Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов Советский патент 1989 года по МПК H02H7/08 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности устройствам для защиты от анормальных режимов погружных- . электродвигателей, рабо- таюрщх в приводе насосов для добычи нефти.

Цель изобретения - расширение функционадьных возможностей путем обеспечения контроля дополнительно к скважинным параметрам; на фиг,1 - структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема .одного из вариантов технической реализации устройства; на фиг,3- временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 температуры, соединенный с диодом 2 К узлов коммутации (К - число допол- 1нительных измеряемых параметров),

каждый из которых состоит из стаби- 1

литрона 3 и ключа 4, дополнительные датчики 5, фильтр 6 нижних частот, подключенный к переключателю 7 полярности, состоящий из источника 8 напряжения с выходом средней точки, одним отрицательным и К+1 положительными полюсами (при этом напряжения

положительной полярности U,, Uj, , на выходах источникс1 8 напряжения образуются исходя из: и, UCT, ;

и

U-, , ; Uc-r. -с

СТ, г - СТ, . - 3 - fj

и т,д,, где - напряжение стабилизации стабилитрона 3 в узле комму- тации), первый 9, второй 10 и дополнительный 11 ключи, выходы которых объединены и подключены к фильтру 6 нижних частот, генератор 12 импульсов на К+2 выходов, образованньй собственно генератором 13 и распределителем 14 импульсов. .В состав устройства входят третий 15, четвертый 16 и пятый 17 ключи, первая группа 18 ключей, первый элемент 19 памяти, соединенньй с третьим ключом 15, второй элемент 20 памяти, соединенный ,

0

5 0 5

с четвертым ключом 16, дополнительные элементы 21 памяти, соединенные С первой группой 18 ключей, вторую группу 22 ключей, элементы ИЛИ 23, узлы 24 и 25 сравнения, дополнительные узлы 26 сравнения, измеритель 27 сопротивления, подключенный к источнику 8 напряжения и сумматор 28, соединенный с выходом пятого ключа 17 и второй группой 22 ключей.

Датчик 1 температуры установлен вблизи обмотки электродвигателя 29 и подключен последовательно с диодом 2 между нулевой точкой обмотки 29 и клеммой для заземления корпуса электродвигателя, выходы ключей 4 присоединены к выводам дополнительных датчиков 5, входы ключей 4 присоединены через диод 2 к нулевой точке обмотки 29 и своим управляющим входам через стабилитроны 3. Выходы ключей 9-11 соединены между собой и через фильтр 6 нижних частот подключены к нулевой точке вторичной обмотки 30 сетевого трансформатора, Отрицательньй полюс источника 8 напряжения присоединен к входу ключа 9, выходы положительной полярности - к входам ключей 10 и 11, Выход средней точки источника 8 присоединен к входу измерителя 27 сопротивления, общая шина которого заземлена.

Выход измерителя 27 соединен с одним входом сумматора 28, Выход сумматора присоединен к входам клю-- ней 15 и 16 и первой группы 18, состоящей из К ключей, выходы которых соединены с элементами 19-21 памяти, а управляющие входы ключей - с выходами генератора 12, Выходы элементов памяти 19-21 соединены с входами узлов 24-26 сравнения и входами ключей 17 и второй группы 22, за исключением К-го элемента памяти группы .21, выходы ключей 17 и второй группы 22 соединены с другими входами сумматоpa 28, управляюидие входы ключей 17 и группы 22, за исключением К-го ключа второй группы 22, соединены с выходами элементов ИЛИ 23, управ- вход К-го ключа второй группы 22 соединен с управляющим входом К-го ключа группы 11. Входы группы элементов ИЛИ 23 соединены с выходами генератора 12 импульсов, причем входы элемента ИЛИ 23, выход которого соединен с управляющим входом ключа 17, соединены с группой чК+1 выходов генератора импульсов, начи

чик 1 температуры, корпус электродвигателя, заземленная шина и вход измерителя 27, вьшод средней точки источника 8 проходит ток, который вызывает на выходе измерителя 27 сопротивлений напряжение (Ui U), которое пропорционально сумме прово- димостей изоляции и датчика температуры. Сигнал с выхода измерителя 27 поступает на первый вход сумматора 28, на второй вход которого через открытый сигналом с выхода первого элемента ИЛИ 23 пятый ключ 17 посту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты электродвигателей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля дополнительно К скважинных параметров. Устройство содержит датчик температуры 1 и присоединенные параллельно через узлы коммутации датчики скважинных параметров 5. Датчики 5 присоединены через диод 2 к нулевой точке обмотки 29 электродвигателя. Коммутация датчиков осуществляется подачей напряжений различного уровня через нулевую точку с W

дуль которого соответствует проводимости изоляции, С выхода сумматора через открытый четвертый ключ 16 в память 20 заносится сш нал

и.

-и,

+ и.

UT

ная с второго, входы элемента ИЛИ 23, 15 пает с выхода 19 памяти сигнал, мо- выход которого соединен с упраовля- Ю1ЧИМ входом L-ro ключа группы 22 (L 1,2, ..., К-1), соединены с группой (K-L+1) выходов генератора 12 импульсов, начиная с (L+2)-ro. 20

Устройство работает следующим образом.

При появлении импульса на первом выходе генератора 12 открьшается первьй 9 и третий 15 ключи и по цепи: отрицательный полюс источника 8 напряжения, фильтр 6 нижних частот, вторичная обмотка 30 трансформатора обмотка 29 статора электродвигателя сопротивление изоляции R, , зазем- ленньй корпус электродвигателя, заземленная шина измерителя 27 сопротивлений, вход измерителя 27, вывод средней точки источника 8 проходит

)

5 Mj ti - UT«

которьй сравнивается в узле 25 с сигналом уставки срабатьшания при предельных значениях температуры

25 обмотки электродвигателя.

При появлении импульса на третьем выходе генератора 12 открьюаются первые ключи в группах 11 и 18. С помощью сигналов, образующихся на

30 выходах первого и второго элементов ШШ 23, открьгоается ключ 17 и первый ключ второй группы 22. Напряжение с второго положительного полюса источ ника 8 (Uj) через фильтр нижних часток, который вызывает появление на выходе измерителя 27 напряжения - , пропорционального проводимости изоляции. Значение напряжения повторяется на выходе сумматора 28, поскольку четвертый и пятый ключи 16 и 17, первая 18 и вторая 22 группа ключей закрыты и на других входах сумматора 28 сигналы отсутствуют.

Сигнал с выхода сумматора 28 заносится в память 19 через открытый третий ключ 15 и сравнивается в узле 24 с сигналом уставки срабатывания при предельных значениях сопротивления изоляции.

При появлении импульса на втором выходе генератора 12 открывается второй 10, четвертый 16 и через елемент ИЛИ группы 23 пятый 17 ключи и по цепи: первый положительный полюс источника 8 напряжения, фильтр 6 нижних частот, вторичная обмотка 30 трансформатора, обмотка 29 статора электродвигателя, сопротивление изоляции RMJ,, диод 2, датдуль которого соответствует проводимости изоляции, С выхода сумматора через открытый четвертый ключ 16 в память 20 заносится сш нал

пает с выхода 19 памяти сигнал, мо-

и.

-и,

+ и.

UT

, 15 пает с выхода 19 памяти сигнал, мо- 20

5 Mj ti - UT«

которьй сравнивается в узле 25 с сигналом уставки срабатьшания при предельных значениях температуры

25 обмотки электродвигателя.

При появлении импульса на третьем выходе генератора 12 открьюаются первые ключи в группах 11 и 18. С помощью сигналов, образующихся на

30 выходах первого и второго элементов ШШ 23, открьгоается ключ 17 и первый ключ второй группы 22. Напряжение с второго положительного полюса источника 8 (Uj) через фильтр нижних час35 тот, обмотки 29 и 30, диод 2 подключается к стабилитрону 3. Так как

и.

г Uer,

то первый стабилитрон 3 пробивается, ключ 4 открывается, при этом ток стабилизации удерживает ключ 4 в открытом состоянии. По цепи: второй положительный полюс источника 8, фильтр 6 нижних частот, обмотки 30 и 29, сопротивление изоляции, диод 2, датчик 1 температуры,

первый дополнительный датчик 5, цепь стабилизации стабилитрона 3, заземленный корпус электродвигателя, заземленная гаина и вход измерителя 27, вьгоод средней точки источника 8 проходит ток, который вызывает на выходе измерителя 27 сопротивлений напряжение (U,,j + U + д ), которое пропор1щонально сумме проводимос- тей изоляции датчика температуры и

дополнительного датчика первого дополнительного параметра. Сигнал с выхода измерителя поступает на первый вход сумматора 28, на второй и третий входы которого поступают сигналы с

+ и

б

UA

ВЫХОДОВ элементов 19 и 20 памятей через открытые ключи 17 и 22, при этом сигнал с выхода элемента 20 памяти инвертируется (не показано). С выхода сумматора 28 через открытый первый ключ первой группы 18 в первый элемент 21 группы памяти заносится сигнал

- UT - из + и + - UAon4

который в узле 26 сравнивается с сигналом уставки срабатывания о

При появлении четвертого и последующего импульсов на выходах генератора 12 устройство работает аналогично описанному вьше. За счет пробоя стабилитронов 3 увеличивается число параллельных ветвей, содержащих дополнительные датчики 5, через которые протекает ток от третьего и по- следуюрщх выкодов источника 8. Соответственно увеличивается количество вычитаюпщх входов сумматора 28. В инэ мерителе 27 сопротивления автоматически устанавливается необходимый масштабный коэффициент усиления для компенсации увеличения тока через измеритель 27 за счет увеличения значения напряжения, снимаемого с источника 8 при измерении дополнительного параметра.

На фиг о 2 показан пример технической реализации устройства при измерении трех параметров режима работы погружного электронасоса: изоляции сопротивления, температуры обмотки электродвигателя и давления жидкости в скважине. Устройство реализуется на основе применения псевдостохастических методов кодирования информации

В этом случае роль измерителя 27 сопротивления выполняет операционный усилитель. Сумматор 28 включает узел 31 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 32, п-разрядный сдви Говьй регистр 33 с линейной обратной связью, две Группы элементов И 34 и 35, генератор 36 тактовых импульсов, четьфе элемента И 37-40, элемен 4-2И-ИЛИ 41, первый и второй элементы И 42 и 43, реверсивный счетчик 44 первый коммутатор 45. Рсхль элементов памяти выполняют регистры 19-21, роль ключей 15-18 выполняют эле;мен- ты, обеспечивающие запись (вход V) в регистры 19-21р Ключи 17 и 22 выполнены на элементах 2-2И-ИЛИ.

10

535116

Памяти 19 и 20 включает также коммутаторы 46 и 47. Генератор 12 импульсов содержит тактовый генератор 13 и распределитель импульсов, выполненный на трехразрядном циклическом регистре 14 сдвига, шина сдвига которого соединена с выходом генератора 13, а выходы являются выходами генератора 12 импульсов. Параллельно резистору обратной связи в .операхщонном усилителе через ключ 48 подключены резистор с таким же значением сопротивления, управляющий 5 вход, ключа 48.соединен с выходом

третьего разряда циклического регист-. ра 14 сдвига. Первые и вторые входы элементов ИЗ7-40 подключены к прямым и инверсным выходам двух младших разрядов регистра 33 сдвига с обратной связью с целью образования на входах элементов ИЛИ 41 несовместных последовательностей.

20

Ключ 4 выполнен на транзисторе, в цепь базы которого включен стабилитрон 3.

Реализуемое на основе псевдосто- хастических методов кодирования

устройство работает следующим образом.

После включения питания и нажатия кнопки Пуск (не показана) в первьй разряд циклического регистра 14 сдвига заносится единица На выходах генераторов 13 и 36 порождаются тактовые последовательности импульсов, которые поступают на шину сдвига регистров 14 и 33 соответственно. На выходах элементов И

групп 34 и 35 образуются псевдослучайные последовательности, имеющие математические ожидания, пропорциональные 2 , лд 1, п, которые поступают на вторые входы коммутаторов 45-47. Одновременно на выходе тщфро- аналогового преобразователя 32 генерируется псевдослучайный процесс с . равномерным распределением. На выходах коммутаторов 45-47 образуются псевдослучайные последовательности, математические ожидания которых пропорциональны значениям чисел, содержаэ щихся в реверсивном счетчике 44 и

регистрах 19 и 20.

Напряжение на выходе операционного усилителя подается на первый вход узла 31 сравнения, где сравнивается с псевдослучайным процессом, подава7

емым на второй вход с выхода дафро- аналогового преобразователя 32. На выходе узла 31 сравнения образуется последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным измеряемому напряжению. При измерении сопротивления изоляции ключ 48 ра- яомкнуто Последовательность с выхода узла 31 сравнения поступает на первьй вход первого элемента И в элементе 4-2И-ИЛИ 41. Последовательность, соответствующая машинному нулю, поступает с выхода старшего разряда - сдвигового регистра 33 на первые входы второго и третьего элементов И в элементе 41 через элементы 17 и 22 и на первьй вход четвертого элемента И в элементе 41, С помощью элементов И 37-40 образуются несовместные последовательности с математическим ожиданием, равным 1/ которые поступают на вторые входы элементов И в элементе 41,

На выходе ИЖ элемента 41 обра- зуется последовательность Zj(i)j , математическое ожидание которой равно сумме математических ожиданий входных последовательностей с весо- 1

вым коэффи1Д1ентом -т- , т,е.

1 1 ЧЬ

8х

44

мокс

Декодирование последовательностей ) осуществляется с помощью реверсивного счетчика 44 с обратной связью через коммутатор 45, Импульс на выходе первого- разряда циклического регистра 14 подается на вход регистра 19, в связи с чем осуществляется запись содержимого счетчика 44 в регистр 19 и сравнение его с двоичным кодом уставки в узле 24 сравнения. При появлении импульса на втором разряде регистра 14 начинается процесс измерения температуры об- мотки двигателя. Последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным значению проводимости изоляции с выхода коммутатора 46 через ключ 17 на элементе 2-2И-ИЛИ посту- пает на первьй вход второго элемента И в элементе 41, На выходе элемента 41 образуется последовательность с математическим ожиданием

М

t

Ur

макс

пропорциональным значению проводимости датчика температуры, которое воспроизводится в счетчике 44 и заносится в регистр 20,

При появлении импульса на третьем разряде регистра 14 начинается процесс измерения давления на приеме электронасоса в скважине. Ключ- 11 открывается, с выхода источника 8 снимается напряжение Uj 2U, U. (где VCT напряжение стабилизации 1стабилитрона 3), Стабилитрон 3 пробивается, через цепь базы транзистора 4 протекает ток, который переводит его с режим насьщения. На выхо де операционного усилителя образуется напряжение, пропорциональное сумме проводимостей изоляции, датчиков температуры и давления. Для проведения максимального уровня напряжения на выходе операционного усилителя к уровню напряжения при U сопротивление обратной связи усилителя уменьшается в два раза путем параллельного подключения резистора R через от- крытьй ключ 48,

На выходе узла 31 сравнения образуется последовательность Zr(i)j с математическим ожиданием MLZfJ

ная последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным значению проводимости датчика температуры, с выхода коммутатора 47 через ключ 22 на элементе 2-2И-ИЛИ поступает на первый вход третьего элемента И в элементе 41 через ключ 17, открытый сигналом с выхода элемента ИЛИ 23, поступает последовательность с выхода коммутатора 46, математическое ожидание которой пропорционально значению проводимости изоляции.

На выходе элемента 41 образуется последовательность с математическим ожиданием

2х

макс

пропорциональным проводимости датчика давления, которое воспроизводится в счетчике 44 и заносится в регистр 21, где UT, идоп - напряжения, пропорциональные проводимости датчика температуры и дополнительного датчика дополнительного параметра соответственно.

10 Формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов, содержащее датчик температу- ры, устанавливаемьй вблизи обмотки I электродвигателя, подключенный посл довательно с диодом между клеммами 1для соединения с нулевой точкой об- IMOIPOK электродвигателя и его зазем- пенными корпусом, переключатель по- |пярности с источником напряжения со |средней точкой, первым и вторым клю- :чом и генератором прямоугольных им- |пульсов, фильтр нижних частот, выход iKOToporo подключен к клем)че для со- 1единемия с нулевой точкой вторичной |обмотки сетевого трансформатора, а |вход соединен с.выходами первого и второго ключей, входы которьпс под- включены к полоямтельному и отрицательному полюсам источника питания соответственно, измеритель сопротив- Яения, подключенный к средней точке источника питания, первый и второй узлы сравнения, входы которых соеди- ;нены с выходами первого и второго Элементов памяти, входы которых че- рез третий и четвертый ключи соот- Ьетственио соединены с выходом сум- матора, первый вход которого соединен с выходом измерителя сопротивлений, а второй через пятьй ключ соединен с выходом первого Элемента памяти, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения контроля дополнительно К скважинных параметров, в него введено К ключей.

1110

распределитель на К+2 выходов, источник напряжения переключателя полярности выполнен с К выходами напряжений положительной полярности, К элементов ИЛИ, первая и вторая группы, содержащие по К ключей, К элементов памяти, К узлов сравнения, К узлов коммутации, К датчиков скважинных параметров, первые вьшоды которых соединены с клеммами для подключения к выводам заземления, а вторые присоединены к выходам узлов коммутации входы которых присоединены к выходу датчика температуры, К выходов положительной полярности источника напряжения соединены с входами дополнително введенных К ключей, выходы которых соединены с выходами первого и второго ключей, а управляющие входы всех ключей через распределитель подключены к вькодам генератора импульсов, входы ключей первой группы соеднены с входами третьего и четвертого ключей, а выходы - с входами дополнительных элементов памяти, выходы которых присоединены к входам дополнительных узлов сравнения, выходы элементов памяти, начиная со второго исключая дополнительный К-й элемент памяти, соединены с входами ключей второй группы, выходы которых при- |Соединены к входам сумматора выход первого элемента ИЛИ присоединен к управляющему входу пятого ключа, а его входы соединены с К+1 входами распред,елителя, начиная с второго, зтравляниций вход L-ro ключа второй группы (L 1, 2, ..., К-1).соединен с выходом (L,1)-ro элемента ИЛИ, грзшпа входов которого соединена с группой (к - L+l) выходов распределителя, начиная с (Ь+2)-го, управляющий вход К-го ключа второй группы соединен с (К+2)-м выходом распределителя генератора импульсов, узел коммутации выполнен в виде ключа, вход которого через стабилитрон со единен с его управляющим входом.

- Л А

фив.2