкает цепь реле 20, которое в свою очередь контактами 23, включенными последовательно с катушкой магнитного пускателя 2, отключает электронасос 25 контактами 24 магнитного пускателя 2.

Источники информации

1. Маныкин А.Н., Булыга И.Ф. Автоматизация процессов водоснабжения в сельском хозяйстве. - Минск, «Ураджай» 1988, с.41-44, рис.5.4, с.47-50, рис.5.5.

2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утв. Мин-вом энергетики РФ 13.01.03, ввод. в действие с 01.07.2003, Москва, пункт 2.5.12.

3. Димитрова М.И., Пунугиев В.П. 33 схемы на триггерах. Пер. с болг. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1990, с.26-28.

4. Авт.св. SU 1413203 A1, Е03В 11/16.

Изобретение относится к водоподъемным башенным установкам с насосными агрегатами. Устройство автоматического управления электронасосным агрегатом содержит автоматический выключатель, магнитный пускатель, два усилителя, реле защиты, понижающий трансформатор, блок питания, датчики верхнего и нижнего уровня воды, датчик «сухого хода», реле управления, три инвертора и JK-триггер. Катушка реле защиты подключена к выходу первого усилителя. Первичная обмотка понижающего трансформатора началом подключена к выходу автоматического выключателя. Блок питания подключен к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора и обеспечивает электропитание реле, усилителей и логических элементов. Датчики верхнего, нижнего уровней воды и «сухого хода» соединены одним концом с заземленным началом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора. Третий инвертор последовательно подключен к выходу дополнительной схемы совпадения. Вход К триггера соединен с датчиком верхнего уровня и с первым входом схемы совпадения. Вход J триггера соединен с вторым входом схемы совпадения и с выходом второго инвертора. Выход Q триггера соединен с входом второго усилителя реле управления. Обеспечивается надежное отключение электродвигателя погружного насоса в случае обрыва провода от датчика нижнего уровня. 1 ил., 1 табл.

Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом, содержащее автоматический выключатель, вход которого подключен к трехфазной электрической сети, магнитный пускатель, подключающий электронасос через автоматический выключатель к сети, два усилителя, реле защиты, катушка которого подключена к выходу первого усилителя, понижающий трансформатор, первичная обмотка которого началом подключена к выходу автоматического выключателя, конец этой обмотки заземлен, блок питания, подключенный к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора и обеспечивающий электропитание реле, усилителей и логических элементов, датчики верхнего, нижнего уровней воды и «сухого хода», соединенные одним концом с заземленным началом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора, элементы согласования сигналов каждого из датчиков, общий контакт которых соединен с концом этой вторичной обмотки понижающего трансформатора, а вторые контакты элементов согласования сигналов датчиков соединены соответственно с вторыми контактами датчиков, два инвертора, датчик «сухого хода» через свой элемент согласования сигнала подключен к входу первого инвертора, а выход этого инвертора подключен к первому входу усилителя реле защиты, датчик нижнего уровня через его элемент согласования сигнала датчика соединен с входом второго инвертора, реле управления, катушка которого через последовательно соединенные контакты тумблера для наладки и размыкающий контакт реле защиты подключена к выходу второго усилителя, а замыкающие контакты реле управления, последовательно соединенные с катушкой магнитного пускателя, подключены параллельно первичной обмотке понижающего трансформатора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены схема совпадения «И» с последовательно подключенным к выходу схемы совпадения третьим инвертором, причем выход этого инвертора подключен к второму входу первого усилителя реле защиты, и JK-триггер, причем вход K триггера соединен с датчиком верхнего уровня через его элемент согласования сигнала датчика и с первым входом введенной схемы совпадения, а вход J триггера соединен со вторым входом схемы совпадения и с выходом второго инвертора, а выход Q триггера соединен с входом второго усилителя реле управления.