УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
Нолезная модель относится к электротехнике, в частности, к области защиты от аварийных режимов работы погружных электродвигателей, работающих в электроприводах погружных центробежных электронасосов в промыщленности и сельском хозяйстве.
Известна схема для защиты электродвигателя от аварийных режимов работы, выполненная на основе электромагнитного расцепителя автоматического выключателя и аппарата для тепловой защиты, например, электротеплового реле (см. книгу: УДК 621.34. С.59. Соколов Михаил Михайлович, Липатов Дмитрий Никитич. «Электропривод и электроснабжение промышленных предприятий М.-Л., «Энергия, 1965, рис. 8.4 на стр. 247), которые включены последовательно с силовыми контактамиавтоматического
выключателя и фазами статора запщщаемого электродвигателя. Электромагнитный расцепитель срабатывает на отключение электродвигателя от сети при возникновении однофазного или многофазного металлического короткого замыкания, а аппарат для тепловой защиты - при возникновении технологических перегрузок электродвигателя.
Недостатками этой схемы защиты погружного электродвигателя от аварийных режимов работы являются следующие.
1. Нодпятник и пята (упорный подпшпник) (на схеме не показаны) погружного электродвигателя не защищаются от повышенного износа во время пуска после технологической паузы в водоснабжении.
МКИ Н02Н 7/08, 7/085
ки центробежного насоса смазываются водой. Во время пуска электронасосного агрегата при понижении уровня воды в бапше, происходит разгон ротора электронасоса, вес которого воспринимается подпятником упорного подшипника погружного электродвигателя. В процессе набора скорости изменяется и режим смазки между металлической пятой на валу насоса и резиновым подпятником электродвигателя от сухого трения до полужидкостного и жидкостного режима смазки, возникающего при всплывании ротора. В режиме сухого и полужидкостного трения происходит интенсивный износ поверхностей, что сокращает срок службы узла «пята-подпятник упорного подшипника. По этой причине, при частых включениях электронасосного агрегата системой автоматического управления водоснабжающей установкой, срок службы электродвигателя сокращается более интенсивно. Перерыв в водоснабжении хозяйственных объектов и населения, вследствие возникновения аварийных режимов работы погружных электронасосных агрегатов, приводит к массовому недоотпуску продукции, к массовым заболеваниям живот1п 1х и птицы, ухудшению санитарных условий и  6ряша ша$1Х погружного электродвигателя после технологической паузы в водоснабжении скорость движения жидкости в скважине резко возрастает. Возникает волна повышенного давления жидкости, распространяющаяся во все стороны, и гидродинамический удар. Это приводит к разрушению скважины и увеличению механических абразивных частиц в перекачиваемой жидкости, что снижает срок службы деталей насоса и ухудшает качество воды.
Паиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для защиты электродвигателя от переувлажнения изоляции (см. Проектирование комплексной электрификации / Л.Г. Прищеп, А.П. Якименко, Л.В. Шаповалов и др.; под ред. Л.Г.Прищепа.-М.:Колос, 1983 -271 с., ил. - Учебники и учебные пособия для высших с.-х. учебных заведений, рис. 5.9.), содержащее электродвигатель, подключенный к сети через последовательно соединенные силовые элементы аппарата тепловой защиты от перегрузки (на схеме не показано), силовые контакты магнитного пускателя и автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем (на схеме не показано), к силовым клеммам которого, со стороны силовых клемм магнитного пускателя, подключены первые выводы трехфазной батареи статических конденсаторов и первый и второй выводы схемы автоматического управления электродвигателем (на схеме не показаны). Вторые выводы трехфазной батареи статических конденсаторов подключены к силовым клеммам магнитного пускателя со стороны силовых элементов аппарата тепловой защиты (и электродвигателя) таким образом, что при отключенном магнитном пускателе электродвигатель подключается к сети через конденсаторы, рассчитанные так, чтобы ток статора создавал электроподогрев обмоток статора до температуры, превыщающей температуру окружающей среды не менее чем на (3...5), что препятствует переувлажнению изоляции в периоды технологических пауз. Ротор электродвигателя остается при этом неподвижным.
Недостатками данной схемы являются следующие.
l.Bo время технологических пауз водоснабжения устройство снижает скорость ротора электродвигателя до нуля. В период пуска, пара трения «пята - подпятник работает в режимах сухого и полужидкостного трения, что увеличивает ее износ.
2.При прямом пуске погружного электродвигателя после технологической паузы в водоснабжении скорость движения жидкости в скважине резко возрастает. Возникает волна повышенного давления жидкости, распространяющаяся во все стороны, и гидродинамический удар. Это приводит к разрущению скважины и увеличению механических абразивных частиц в перекачиваемой жидкости, что снижает срок службы деталей насоса.
3.Низкое качество воды, вследствие ее замутнения механическими примесями при пуске.
службы погружного электродвигателя, экономия материальных  и исключение заболеваний животных и птицы из-за перерывов в водоснабжении.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты погружного электродвигателя от аварийных режимов работы, содержащем электродвигатель, подключенный к сети через последовательно соединенные силовые элементы аппарата тепловой защиты от перегрузки, силовые контакты магнитного пускателя и автоматический выключатель, к силовым клеммам которого, со стороны силовых клемм магнитного пускателя, подключены первые выводы трехфазной батареи статических конденсаторов и первый и второй входы схемы автоматического управле1шя, выполненной на основе магнитного пускателя, первый вывод катущки которого подключен к первому входу схемы автоматического управления, второй вывод катущки магнитного пускателя соединен через последовательно включенные размыкающий контакт датчика верхнего уровня системы автоматического управления водоснабжающей установкой, размыкающий контакт аппарата тепловой защиты от перегрузки, замыкающий контакт кнопки «Пуск и размыкающий контакт кнопки «Стоп с вторым входом схемы автоматического управления, а замыкающий контакт датчика нижнего уровня системы автоматического управления водоснабжающей установкой подключен параллельно к замыкающему блокировочному контакту магнитного пускателя и кнопке «Пуск, к силовым клеммам магнитного пускателя со стороны электродвигателя подключены выводы соединенной в треугольник дополнительной трехфазной батареи статических конденсаторов и синфазно с первыми выводами, вторые выводы трехфазной батареи статических конденсаторов.
Это позволило получить следующие положительные эффекты.
1. При отключении магнитного пускателя с помощью системы
ключенным к сети последовательно с трехфазной батареей статических конденсаторов, а параллельно обмоткам статора подключена дополнительная трехфазная батарея статических конденсаторов. Емкость обеих батарей подбирается таким образом, чтобы угловая скорость вала погружного электронасосного агрегата составляла половршу от номинальной, подача воды отсутствовала, а потребляемая мощность была минимальной.  Это предотвращает исчезновение смазочного слоя между пятой и подпятником во время технологической паузы, а во время последующего пуска исключает работу упорного подщипника в режиме сухого и полужидкостного трения, увеличивая срок его службы.
2.При включении магнитного пускателя при помощи системы автоматического управления по окончании технологической  в водоснабжении, вал погружного электронасосного агрегата разгоняется с половинной до номинальной скорости не вызывая значительных колебаний давления жидкости в скважине.
3.Так как электродвигатель запускается до номинальной угловой скорости WH С ПОЛОВИННОЙ скорости 0,5н„, то повыщается качество воды, добываемой из скважины, за счет снижения концентрации механических примесей.
4.Схема проста, не содержит дефицитных дорогостоящих элементов, легко встраивается в существующие станции управления и защиты.
5.Подключение к силовым клеммам магнитного пускателя со стороны электродвигателя дополнительной трехфазной батареи статических конденсаторов увеличивает общую емкость конденсаторов, подключенных к обмоткам статора электродвигателя и улучщает общий cos системы.
Таким образом, с помощью предлагаемого технического решенщ получено расщирение функциональных возможностей устройства, выполненного по схеме прототипа, увеличение срока службы погружного электродвигателя, скважины и повыщение качества воды. электродвигателя от аварийных режимов работы.
Устройство содержит электродвигатель 1, подключенный к сети через последовательно соединенные силовые элементы аппарата 2 тепловой защиты от перегрузки, силовые контакты 3,4, 5 магнитного пускателя 6 и автоматический выключатель 7, к силовым клеммам 8, 9, 10, которого, со стороны силовых клемм 11, 12, 13 магнитного пускателя 6, подключены первые выводы 14, 15, 16 трехфазной батареи статических конденсаторов 17 и первый 18 и второй 19 входы схемы автоматического управления. Первый вывод 20 катушки 21 магнитного пускателя 6 подключен к первому входу 18 схемы автоматического управления, второй вывод 22 катушки магнитного пускателя 21 соединен через последовательно включенные размыкаюший контакт 23 датчика верхнего уровня системы автоматического управления водоснабжаюшей установкой (на схеме не показана), размыкаюший контакт 24 аппарата 2 тепловой зашиты от перегрузки, замыкаюший контакт 25 кнопки «Пуск и размыкаюшдй контакт 26 кнопки «Стоп с вторым входом 19 схемы автоматического управления, а замыкаюший контакт 27 датчика нижнего уровня системы автоматического управления водоснабжаюшей установкой подключен параллельно к замыкаюшему блокировочному контакту 28 магнитного пускателя 6 и замыкаюшему контакту 25 кнопки «Пуск. К силовым клеммам 29, 30, 31 магнитного пускателя 6 со стороны электродвигателя 1 подключены выводы 32, 33, 34 соединенной в треугольник дополнительной трехфазной батареи 35 статических конденсаторов и, синфазно с первыми выводами 14,15,16, вторые выводы 36, 37, 38 трехфазной батареи 17 статических конденсаторов.
Устройство работает следуюшдм образом.
С клемм А, В, С, при включении автоматического выключателя 7, напряжение трехфазного переменного тока подается на силовые контакты 3, 4, 5 магнитного пускателя 6, на трехфазные батареи 17, 35 статических конденсаторов и первый 18 и второй 19 выводы схемы автоматического управления. Погружной электродвигатель 1, получая питание через трехфазную батарею 17 статических конденсаторов, начинает работать на
б
тарею 17 статических конденсаторов, начинает работать на пониженной угловой скорости, равной 0,, приводя в действие центробежный насос и создавая некоторый напор воды при отсутствии подачи. При угловой скорости 0,3н„ и выше, обеспечивается гидродинамический подъем ротора погружного электронасосного агрегата на подпятнике и работа пары «пятаподпятник упорного подшипника в режиме жидкостного трения.
При нажатии на кнопку 25 «Пуск или срабатывании замыкающего контакта 27 датчика нижнего уровня воды в накопительном резервуаре, катушка магнитного пускателя 21 получает питание, замыкается блокировочный замыкаюпщй контакт 28, а магнитный пускатель 6 замыкает силовые контакты 3, 4, 5 в цепи погружного электродвигателя 1. Электродвигатель 1 напрямую подключается к сети и выходит на номинальную частоту вращения на естественной механической характеристике. При этом в работу включается также система автоматического управления водоснабжающей установки. При нажатрш кнопки 26 «Стоп или срабатывании размыкающего контакта 24 аппарата 2 тепловой защиты от перегрузки, либо при достижении заданных параметров уровня воды в накопительном напорном резервуаре и срабатывании размыкающего контакта 23 датчика системы автоматического управления водоснабжающей установки, катущка 21 магнитного пускателя 6 обесточивается, его контакты 3, 4, 5, 28 размыкаются и электродвигатель 1 оказывается подключенным к сети через трехфазную батарею 17 статических конденсаторов, которая совместно с дополнительной трехфазной батареей 35 статических конденсаторов, за счет создания с обмотками электродвигателя L-C колебательного контура и совмещения механических характеристик двигательного и тормозного режимов, обеспечивает перевод погружного электродвигателя 1 на жесткую искусственную механическую характеристику в режиме работы на скорости, равной половине номинальной. В результате создается режим технологической паузы в водоснабжении. Далее цикл повторяется.
фазного металлического короткого замыкания, срабатывает электромагнитный расцепитель автоматического выключателя 7.
При отключении автоматического выключателя 7 схема обесточивается, погружной электронасосный агрегат останавливается полностью.
Скорость погружного электронасосного агрегата в режиме технологической паузы в водоснабжении рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить минимальный напор воды при нулевой подаче, минимальный расход электроэнергии и достаточный расход смазывающей жидкости в упорном подшипнике. В результате этого исключается выход электродвигателя из строя по причине преждевременного износа и разрушения упорного подшипника. Дополнительным эффектом является снижение амплитуды колебаний давления жидкости при пуске, что увеличивает срок службы скважины и улучшает качество воды.
В связи с уменьшением износа упорного подшипника увеличивается и общий срок службы погружного электронасосного агрегата, обеспечивая бесперебойное водоснабжение хозяйственных объектов и населения. Следовательно, предлагаемое устройство для зашиты электродвигателя от аварийных режимов работы позволяет достичь поставленной цели, т.е. расширить функциональные возможности схемы прототипа, повысить надежность защиты электродвигателя от аварийных режимов работы, обеспечить экономию материальных ресурсов на ремонт погружного электронасосного агрегата, улучшить качество воды и исключить недоотпуск продукции, возникновение заболеваний животных и птицы в сельском хозяйстве.
Полезная модель может быть использована в промышленности и сельском хозяйстве для увеличения срока службы и для зашиты погружного электродвигателя центробежного электронасосного агрегата от аварийных режимов работы: от заклинивания вала вследствие разрушения подпятника, 0т короткого замыкания и от перегрузки.