Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 

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

Известно устройство для защиты ПЭД от перегрева и снижения сопротивления изоляции кабеля и двигателя ЈQ, которое содержит датчик температуры, установленный вблизи обмотки ПЭЦ, подключенный последовательно с риодом между нулевой точкой обмоток ПЭД и его заземленным корпусом, блок контроля изоляции, соединенный с ну левой точкой вторичной обмотки силового трансформатора через фильтр нижних частот.

Известное устройство имеет методическую ошибку процесса измерения параметров датчиков благодаря влиянию конечного значения сопротивления изоляции кабеля и двигателя, что приводит к снижению надежности защиты ПЭД.

VI

VI VI

чэ

00

317

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов Ј2 , содержащее датчик температуры, соединенный последовательно с диодом, фильтр нижних частот, вход которого соединен с нулевой точкой вторичной обмотки силового трансформатора, а выход - с первой шиной источника напряжения с переключаемой полярностью (переключатель полярности), вторая шина источника напряжения с переключаемой полярностью соединена с входом преобразователя проводимости в напряже ние (измеритель сопротивления), суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом ключа, блок регулирования и генератор импульсов, , Недостатком известного устройства является отсутствие защиты двигателя от срыва подачи электронасоса, контролируемого по давлению в скважине, что может привести к возникновению в насосе сухого трения, повышению газового фактора в откачиваемой жидкости и ухудшению охлаждения двигателя и кабеля.

Недостатком известного устройства является также .представление выходно информации об измеряемых параметрах (на входах узлов сравнения 17 и 16) в виде напряжения, пропорционального проводимости датчика температуры и проводимости изоляции, т.е. обратно пропорционального значению измеряемой температуры и значению измеряемого сопротивления изоляции. Такое представление информации затрудняет задание значений уставок, изменяемых в процессе эксплуатации, а также затрудняет считывание значений и измеряемых параметров оператором, обслуживающим данную систему.

елью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности,

Поставленная цель достигается

тем, что в устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов, содержащее датчик температуры,соединенным последовательное диодом, фильтр нижних частот, вход которого соеди

50

соединен с управляющим входом источника напряжения с переключаемой полярностью и с управляющим входом ком мутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и с первым входом первого элемента И, выход, которого соединен с входом усилителя, выход которого через третий конденсатор подключен к нулевой точке трансформатора, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого соединен с первым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с первым входом блока формирования измерительных интервалов, четвертый

нем с нулевой точкой вторичной обмот- 55ВЫХод блока управления соединен с

ки силового трансформатора, а выход -вторым входом блока формирования изс первой шиной источника напряжениямерительных импульсов, втором вход

с переключаемой полярностью, вторая блока управления соединен с выходом

0

5

0

5

0

5

шина источника напряжения с переклю-

чаемой полярностью соединена с входом преобразователя проводимости в напряжение, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом ключа, блок регулирования, генератор импульсов, дополнительно введены второй диод, первый, второй и третий конденсаторы, датчик давления, дроссель, реле, выпрямитель, усилитель, первый, второй и третий элементы И, инвертор, коммутатор, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, блок формирования . измерительных интервалов, первый и второй счетчики импульсов, формирователь импульсов, блок цифроаналоговых преобразователей, регистр, цифроана- логовый преобразователь, масштабный усилитель и блок индикации, причем второй вывод датчика температуры соединен с нулевой точкой электродвигателя, первым выводом второго диода и с первыми выводами первого и второго конденсаторов, второй вывод второго диода соединен с первым выводом датчика давления, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого диода, вторым выводом первого конденсатора и с первым выводом дросселя, второй вывод которого через контакт реле соединен с заземленным корпусом электродвигателя, второй вывод второго конденсатора соединен с входом выпрямителя, к выходам которого подключена .обмотка реле, первый выход блока управления

0

5

50

соединен с управляющим входом источника напряжения с переключаемой полярностью и с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и с первым входом первого элемента И, выход, которого соединен с входом усилителя, выход которого через третий конденсатор подключен к нулевой точке трансформатора, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого соединен с первым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с первым входом блока формирования измерительных интервалов, четвертый

55ВЫХод блока управления соединен с

51777198

блока формирования измерительных инУстройство содержит резмстивный датчик 1 температуры, первый диод 2, второй диод 3, резистиеный (потен- с циометрический) датчик k давления, первый конденсатор 5, второй конденсатор б, выпрямитель 7, обмотку 8 реле, контакты 9 реле, дроссель 10, погружной электродвигатель 11 ПЭ.п

Ю (статорные обмотки), силовой кабель 12, силовой трансформатор 13, третий конденсатор , усилитель 15, первый элемент И 16, генератор 17 импульсов, фильтр нижних частот 18, источ15 ник 19 напряжения с переключаемой

полярностью, блок 20 управления, блок 21 формирования измерительных интервалов, преобразователь 22 проводимости в напряжение, инвертор 23, ком 0 мутатор 2k, ключ 25, суммирующий усилитель 26, преобразователь 27 напряжения в частоту, второй элемент И 28, третий элемент И 29, формирователь 30 импульсов, первый счетчик 31 импуль25 сов, второй счетчик 32 импульсов, блок цифроаналоговых преобразователей 33, регистр 3, цифроаналоговый преобразователь 35, масштабный усилитель 36, блок 37 индикации и блок 3

30 регулирования.

Блок 20 управления (см. фиг. 2) содержит счетчик 39 импульсов, первый элемент НЕ 0, первый элемент И 1, второй элемент И А2, элемент ИЛИ-НЕ

35 3 третий элемент И й, интегрирующую цепь 5, включающую резистор 6 и конденсатор 7, узел начальной установки 8, включающий резистор 9, конденсатор 50 и элемент НЕ 51, пер4Q вый формирователь 52 импульсов, четвертый, пятый, шестой элементы И 53 55i второй формирователь 56 импульсов, элемент ИЛИ 57f второй и третий элементы НЕ 58 и 59, шинами 60 и 61

45 обозначены первый и второй входы блока управления, шинами 62-69 - его выходы.

Источник 19 напряжения с переключаемой полярностью (см. фиг. 3) со5Q держит источник напряжения 70, первый коммутатор 71, второй коммутатор 72, шиной 73 обозначена первая шина источника напряжения 19 с переключаемой полярностью, шиной 7 - его вто- лов{ на фиг.5 - схема блока цифроана- 55 Рая шина, а шиной 75 - его управляю- логовых преобразователейf на фиг.6 - щий вход.

схема блока регулирования; нафиг.7- Блок 21 формирования измеритель- временные диаграммы работы устрой- ных интервалов (см..фиг. 0 содержит ства«триггер 76, счетчик 77 импульсов,

тервалов и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, выход преобразователя проводимости в напряжение соединен с входом инвертора и первым входом коммутатора, выход инвертора соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, выход суммирующего усилителя соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с третьим входом блока формирования измерительных интервалов и с первым входом третьего элемента И, выход второго элемента И соединен с входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами блока цифроаналоговых преобразователей, управляющие входы которого подключены к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления, восьмой выход которого соединен с вторым входом третьего эле-- мента И и входом формирователя импульсов, выход третьего элемента И соединен с входом второго счетчика импульсов, выходы которого подключены к входам регистра, управляющий вход которого соединен с выходом формирования импульсов, первый, второй и третий выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с первым, вторым и третьим входами блока индикации соответственно, второй и третий входы блока регулирования соединены с вторым и третьим выходами блока цифроаналоговых преобразователей соответственно, первый вход блока регулирования соединен с входом ключа и выходом масштабного усилителя, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами регистра.

т

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления,1 на фиг.З - схема источника напряжения с переключаемой полярностью} на фиг.k - схема блока формирования измерительных интерва

717

элемент И 78, элемент ИЛИ 79, шинами 80-82 обозначены первый, второй и третий входы блока формирования измерительных интервалов, шиной 83 - его выход.

Блок 33 цифроаналоговых преобразователей (см, фиг. 5) содержит первый второй, третий регистры 84-86, первый, второй, третий цифроаналоговые преобразователи 7-89, первый, второ третий масштабные усилители 90-92, блок 1|АП также включает группу входных шин 93, первую, вторую и третью входные управляющие шины 94-96, пер вую, вторую и третью выходные шины 97-99.

Блок 38 регулирования (см. фиг.6) содержит с первого по Шестой потенциометры задания уставок 100-105, с первого по шестой компараторы 106- 111, первый, второй и1 третий триггеры 112-11, элемент ИЛИ 115, усилитель мощности 116, исполнительный механизм 117, шинами 118-120 обозначены первый, второй и третий входы блока регулирования.

Датчик температуры 1 соединен последовательно с диодом 2, второй вывод датчика температуры 1 соединен с нулевой точкой электродвигателя 11 первым выводом второго диода 3 и с первыми выводами конденсаторов 5 и 6, Второй вывод диода 3 соединен с первым выводом датчика давления 4, второй вывод которого соединен с вторым выводом диода 2, вторым выводом конденсатора 5 и с первым выводом дросселя 10, второй вывод которого через контакт реле 9 соединен с заземленным корпусом электродвигателя. Второй вывод конденсатора 6 соеди- нен с входом выпрямителя 7, к выхода которого подключена обмотка 8 реле.

Электродвигатель 11 через силовой кабель 12 соединен с силовым трансформатором 13. Вход фильтра нижних частот 18 соединен с нулевой точкой вторичной обмотки силового трансформатора 13 и через конденсатор 14 - с выходом усилителя 15, вход которого подключен к выходу первого элемента И 16, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 17 импульсов. Выход ФНЧ 18 соединен с первой шиной 73 источника напряжения 19 вторая шина 7 которого соединена с входом преобразователя 22. Первый выход блока 20 управления (шина 66-)

8

0

5

5

Q 5

0

5

0

45

0

соединен с управляющим входом источника напряжения 19 и с управляющим входом коммутатора 24, Второй выход блока 20 управления (шина 65) соединен с управляющим входом ключа 25 и первым входом элемента И 16. Второй выход генератора 17 соединен с первым входом блока управления 20 (шина 60), третий выход блока управления 20 (шина 64) соединен с первым входом блока 21 (шина 80), четвертый выход блока управления 20 (шина 63) соединен с вторым входом блока 21 (шина 81) и с установочными входами счетчиков 31 и 32. Второй вход блока управления 20 (шина 61) соединен с выходом блока 21 (шина 83) и с первым входом элемента И 28, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора 17. Выход преобразователя 22 соединен с входом инвертора 23 и с первым входом коммутатора 24, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя 26, первый вход которого подключен к выходу ключа 25, а выход соединен с входом преобразователя 27 напряжения в частоту. Выход преобразователя 27 соединен с третьим входом блока 21 (шина 82) и с первым входом элемента И 29. Выход элемента И 28 соединен с входом счетчика 31, выходы которого соединены с входами блока циф- роаналоговых преобразователей 33, управляющие входы которого подключены к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления 20 (шины 67 - 69). Восьмой выход блока управления 20 (шина 62) соединен с входом элемента И 29 и входом формирователя импульсов 30. Выход элемента И 29 соединен с входом счетчика 32, выходы которого подключены к входам регистра 34, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, первый, второй и третий выходы блока ЦАП 33 соединены с первым, вторым и третьим входами блока индикации 37. Первый вход блока регулирования 38 соединен с входом ключа 25 и выходом масштабного усилителя 36, вход которого соединен с выходом 1 АП 35, выходы которого соединены с выходами регистра 34, второй и третий входы блока регулирования 38 соединены с вторым и третьим выходами блока ЦАП 35 соответственно

91777198

В блоке управления 20 вход счетчика 39 соединен с шиной 60. Первый выход счетчика 39 соединен с первым входом элемента И 2. Второй выход счетчика 39 через элемент НЕ 0 соединен с вторым входом элемента И 42. Третий и четвертый выходы счетчика 39 соединены с входами элемента И 1, выход которого соединен с третьим JQ входом элемента И k2 и входом формирователя импульсов 56, выход которого соединен с шиной 63. Пятый и шестой выходы счетчика 39 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 3, с входами эле- 15 мента И kht выходы которого соединены с входом интегрирующей печи 5. Пятый выход счетчика 39 соединен также с входом элемента И 5. Шестой выход счетчика 39 соединен с входом 20 элемента НЕ 59 и входом элемента И 55. Выход элемента ИЛИ-НЕ 3 соединен с шиной , с входом элемента И 53, через элемент НЕ 58 - с шиной 65 и с

10

В блоке 33 цифроаналоговых преобразователей группа шин 93 соединена с входами регистров , управляющие входы которых соединены с шинами . Выходы регистров соединены с входами соответствующих цифроаналоговых преобразователей 87- 89, выходы которых через масштабные усилители 90-92 соединены с шинами 97-99.

В блоке 38 регулирования шина 118 соединена с первыми входами компараторов 106 и 107, выходы которых соединены с входами триггера 112. Шина 119 соединена с первыми входами компараторов 108 и 109, выходы которых соединены с входами триггера 113. Шина 120 соединена с первыми входами компараторов 110 и 111, выходы которых соединены с входами триггера 11. Потенциометры 100-105 включены между шиной питания и общей шиной. Выводы потенциометров 100-105 соединены с

четвертым входом элемента И k2, выход 25 вторыми входами компараторов 106-111. которого соединен с шиной 62. Выход Выходы триггеров 112-11 1 соединены с

ИЛИ

интегрирующей цепи 5 соединен с первым входом элемента ИЛИ 57 второй вход которого соединен с выходом узла 48. Выход элемента ИЛИ 57 соеди- 30 нен с установочным входом счетчика 39. Шина 61 соединена с входом формирователя 52 импульсов, выход которого соединен с входами элементов И , выходы которых соединены с шинами 67-69.

В источнике 19 напряжения с переключаемой полярностью шина 73 соединена с выходом коммутатора 71, шина

74соединена с выходом коммутатора 72. Источник напряжения 70 соединен с входами коммутаторов 71 и 72. Шина

75соединена с их управляющими входами.

входами элемента ИЛИ 115, выход которого соединен с входом усилителя мощности 116, выход которого соединен с исполнительным механизмом 117.

На все неиспользуемые входы логических элементов поданы нейтральные логические уровни, не влияющие на их работу. В качестве формирователей импульсов можно использовать любые формирователи, в том числе и дифференцирующие цепи.

Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов работает следующим образом.

Блок управления 20 последовательно формирует группы периодов времени. Каждая группа содержит три перио- 45 да времени с оптимальной длительностью каждого периода 4096 мс,

35

40

В блоке 21 формирования измерительных интервалов шина 80 соединена с первым входом элемента И 78, выход которого через элемент ИЛИ 79 соеди1- нен с первым входом триггера 76. Шина 81 соединена с вторым входом гера 76, первый выход которого соединен с шиной 83, а второй выход соединен с установочным входом счетчика

Рассмотрим работу устройств

77. Шина 82 соединена со счетным вхо- gg чение первого периода времени.

дом счетчика 77, первый выход которого соединен с вторым входом элемента И 78, а второй выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 79.

В течение всего первого пер обмотка 8 реле обесточена и ег такт 9 разомкнут. При налимий ного сопротивления изоляции по

10

В блоке 33 цифроаналоговых преобразователей группа шин 93 соединена с входами регистров , управляющие входы которых соединены с шинами . Выходы регистров соединены с входами соответствующих цифроаналоговых преобразователей 87- 89, выходы которых через масштабные усилители 90-92 соединены с шинами 97-99.

В блоке 38 регулирования шина 118 соединена с первыми входами компараторов 106 и 107, выходы которых соединены с входами триггера 112. Шина 119 соединена с первыми входами компараторов 108 и 109, выходы которых соединены с входами триггера 113. Шина 120 соединена с первыми входами компараторов 110 и 111, выходы которых соединены с входами триггера 11. Потенциометры 100-105 включены между шиной питания и общей шиной. Выводы потенциометров 100-105 соединены с

вторыми входами компараторов 106-111 Выходы триггеров 112-11 1 соединены с

ИЛИ

входами элемента ИЛИ 115, выход которого соединен с входом усилителя мощности 116, выход которого соединен с исполнительным механизмом 117.

На все неиспользуемые входы логических элементов поданы нейтральные логические уровни, не влияющие на их работу. В качестве формирователей импульсов можно использовать любые формирователи, в том числе и дифференцирующие цепи.

Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов работает следующим образом.

Блок управления 20 последовательно формирует группы периодов времени. Каждая группа содержит три перио- да времени с оптимальной длительностью каждого периода 4096 мс,

В течение первого периода измеряется сопротивление изоляции (утечки) линии связи, в течение второго - давление на приеме насоса, в течение третьего - температура статорной обмотки двигателя, далее все повторяется.

Рассмотрим работу устройства в те.

чение первого периода времени.

чение первого периода времени.

В течение всего первого периода обмотка 8 реле обесточена и его контакт 9 разомкнут. При налимий конечного сопротивления изоляции по нему

11177719Р1

от источника питания 19 с напряже- которых определяется выражением нием Е протекает измерительный ток,Fx K-U,

ь

значение которого обратно пропорционально Rfl, или прямо пропорционально проводимости изоляции. На выходе преобразователя 22 проводимости в напряжение формируется напряжение прямо пропорциональное входному измерительному току. В качестве преобразователя 22 проводимости в напряжение используется операционный усилитель с резистором Rft|( обратной связи между выходом и инвертирующим входом, который соединен с второй шиной источника питания 19.

Неинвертирующий вход усилителя соединяется с общей шиной. Напряжение на выходе преобразователя 22 будет определяться выражением

U

еьч.|

Rn3

Коммутатор 24 в зависимости от потенциала на его управляющем входе соединяет со своим выходом или первый или второй вход. Для определенности примем, что в течение первого интервала времени через коммутатор 2k поступает напряжение с выхода преобразователя 22, т.е. его полярность не изменяется. Это напряжение поступает на второй вход суммирующего усилителя 2б, включенного по схеме инвертирующего сумматора. Если на первый вход такого усилителя подать напряжение противоположной полярности, то модуль его выходного напряжения будет равен разности модулей входных напряжений.

В течение первого периода времени ключ 25 должен находиться в закрытом состоянии, поэтому на первый вход суммирующего усилителя 26 будет поступать нулевое напряжение. На выходе суммирующего усилителя 26 будет напряжение, пропорциональное напряжению на его первом входе, но с противоположным знаком. Это напряжение, модуль которого обратно пропорционален сопротивлению изоляции, поступает на вход преобразователя 27 напряжения в частоту, в качестве которого можно использовать микросхему М2ПСК0751 ТУ25-7807, 0059-27, выпускаемую НПО Электронприбор, г.Ярославль.

На выходе преобразователя 27 фор мируются импульсы, частота повторения

тс ,

ь

0

0

5

0

5

0

где К U

коэффициент пропорциональности;

напряжение на входе преобразователя 27.

Значение частоты Fx также будет обратно пропорционально величине сопротивления изоляции.

Выходные импульсы преобразователя 27 поступают на первый вход элемента И 29, а также на третий вход (шина 82, вход счетчика 77) блока 21 формирования измерительных интервалов, который формирует измерительный интервал, пропорциональный периоду повторения входной частоты Fy, Лля устранения влияния переходных процессов на точность измерений начало формирования измерительного интервала задерживается от момента начала периода времени, формируемого в блоке 20 управления, на время 3072 мс. Импульс начала измерительного интервала снимается с выхода формирователя 56 и через шины 63 и 81 поступает на вход триггер 76, изменяя его состояние. Одновременно происходит установка в исходное нулевое состояние счетчиков 31 и 32. С установочного входа счетчика 77 снимается блокировка и он начинает счет импульсов FX.B течение первого периода времени на выходе элемента ИЛИ-НЕ k3 присутствует логическая единица, которая через шины 6k и 80 дает разрешение на вход элемента И 78. После подсчета определенного количества импульсов, например 512, на первом выходе счетчика 77 появится высокий уровень, который через элемент И 7 и элемент ИЛИ 79 поступит на первый вход триггера 76, переводя его в исходное запрещающее состояние. Счет импульсов - счетчиком 77 прекращается. На выходе триггера 76 сформировался измерительный интервал, обратно пропорциональный значению частоты Fx, а значит 0 прямо пропорциональный значению измеряемого сопротивления изоляции RM3.

Логическая единица с выхода триггера 76 через шину 83 поступает 5 на первый вход элемента И 28, разрешая прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 17 на вход счетчика 31, имеющий исходное нулевое состояние, В течение измерительного

5

13

интервала счетчик 31 подсчитывает количество импульсов со стабильной частотой повторения. По окончании разрешения на входе элемента И 28 код на выходах счетчика 31, прямо пропорциональный значению измеряемог сопротивления изоляции, будет при- сутствовать на входах регистров 84- 86. По заднему фронту измерительного интервала на шинах 83 и 61, на выходе формирователя 52 появится импульс небольшой длительности. Благодаря разрешению на входе элемента И 53, данный импульс поступит на его выход и через шины 67 и 94 произведет запись кода в первый регистр 84 (по управляющему входу регистра).

На элементах И 54 и 55 присутствует запрет.

Код регистра 34 поступит на входы цифроаналогового преобразователя 87, на выходе которого будет напряжение, пропорциональное измеряемому значению сопротивления изоляции. Масштабный усилитель 90 приводит полученное напряжение к нужному диапазону, например 0-10 В.

Для последующей коррекции результатов измерения давления и температуры в течение первого периода времени происходит формирование и запоминание напряжения, обратно пропорционального измеряемому сопротивлению изоляции. Для этого в блоке управления 20 на выходе элемента И 42 формируется строб с фиксированной длительностью, например 256 мс, который через шину 62 поступает на вход формирователя 30 и второй вход элемента И 29. В течение этого строба через элемент И 29 на вход счетчика 32 поступают импульсы Fx. По окончании строба сигнал с выхода формирователя 30 производит запись кода счетчика 32, прямо пропорционального измеряемой частоте, в регистр 34. На выходе ЦАП 35 появится напряжение, пропорциональное проводимости изоляции, которое через масштабный усилитель 36 поступает на вход ключа 25 (ключ 25 закрыт в первом периоде времени).

Рассмотрим работу устройства в последующих периодах времени.

В течение второго и третьего периодов времени на шине 65 существует высокий уровень, который открывает ключ 25 и дает разрешение на вход

7719814

элемента И 16, Импульсы с выхода ге яератора 17 с частотой повторения порядка 2 кГц через элемент И 16 поступают на усилитель 15 мощности. Усиленные сигналы через разделитель ный конденсатор 14, нулевую точку трансформатора 13, кабель 12 и конденсатор 6 поступают на выпрямитель 7. Фильтр нижних частот 18 препятствует прохождению импульсов на вход источника напряжения 19. Конденсатор 5 и дроссель 10 защищают датчики 1 и 4 от переменного напряжения. Напряжение с выпрямителя 7 поступает на обмотку 8 реле, вследствие чего замыкается контакт 9.

Во втором периоде времени полярность источника напряжения 19 остается прежней, поэтому направление измерительного тока и полярность напряжения на выходе преобразователя 22 не л меняются.

Измерительный ток во втором периоде времени протекает по сопротивлению изоляции Кцэ, а также через диод 3, датчик давления 4, дроссель 10 и контакт 9. Для обеспечения требуемой точности измерения необходимо, чтобы сопротивление датчиков давления (температуры) было намного больше сопротивления дросселя 10, фильтра нижних частот 18 и линии связи. Напряжение на выходе преобразователя 22 будет равно

10

15

20

25

30

35

2

Е ROC E Roe

R

Дат

КиЭ

где RiaT сопротивление датчика давления ,

Анализируя данное выражение можно заключить, что для получения напряжения, пропорционального измеряемому давлению, необходимо из иеьц(2 вычесть второе слагаемое. Для обеспечения вычитания напряжение с выхода масштабного усилителя 36, пропорциональное второму слагаемому, но с противоположным знаком, подается на вход ключа 25 и далее - на первый вход суммирующего усилителя 26, На второй вход суммирующего усилителя 26 через коммутатор 24 подается напряжение U6b()Ca .

На выходе суммирующего усилителя 26 будет напряжение, пропорциональное первому слагаемому, поэтому частота повторения импульсов на выходе

15

преобразователя 27 будет обратно пропорциональна измеряемому давлению.

Далее происходит процесс, аналогичный вышеописанному, за исключением того, что элементы И 29 и 78 остаются закрытыми. Сигнал для окончания измерительного интервала снимается с второго выхода счетчика 77. Это необходимо из-за большой разницы в значениях сопротивлений датчиков давления (температуры) и сопротивления изоляции, которая приводит к разным значениям соответствующих частот (периодов) Fx. Отличием является также и то, что импульс с выхода формирователя 52 проходит через элемент И 5 шины 68 и 95 и производит запись кода во второй регист 85. Напряжение, пропорциональное измеряемому давлению, поступает на шину -98.

i

В третьем периоде времени происходит смена полярности источника напряжения 19. Лля этого на шине 75 (управляющий вход) происходит изменение логического уровня. Коммутаторы 71 и 72 производят переключение, и на шинах 73 и 7 меняется полярность выходного напряжения, Коммутаторы 71 и 72 выполнить на основе реле с переключающими контактами.

За счет смены полярности происходит изменение направления измерительного тока, по сравнению с предыдущими каналами. Поэтому ток идет через датчик температуры 1 и также через сопротивление изоляции. На выходе преобразователя 22 изменится полярность напряжения. Обратная смена полярности производится с помощью инвертора 23 (инвертирующий усилитель) и переключения коммутатора 2, вследствие чего на входе преобразователя 27 напряжение - частота полярность напряжения останется неизменной.

После окончания третьего измерительного интервала сигнал с выхода формирователя 52 через элемент И 55 поступает на шины 69 и 96 и производить запись в регистр 86, Напряжение пропорциональное измеряемой температуре, поступает на шину 99. В остальном работа устройства аналогична вто- gg ней уставки. Тогда на выходе компарому периоду времени,

Здесь необходимо также отметить, что присоединение датчика температуры 1 непосредственно к нулевой точке

ратора 109 будет высокий уровень (н компараторе 108 низкий). Триггер 11 переходит в исходное нулевое состоя ние. Если на других входах элемента

7719&

16

двигателя дает возможность обеспечения хорошего теплового контакта, что улучшает измерительные параметры уст- ройства в целом.

Напряжения с выходом масштабных усилителей через шины (первый, второй и третий выходы блока ЦАП 33) поступают на первый, второй

JQ и третий входы блока индикации 37 соответственно. Блок индикации 37 может быть выполнен на основе вольтметра с линейной шкалой, отградуированной в изменованных единицах, и

15 переключателя, или в виде трех независимых вольтметров. Вольтметры могут быть как цифровые, так и стрелочные. Блок регулирования 3 функционирует следующим образом.

20 Напряжения, пропорциональные давлению и температуре, с выходов масштабных усилителей 91 и 92 через шины 98 и 99 (второй и третий выходы блока ЦАП 33) поступают также на рой и третий входы блока регулирования (шины 119 и 120) соответственно. На первый вход блока 38 регулирования (шина 118) поступает напряжение с выхода масштабного усилите30 ля 36,

Напряжение, пропорциональное дав-ч лению, поступает на входы компараторов 108 и 109. На другие входы компараторов 108 и 109 поступают по35 роговые напряжения (уставки) с потенциометров 102 и ЮЗ. Одна уставка (потенциометр 102) будет нижней, другая (потенциометр 103) будет верхней,

40 При уменьшении давления на приеме насоса ниже нижней уставки на выходе компаратора 108 появится высокий уровень. Триггер 113 переходит в единичное состояние, которое через эле45 мент ИЛИ 115 и усилитель 116 поступает на исполнительный механизм 117. В качестве исполнительного механизма 117 можно использовать электромагнитное реле. Реле срабатывает и вы- 50 ключает питание ПЭД, но устройство продолжает измерения. Далее давление в скважине начинает расти за счет притока нефти и в некоторый момент времени может превысить значение верхней уставки. Тогда на выходе компаратора 109 будет высокий уровень (на компараторе 108 низкий). Триггер 113 переходит в исходное нулевое состояние. Если на других входах элемента

17

ИЛИ 115 будут нулевые уровни, то исполнительный механизм 117 включит ПЭД в работу.

Алгоритм управления по температуре будет противоположным за смет того, что сигнал с триггера 114 снимается с его инверсного выхода. Поэтому, если температура статарной обмотки ПЭД превысит верхнюю уставку, триггер 114 перейдет в нулевое состояние, но на вход элемента ИЛИ 115 поступит логическая единица и реле выключит двигатель,

Алгоритм управления по сопротивлению изоляции аналогичен управлению по давлению. Отличие состоит в следующем. Диапазон измерения сопротивления изоляции должен быть достаточно большим, например от 10 до 2000 кОм. Нижняя уставка по сопротивлению изоляции должна выбираться л вблизи нижней границы диапазона, а верхняя уставка, порядка 100-200 кОм также будет находиться в нижней част диапазона. Поэтому соответствующие им напряжения на шине 97 будут находиться вблизи нулевого значения.

Напряжение с выхода масштабного усилителя 36 обратно пропорционально измеряемому сопротивлению изоляции, В начале диапазона оно будет иметь максимальную величину и достаточно большую разницу между нижней и верхней уставками. Учитывая также то, что уставки по сопротивлению изоля ции можно задать постоянно, т.е. не изменять в процессе эксплуатации, можно сделать вывод о целесообразности подачи на входы компараторов 106 и 107 напряжения с выхода масштабного усилителя 36.

Рассмотрим более подробно работу блока управления 20.

После включения напряжения питания конденсатор 50 начинает медленно заряжаться через большое сопротивление резистора 49 и большое входное Сопротивление элемента НЕ 51, в качестве которого можно использовать например, микросхему 561 ЛН2. Во время заряда конденсатора 50 на выходе узла начальной установки 48 присутствует высокий уровень который через элемент ИЛИ 57 поступает на установочный вход счетчика 39, удерживая его в исходном нулевом состоянии. После заряда конденсатора 50 до порогового значения элемента НЕ 51 на ег

1

, и

,

10

15

20

25

77719818

выходе появляется нулевой уровень, который не влияет на дальнейшую работу. Со счетчика 39 снимается блокировка и он начинает подсчет импульсов, поступающих с выхода генератора 17. В качестве генератора 17 можно использовать кваоцевый генератор импульсов, соединенным с входом делителя частоты, три выхода которого являются выходами генератора 17.

На выходах счетчика 39 Формируются импульсы с убывающей частотой следования (см. фиг. 7).

При появлении на двух входах элемента И 44 высоких уровней на его выходе появляется логическая единица, которая через элемент ИЛИ 57 поступает на установочный вход счетчика 39, снимая тем самым высокий уровень с входов элемента И 44, Интегрирующая цепь 45 обеспечивает расширение во времени импульса на выходе элемента ИЛИ 57 для надежной установки счетчика 39 в исходное нулевое состояние.

В течение первого периода времени высокий уровень находится на выходе элемента ИЛИ-НЕ 43. В течение второго периода времени высокий уровень находится на пятом выходе счетчика 39 (выход на фиг.7). В течение третьего периода времени высокий уровень находится на шестом выходе счетчика 39. Далее все повторяется. Измерительный строб на шине 62 формируется в первом периоде времени с помощью элементов И 41 и 42, элемента НЕ 40 и элемента ИЛИ-НЕ 43.

На шине 65 высокий уровень присутствует во время действия второго и третьего периодов времени, На шине 66 логическая единица присутствует в течение первого и второго периодов лц времени.

Таким образом, по сравнению с прототипом введение в устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов дополнительных узлов и связей между ними позволяет дополнительно осуществлять защиту погружного электродвигателя при срыве подачи насоса, а также повысить надежность защиты за счет измерения температуры и давления независимо от значений сопротие- ления изоляции, а сопротивления изоляции - при отключении измерительных цепей от корпуса электродвигателя,

30

35

40

50

55

191777198

ом обеспечивается линейность измерения (при линейности хаистик погружных датчиков), а повышается Надежность защиты и ть измерения параметров, по ковыс вх е ле ре со ни ля Ю му ле кл ме вх ре вх вх пе вт

торым производится защита электродвигателя, ;

Формула изобретения

вывод ВТОРОГО конденсатора соединен с первым входом выпрямителя, второй вход которого предназначен для зазем- е ления, а выходы соединены с обмоткой реле, первый выход блока управления соединен с управляющим входом источника напряжения с переключаемой полярностью и с управляющим входом ком- Ю мутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и с первым входом первого элемента и, выход которого соединен с входом усилителя f выход которого через третий конденсатор соединен с входом фильтра нижних частот, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого соединен с пер15

Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов, содержащее датчик температуры, первый диод, фильтр нижних частот, вход которого предназначен для подключения к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора s а выход соединен с первой

шиной источника напряжения с переклю- 20 вым входом блока управления, третий чаемой полярностью, вторая шина кото- выход блока управления соединен с рого подключена к входу преобразователя проводимости в напряжение, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом ключа, блок регулирования, генератор импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него дополнительно введены второй диод, первый, второй и третий конденсаторы, датчик давления, дроссель, реле, выпрямитель, усилитель, первый, второй и третий элементы И, инвертор, коммутатор, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, блок формирования измерительных интервалов, первый и второй счетчики импульсов, формирователь импульсов, блок

цифроаналоговых преобразователей, ре- усилителя, выход которого через преоб- гистр, цифроаналоговый преобразователь, и ра3ователь напряжения в частоту сое- масштабный усилитель и блок индикации, динен с третьим вхолом бжжа формиро- при этом первый вывод датчика темпе- вания измерительных интервалов и с ратуры соединен с катодом первого ди- первым входом третьего элемента И,

а. В-. 45ВЫХ°Д второго элемента И соединен с

входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами блока цифроаналоговых преобразователей, три управляю- 50 щих входа которого подключены соот-. ветственно к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления, восьмой выход которого подключен к входу - формирователя импульсов и к второму

первым входом блока формирования измерительных интервалов, четвертый выход блока управления соединен со

25 вторым входом блока формирования измерительных интервалов и с установочными входами первого и второго счетчиков импульсов, второй вход блока управления соединен с выходом бло30 ка формирования измерительных интервалов и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, выход преобразователя проog водимости в напряжение соединен с входом инвертора и с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом инвертора, а выход - с вторым входом суммирующего

второго диода, первыми выводами первого и второго конденсаторов и предназначен для подключения к нулевой точке погружного электродвигателя, катод второго диода соединен с первым выводом датчика давления, второй вывод которого соединен с анодом первого диода, вторым выводом первого конденсатора и с первым выводом дрос20

вывод ВТОРОГО конденсатора соединен с первым входом выпрямителя, второй вход которого предназначен для зазем- е ления, а выходы соединены с обмоткой реле, первый выход блока управления соединен с управляющим входом источника напряжения с переключаемой полярностью и с управляющим входом ком- мутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и с первым входом первого элемента и, выход которого соединен с входом усилителя f выход которого через третий конденсатор соединен с входом фильтра нижних частот, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого соединен с пер5

0 вым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с

0 вым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с

усилителя, выход которого через преоб- и ра3ователь напряжения в частоту сое- динен с третьим вхолом бжжа формиро- вания измерительных интервалов и с первым входом третьего элемента И,

первым входом блока формирования измерительных интервалов, четвертый выход блока управления соединен со

5 вторым входом блока формирования измерительных интервалов и с установочными входами первого и второго счетчиков импульсов, второй вход блока управления соединен с выходом бло0 ка формирования измерительных интервалов и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, выход преобразователя проg водимости в напряжение соединен с входом инвертора и с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом инвертора, а выход - с вторым входом суммирующего

Использование: электротехника, защита погружных электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи нефти и откачки воды из скважин. Сущность изобретения: введение блока управления 20, датчика давления , дросселя 10, формирователя импульсов 30, первого и второго счетчиков импульсов 31 и 32 соответственно, блока цифроаналоговых преобразователей 33. Блок управления 20 последовательно Формирует три группы периодов времени. В течение первого периода измеряются сопротивления изоляции, в течение второго - давление на приеме Насоса, в течение третьего - температура статорной обмотки погружного электродвигателя. При уменьшении дав-, пения, изоляции или при увеличении температуры исполнительный механизм блока регулирования 38 выключит погружной электродвигатель. 7 ил. со с

селя, второй вывод которого соединен -к входу третьего элемента И, выход ко- ... °э

с замыкающим контактом реле, свободный вывод которого предназначен для подключения к заземленному корпусу погружного электродвигателя, второй

торого соединен с- входом второго счетчика импульсов, выходы которого г/од- ключены к соответствующим входам регистра, управляющий вход которого

входу третьего элемента И, выход ко-

торого соединен с- входом второго счет чика импульсов, выходы которого г/од- ключены к соответствующим входам регистра, управляющий вход которого

Фаг.

flea.

9Ьг.З

фиЪ.5

Фиг. 6