Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 H02H3/16 H02H5/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от анормальных режимов погружных электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи нефти или откачки воды из скважин.

Целью изобретения является повыщение точности тепловой защиты электродвигателя путем исключения влияния сопротивления изоляции на измерение температуры нагрева обмоток.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема технической реализации устройства.

Устройство содержит датчик 1 температуры, диод 2, фильтр 3 нижних частот, источник 4 напряжения с выходом средней точки, переключатель 5 полярности, состоящий из генератора 6 прямоугольных импульсов, первого 7 и второго 8 ключей, измеритель 9 сопротивления, сумматор 10, третий 11, четвертый 12 и пятый 13 ключи, первый 14 и второй 15 элементы памяти, первый 16 и второй 17 узлы сравнения.

Датчик 1 температуры установлен вблизи обмотки 18 электродвигателя и подключен последовательно с диодом 2 между нулевой точкой обмотки 18 и заземленным корпусом электродвигателя. Выходы ключей 7 и 8 в переключателе 5 полярности соединены между собой и через фильтр 3 нижних частот

которых обеспечиваются наибольщая надежность устройства.

В этом случае роль измерителя 9 сопротивления выполняет операционный усилитель. Сумматор 10 включает узел 20 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 21, п-разрядный сдвиговый регистр 22 с линейной обратной связью (п-разряд - младщий), две группы элементов И 23 и 24, генератор 25 тактовых импульсов, элемент 2-2И-

10 ИЛИ 26, первый 27 и второй 28 элементы, реверсивный счетчик 29, первый коммутатор 30. Роль памятей выполняют регистры 14 и 15, роль ключей 11 и 12 - элементы, обеспечивающие запись (вход V) в регистры 14 и 15, пятый ключ 13 выполнен на элементе

2-2И- ИЛИ , узлы 16 и 17 сравнения представляют собой цифровые схемы сравнения. Память 14 включает также коммутатор 31.

Устройство работает следующим образом.

При появлении положительного импуль- 20 са на прямом выходе генератора 6 импульсов открываются первый 7 и третий 11 ключи и по цепи: положительный полюс источника 4 напряжения, фильтр 3 нижних частот, вторичная обмотка трансформатора ,19, обмотка статора электродвигателя 18, сопротивление изоляции RMS, заземленный корпус электродвигателя, заземленная щина измерителя 9 сопротивлений, вход измерителя 9, вывод средней точки источника 4 - проходит ток, который вызывает появление на выходе

25

подключены к нулевой точке трансформато- измерителя 9 напряжения +U,o, пропорционального проводимости изоляции. Значение напряжения UHS. повторяется на выходе сумматора 10, поскольку четвертый 12 и пятый 13 ключи закрыты и на втором входе сумматора 10 сигнал отсутствует. Сигнал с выхода сумматора 10 заносится в память 14 через открытый третий ключ 11 и сравнивается в узле 16 с сигналом уставки срабаты- ваИия при предельных значениях сопротивле35

ра 19.

Выводы полюсов источника 4 напряжения присоединены к входам ключей 7 и 8, а выводы средней точки источника 4 соединены с входом измерителя 9 сопротивления, общая 1нина которого заземлена.

Выход измерителя 9 соединен с первым входом сумматора 10, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа 13. Выход сумматора 10 подключен к соединенным между собой входам третьего 11 и четвертого 12 ключей, выходы которых соединены с соот- до ветствующими входами 14 и 15 памяти, выходы которых соединены с первыми входами узлов 16 и 17 сравнения, вторые входы которых подключены к задатчикам предельных значений сопротивления изоляции и температуры, а выходы - к исполнительным 45 механизмам. Вход пятого ключа 13 соединен с выходом 14 первой памяти. Управляющие входы четвертого 12 и пятого 13 ключей соединены с управляющим входом второго ключа 8, соединенного с инверсным выходом генератора 6 импульсов, а управ- 0 ляющий вход третьего ключа 11 соединен с управляющим входом первого ключа 7, соединенного с прямым выходом генератора 6 импульсов.

В основу одного из примеров техниче- 55 ской реализации предложенного устройства (фиг. 2) положены методы нсевдостохасти- ческого кодирования сигналов, с помощью

ния изоляции.

При появлении положительного импульса на инверсном выходе генератора 6 импульсов открываются второй 8, четвертый 12 и пятый 13 ключи и по цепи: отрицательный полюс источника 4 напряжения, фильтр 3 нижних частот, вторичная обмотка трансформатора 19, обмотка статора электродвигателя 18, сопротивление изоляции .Йиз, диод 2, датчик 1 температуры, корпус электродвигателя, заземленная щина и вход измерителя 9, вывод средней точки источника 4 - проходит ток, который вызывает появление на выходе измерителя 9 сопротивлений напряжения (Uws-f UT), модуль которого пропорционален сумме проводимой изоляции и датчика температуры. Сигнал с выхода измерителя 9 поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которого через открытый пятый ключ 13 поступает с выхода памяти 14 сигнал, соответствующий проводимости изоляции. С выхода сумматора

которых обеспечиваются наибольщая надежность устройства.

В этом случае роль измерителя 9 сопротивления выполняет операционный усилитель. Сумматор 10 включает узел 20 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 21, п-разрядный сдвиговый регистр 22 с линейной обратной связью (п-разряд - младщий), две группы элементов И 23 и 24, генератор 25 тактовых импульсов, элемент 2-2И-

0 ИЛИ 26, первый 27 и второй 28 элементы, реверсивный счетчик 29, первый коммутатор 30. Роль памятей выполняют регистры 14 и 15, роль ключей 11 и 12 - элементы, обеспечивающие запись (вход V) в регистры 14 и 15, пятый ключ 13 выполнен на элементе

2-2И- ИЛИ , узлы 16 и 17 сравнения представляют собой цифровые схемы сравнения. Память 14 включает также коммутатор 31.

Устройство работает следующим образом.

При появлении положительного импуль- 0 са на прямом выходе генератора 6 импульсов открываются первый 7 и третий 11 ключи и по цепи: положительный полюс источника 4 напряжения, фильтр 3 нижних частот, вторичная обмотка трансформатора ,19, обмотка статора электродвигателя 18, сопротивление изоляции RMS, заземленный корпус электродвигателя, заземленная щина измерителя 9 сопротивлений, вход измерителя 9, вывод средней точки источника 4 - проходит ток, который вызывает появление на выходе

5

измерителя 9 напряжения +U,o, пропорциония изоляции.

При появлении положительного импульса на инверсном выходе генератора 6 импульсов открываются второй 8, четвертый 12 и пятый 13 ключи и по цепи: отрицательный полюс источника 4 напряжения, фильтр 3 нижних частот, вторичная обмотка трансформатора 19, обмотка статора электродвигателя 18, сопротивление изоляции .Йиз, диод 2, датчик 1 температуры, корпус электродвигателя, заземленная щина и вход измерителя 9, вывод средней точки источника 4 - проходит ток, который вызывает появление на выходе измерителя 9 сопротивлений напряжения (Uws-f UT), модуль которого пропорционален сумме проводимой изоляции и датчика температуры. Сигнал с выхода измерителя 9 поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которого через открытый пятый ключ 13 поступает с выхода памяти 14 сигнал, соответствующий проводимости изоляции. С выхода сумматора

через открытый четвертый ключ 12 в память 15 заносится сигнал

из инз- ииз- UT -UT, пропорциональный проводимости датчика температуры, который сравнивается (по модулю) с сигналом уставки срабатывания при предельных значениях температуры обмотки электродвигателя.

Реализуемое на основе псевдостохастических методов кодирования устройство работает следующим образом. С момента подачи тактовых импульсов с генератора 25 на шину сдвига регистра 22 с обратной связью на выходах элементов И групп 23 и 24 образуются псевдослучайные последовательности, имеющие математические ожидания, пропорциональные (ji 2,...,п), которые поступают на вторые группы входов коммутаторов 30 и 31. Одновременно на выходе цифро- аналогового преобразователя 21 генерируется псевдослучайный процесс X(t) с равномерный распределением. На выходах коммутаторов 30 и 31 образуются псевдослучайные последовательности, математические ожидания которых пропорциональны значениям чисел, содержащимся в реверсивном счетчике 29 и регистре 14.

В режиме измерения сопротивления изоляции напряжение Una с выхода операционного усилителя 9, пропорциональное проводимости изоляции, подается на первый вход узла 20 сравнения, где сравнивается с псевдослучайным процессом X(t), поступающим на его второй вход. С помощью узла сравнения реализуется функция

Г1, X(tX UH

2i(i) . (i+l)T (1)

to, X{t)

где i - номер такта;

т - длительность такта генератора 25;

и и из Хмакс . . V из -р -t- , и из Лмакс

Последовательность Zi(i) на выходе узла 20 сравнения имеет математические ожидание к + 4 ЛмаксЛ

Последовательность Zi(i) поступает на второй вход первого элемента И в элемен- .те2-2И-ИЛИ 26. Последовательность с математическим ожиданием, равным 4-, (что соответствует машинному нулю), образуется с выхода старшего разряда сдвигового регистра 22 и поступает через элемент 2-2И - ИЛИ 13 на второй вход второго элемента И элемента 26. С помощью прямой и инверсной последовательностей, поступающих на первые входы элементов И в элементе 26 с выходов младшего разряда регистра 22, на входах ИЛИ элементы 26 образуются несовместные последовательности, в связи с чем математическое ожидание последовательности Z2(i) на выходе ИЛИ элемента 26 равно сумме математических ожиданий вход- ных последовательностей с весовым коэффициентом -|-, т.е.

Miz.(fe..,-j)i+44

2Х.ак; 2 2. Т Т

10

и и..1

4Хма-. 2

Декодированиепоследовательности

Z2(i) с математическим ожиданием, пропорциональным значению проводимости изоляции осуществляется в двоичной форме с по- мощью реверсивного счетчика 29, суммирующий вход которого через элемент И 27 подключен к выходу элемента 2-2И - ИЛИ 26, а вычитающий вход - через элемент И 23 к выходу коммутатора 30, на котором обра- зуется последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным текущему значению содержимого реверсивного счетчика 29,

Элементы И 27 и 28 служат для.тактирования последовательностей на входах реверсивного счетчика 29. Положительному импульсу на прямом выходе генератора 6 пря- моуго.чьпых импульсов соответствует У1Ю- вень логической «единицы, который подается на шину записи регистра 14 (вход V) В связи с этим содержимое счетчика 29 за- носится в регистр 14 и сравнивается на цифровой схеме 16 сравнения с двоичным кодом, соответствующим уставке отключения электродвигателя при снижении сопротивления изоляции.

При появлении положительного иму1уль- са на инверсном выходе генератора 6 начинается процесс измерения температуры обмоток электродвигателя. На выходе операционного усилителя 9 образуется напряжение (UHJ+UT), которое в соответствии с (1) преобразуется в последовательность Zi( i) с математическим ожиданием

Mf71 -(U +l-b) I 1

2х;,акс - + 2

Уровень логической «единицы подается на записи регистра 15 (вход V), в связи с чем содержимое счетчика 29 заносится в регистр 15, а pei-истр 14 переходит в режим хранения двоичного кода, соответствующего значению проводимости изоляции. Двоичный код регистра 14 с помощью коммутатора 31 и группы элементов И 23 |реобразуется в последовательность, которая через ключ 13 поступает на второй вход второго элемента И 2 - 2И - ИЛИ 26. На выходе элемента 26 образуется последовательпость

Z4(i) с математическим ожиданием

,1 пропорциональным значению проводимости датчика температуры. Математическое ожидание воспроизводимтся в реверсивном счетчике 29 в двоичном коде, который заносится в регистр 15.

Формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя, от нормальных режимов, содержащее датчик температуры, установленный вблизи обмотки электродвигателя, подключенный последовательно с диодом между нулевой точкой обмотки электродвигателя и его заземленным корпусом, фильтр нижних частот, измеритель сопротивления, переключатель полярности, включающий источник напряжения с выводом средней точки, присоединенпой к входу измерителя сопротивления, общая пшна которого заземлена, генератор прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, первый и второй ключи, выходы которых соединены между собой и через фильтр нижних частот подключены к нулевой точке вторичной

обмотки сетевого трансформатора, входы соединены с положительным и отрицательным полюсами источника напряжения соответственно, а управляющие входы присоединены к прямому и инверсному выходам генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности тепловой защиты электродвигателя путем иск- ключения влияния сопротивления изоляции на измерение температуры нагрева обмоток, в него введены сумматор, третий, четвертый, пятый ключи, первый и второй элементы памяти, первый и второй узлы сравнения, входы которых соединены с выходами первого и второго элементов памяти, входы которых через третий и четвертый ключи соответственно соединены с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом измерителя сопротивлений, а второй - через пятый ключ соединен с-выходом первого элемента памяти, управляющие входы четвертого и пятого ключей присоединены к инверсному выходу генератора, управляющий вход третьего ключа присоединен к прямому выходу генератора.

Изобретение относится к электроте.х- нике, в частности к устройствам релейной защиты погружных электродвигателей. Цель изобретения - повышение точности тепловой защиты электродвигателя путем исключения влияния сопротивления изоляции при измерении температуры нагрева его обмоток. Нри появлении положите.чыюго импульса на инверсном выходе генератора 6 импульсов на выходе измеритс.пя 9 сопротивлений возникает сигнал, модуль которого пропорциопален сумме проводимостей изоляции и датчика 1 темнературы. Сигнал с выхода измерителя 9 поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которого через открытый пятый ключ 13 поступает с выхода элемента 14 памяти сигнал, соответствующий нроводимости изоляции. С выхода сумматора 10 сигнал, пропорциопальный проводимости датчика температуры, через открытый четвертый ключ 12 поступает в элемепт 15 памяти и в узле 17 сравнения сравнивается с сигналом уставки срабатывания, в случае превышепия которого устройство формирует сигпал па отключение питания электродвигателя. Введение в блок контроля изоляции и температуры сумматора, трех ключей, двух элементов памяти позволяет проводить измерение температуры независимо от зиачений сопротивления изоляции и тем самым новысить точность тепловой защиты электродвигателя. 2 ил. S (Л со о ю со О5 со ipui.l

ffui..Z

1

/,

Ул