Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов

 

Изобретение относится к электроте.хнике, 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я() „„1302369

А1 ц 4 H 02 Н 7/08, 3 16, 5 04

1 зенок.;-, рщ

13,",;. - ", 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ тс

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3833923/24-07 (22) 02.01.85 (46) 07.04.87. Вюл. № 13 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти (72) В. M. Ерухимович, А. М. Гребень, В. А. Шевелев, Д. Л. Шварц, B. А. Малеваный, Г. А. Гендельман и В. П. Шеховцов (53) 62! .316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 982139, кл. Н 02 Н 7/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 680103, кл. H 02 Н 7/08, 1979. (54) УСТРО! !СТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ

АНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ (57) Изобретение относится к электротехнике, 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. При появлении положитслшгого импульса на инверсном выходе генератора 6 импульсов на выходе измсритсля 9 сопротивлений возникает сигнал, модуль когорого пропорционален сумме проводимостей изоляции и датчика 1 температуры. 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 проводимости изоляции. С выхода сумматора !О сигнал, пропорциональный проводимости датчика температуры, через открытый четвертый кл|оч 12 иостунает в элемент !5 памяти и в узле !7 сравнения сравнивается с сигналом уставки срабатывания, в случае превышения которого устройство формирует сигнал на отключение питания электродвигателя. Введение в блок контроля изоляции и температуры сумматора, трех ключей, двуx элементов памяти позволяет проводить измерение температуры независимо от значений сопротивления изоляции и тем самым повысить точность тепловой защиты электродвигателя. 2 ил.

1302369

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 повышение 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 подключены к нулевой точке трансформатора 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 шина 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 соответствующими 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 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 управляющий вход третьего ключа 11 соединен с управляющим входом первого ключа 7, соединенного с прямым выходом генератора 6 импульсов.

В основу одного из примеров технической реализации предложенного устройства (фиг. 2) положены методы псевдостохастического кодирования сигналов, с помощью

10 !

35 которых обеспечиваются дежность 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 — младший), две группы элементов И 23 и 24, генератор

25 тактовых импульсов, элемент 2 — 2И—

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 вЂ” ИЛИ; узлы 16 и 17 сравнения представляют собой цифровые схемы сравнения.

Память 14 включает также коммутатор 31.

Устройство работает следующим образом.

При появлении положительного импульса 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 R заземленный корпус электродвигателя, заземленная шина измерителя

9 сопротивлений, вход измерителя 9, вывод средней точки источника 4 — проходит ток, который вызывает появление на выходе измерителя 9 напряжения +U, пропорционального проводимости изоляции. Значение напряжения U-. повторяется на выходе сумматора 10, поскольку четвертый !2 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 срабатывания при предельных значениях сопротивления 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 R-, диод

2, датчик 1 температуры, корпус электродвигателя, заземленная шина и вход измерителя 9, вывод средней точки источника 4— проходит ток, который вызывает появление на выходе измерителя 9 сопротивлений напряжения (V >+ U ), 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

1302369

1,т

4Х:к. 2 через открытый четвертый ключ 12 в память

15 заносится сигнал

11з= U из — U из — Ux= — 1) т, 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 2 " (V= 2,...,п), которые поступают на вторые группы входов коммутаторов

30 и 31. Одновременно на выходе цифроаналогового преобразователя 21 генерируется псевдослучайный процесс X(t) с раиномерныи 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 U. 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

1, X(t)(U.:«

Ъ () = 1т((((+ ) (1)

О, Х(1))Б ° где i — номер такта; т — длительность такта генератора 25; зс U из Хиакс

UH.= 2 + 2 UH3(Х" а

Последовательность Zi(i) на выходе узла

20 сравнения имеет математические ожидание М(7 ) = 2Х + — .

Последовательность Z i (i) поступает на второй вход первого элемента И в элемен.те 2 — 2И вЂ” ИЛИ 26. Последовательность с математическим ожиданием, равным —, (что соответствует машинному нулю), образуется с выхода старшего разряда сдиигового 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 несов10

40 местные последовательности, в связи с чем математическое ожидание последовательности Zz(i) на выходе ИЛИ элемента 26 равно сумме математических ожиданий входных последовательностей с весовым коэффициентом - -, т.е, 1

1 1 1!

1 - j 2X 2) + Р 2

U i 1 — — +

4Х.- 2

Декодирование последовательности

Z (i) с математическим ожиданием, пропорциональным значению проводимости изоляции осуществляется в двоичной форме с помощью реверсивного счетчика 29, суаммирующий вход которого через элемент И 27 подключен к выходу элемента 2 — 2И вЂ” ИЛИ 26, а вычитаюший вход — — через элемент И 23 к выходу коммутатора 30, на котором образуется последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным текугцему значению содержимого реверсивного счетчика 29.

Элементы И 27 и 28 служат для,тактирования последовательностей на входах реверсивного счетчика 29. Г1оложительному импульсу на прямом выходе генератора 6 прямоугольных импульсов соответствует уровень логической «единпцы», который подается на шину записи регистра 14 (вход V)

Б связи с этим содержимое счетчика 29 заносится в регистр 14 и сравнивается на цифровой схеме 16 сравнения с двоичным кодом, соответствующим уставке отключения электродвигателя при снижении сопротивления и зол я ци и.

11ри появлении положительного импульса на инверсном выходе генератора 6 начинается процесс измерения температуры обмоток электродвигателя. На выходе операционного усилителя 9 образуется напряжение (U +U ), которое в соответствии с (1) преобразуется в последовательность Z, (i ) с математическим ожиданием

М (2 ..! — —— — " — — - +

2 Хиакс 2

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

Zq (1) с математическиM ожиданием

1302369

Формула изобретения

СocTdBHTcëü О. Муратов

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор Т. Колб

Заказ 952/59 Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Т<нударствсllHol комитета СССР Ilo делам изобретений и открытий

I l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раунгская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пропорциональным значению проводимости датчика температуры. Математическое ожидание М(Z4) воспроизводимтся в реверсивном счетчике 29 в двоичном коде, который заносится в регистр 15.

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, присоединенной к входу измерителя сопротивления, общая шина 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 искключения влияния сопротивления изоляции на измерение температуры нагрева обмоток, 10 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.