ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С СИСТЕМОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА

Предполагаемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в погружных маслонаполненных электродвигателях, в частности работающих в приводе насосов для добычи жидкости из нефтяных скважин.
Известен погружной электродвигатель, содержащий статор, ротор, датчик температуры, датчик давления, датчик вибрации, источник напряжения и провода (Пат. РФ №2255408, опубл. 27.06.2005).
Длительное воздействие высоких температур, давлений и вибраций негативно сказывается на работе блока телеметрии, происходит отказ электроники, помещенной в блок телеметрии.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является погружной электродвигатель (электродвигатель) с системой защиты и управления. Устройство содержит термовыключатель, установленный в головной части электродвигателя и срабатывающий при нарушении температурного режима, резисторы, станцию управления с блоками контроля изоляции и управления электродвигателем, силовой трансформатор и силовой кабель (Пат. РФ №2046487, опубл. 20.10.1995).
В данном случае достигнута защита двигателя от перегрева, но недостатком данного устройства, является отсутствие задержки включения электродвигателя после срабатывания защиты от повышенной температуры, что может привести к краткосрочным запускам и остановкам электродвигателя и в дальнейшем приведет к выходу электродвигателя из строя от воздействия высоких пусковых токов.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности работы электродвигателя в режиме срабатывания защиты от повышенной температуры, что позволяет уменьшить затраты на обслуживание и ремонт электродвигателя.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом погружном электродвигателе с системой защиты от перегрева, включающем корпус, с размещенными в нем узлом токоввода, статором с обмоткой, соединенным с узлом токоввода силовым кабелем, термовыключатель, силовой трансформатор, блок контроля загрузки и блок управления электродвигателем, содержащий контактор, термовыключатель, соединяющий обмотку статора электродвигателя с вторичной обмоткой силового трансформатора, установлен между узлом токоввода и обмоткой статора, а блок управления электродвигателем запрограммирован на запуск электродвигателя с выдержкой времени, необходимого для достаточного охлаждения электродвигателя.
Техническая задача решается созданием электродвигателя, способного в автоматическом режиме отключаться при приближении температуры электродвигателя к критической, а после срабатывания защиты, запускаться в автоматическом режиме в работу по прошествии времени ожидания запуска электродвигателя, необходимого для достаточного охлаждения электродвигателя.
На фигуре 1 представлена конструкция заявляемого электродвигателя.
На фигуре 2 представлена структурная электрическая схема с системой защиты и управления электродвигателем.
Электродвигатель состоит из корпуса 1, в котором размещены узел токоввода 2, соединенный через термовыключатель 3 и силовой кабель 4 с обмоткой статора 5, вал 6, ротор 7 и полости 8 с маслом (фиг.1).
Обмотка статора 5 погружного электродвигателя через силовой кабель 4 и термовыключатель 3 запитывается от вторичной обмотки 9 силового
трансформатора 10 (фиг.2). Первичная обмотка 11 подключается к трехфазной сети с помощью контактора 12.
В составе используемой в настоящее время на промыслах комплектной трансформаторной подстанции 13 типа КТП ПН для контроля за работой насосов в нефтяных скважинах помимо другой аппаратуры используется блок 14 контроля загрузки электродвигателя и блок 15 управления электродвигателем, который отключает напряжение от силового трансформатора 10 с помощью контактора 12 при снижении загрузки двигателя ниже установленного значения, на время ожидания запуска электродвигателя. По прошествии времени ожидания запуска электродвигателя, блок 15 автоматически подключает напряжение от силового трансформатора 10 с помощью контактора 12.
Предлагаемый электродвигатель работает следующим образом.
Установку электрического центробежного насоса, в состав которой входит заявляемый электродвигатель, спускают в скважину на заданную глубину. На первичную обмотку 11 силового трансформатора 10 подают напряжение включением контактора 12 с помощью сигнала из блока 15 управления электродвигателем.
После включения электродвигателя, масло, циркулирующее внутри него по замкнутому контуру, включающему полость 8, вследствие тепловыделений в обмотке статора 5, роторе 7, узле токоввода, 2, подшипниках и втулках подшипников (на рисунках не показаны) нагревается до рабочей температуры.
До этой же температуры нагревается и термовыключатель 3. Контакты термовыключателя 3 замкнуты, так как он настроен на температуру выше рабочей, но меньше предельной для электродвигателя.
При отсутствии или уменьшении потока жидкости, омывающей электродвигатель, или вследствие каких-либо других причин, температура всех металлических и неметаллических частей двигателя повышается. При достижении заранее установленной температуры отключения, выше рабочей,
но меньше предельной для электродвигателя, на термовыключателе 3 происходит размыкание контактов и остановка погружного электродвигателя до охлаждения термовыключателя 3 ниже температуры замыкания его контактов и на время ожидания запуска электродвигателя. Время ожидания запуска электродвигателя устанавливается индивидуально для каждой скважины и зависит от типоразмера используемого электродвигателя, скорости потока жидкости омывающей электродвигатель и других факторов влияющих на перенос тепла от двигателя в окружающую среду. При размыкании контактов термовыключателя 3, срабатывает блок 14 контроля загрузки электродвигателя (при размыкании контактов термовыключателя 3, загрузка электродвигателя в блоке 14 контроля загрузки электродвигателя равна нулю, а минимальное значение загрузки электродвигателя устанавливается всегда больше нуля), сигнал с которого через блок 15 управления электродвигателем, ведет к отключению контактора 12 и снятию питающего напряжения с первичной обмотки 11 силового трансформатора 10 на время ожидания запуска электродвигателя, заданного в блоке 15 управления электродвигателем. Начинается процесс остывания электродвигателя.
По прошествии времени ожидания запуска электродвигателя, заданного в блоке 14 контроля загрузки электродвигателя, сигнал с которого через блок 15 управления электродвигателем ведет к включению контактора 12 и подключению питающего напряжения первичной обмотки 11 силового трансформатора 10 и запуску электродвигателя в работу.
Если за заданное время ожидания запуска электродвигателя, термовыключатель 3 не остыл ниже температуры замыкания контактов термовыключателя 3, (когда контакты термовыключателя 3 не замкнулись), то цикл ожидания запуска электродвигателя повторяется до тех пор, пока температура термовыключателя 3 не достигнет температуры замыкания контактов термовыключателя 3. Перед началом работы блок управления электродвигателем 15 программируется на запуск электродвигателя с выдержкой
времени, необходимой для достаточного охлаждения электродвигателя, которая устанавливается непосредственно на скважине в зависимости от ее характеристик.
Например, в процессе откачки продукции нефтяной скважины на первичную обмотку 11 силового трансформатора 10 подано напряжение включением контактора 12 с помощью сигнала из блока 15 управления электродвигателем. В активной части обмотки статора 5 устанавливается рабочая температура, например 90 град. С. Контакты термовыключателя замкнуты, так как он настроен на предельный уровень по температуре, например в 100°С, поэтому термовыключатель 3 не препятствует работе погружного электродвигателя.
Если по каким-либо причинам начинается рост температуры статорной обмотки, то с некоторым запозданием повышается температура масла в двигателе. Температура термовыключателя 3 также растет. По достижении установленного предела 100 град. С, цепь термовыключателя 3 размыкается. Это ведет к тому, что значение загрузки электродвигателя, в блоке контроля загрузки электродвигателя 14 снижается до нуля. Значения уставок в блоке контроля загрузки электродвигателя 14 устанавливаются всегда больше нуля. Поэтому размыкание цепи термовыключателя 3 вызывает срабатывание блока 14 контроля загрузки электродвигателя, сигнал с которого через блок управления электродвигателем 15 ведет к отключению контактора 12 и к снятию питающего напряжения с первичной обмотки 11 силового трансформатора 10 и включению таймера времени в блоке управления электродвигателем 15, например на 1 час.
Начнется процесс остывания статорной обмотки погружного электродвигателя. По достижении температуры термовыключателя 3 значения меньшего 100 град. С, цепь с термовыключателем замыкается. По окончании отсчета времени, установленного на таймере - 1 час, с блока управления электродвигателем 15 подается сигнал, который ведет к включению
контактора 12, подключению питающего напряжения в первичной обмотки 11 силового трансформатора 10 и запуску электродвигателя в работу.
Если 1 час прошел, а цепь с термовыключателем 3 не замкнулась, то есть не хватило времени на охлаждение термовыключателя ниже 100 град. С, то с блока управления электродвигателем 15 подается сигнал, который ведет к включению контактора 12 и подключению питающего напряжения в первичной обмотки 11 силового трансформатора 10 и запуску электродвигателя в работу. Загрузка электродвигателя равна нулю, так как термовыключатель 3 разомкнут, что вызывает срабатывание блока 14 контроля загрузки электродвигателя, сигнал с которого через блок управления электродвигателем 15 ведет к отключению контактора 12 и к снятию питающего напряжения с первичной обмотки 11 силового трансформатора 10 и включению таймера времени в блоке управления электродвигателем 15 на 1 час. Так происходит до тех пор, пока температура термовыключателя не опустится ниже 100°С.
Применение предлагаемого электродвигателя, позволяет значительно увеличить наработку электродвигателя, снизить количество ремонтов погружных электродвигателей, увеличить добычу нефти, за счет сокращения количества ремонтов скважин, снизить затраты на обслуживание скважины.