УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ И "СУХОГО ХОДА"
DEVICE FOR PROTECTING ELECTRIC MOTOR OF SUBMERSIBLE ELECTRIC PUMP AGAINST OVERLOAD AND "DRY STROKE"

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к релейной защите, и может быть использовано для защиты электродвигателей погружных электронасосов от перегрузки и “сухого хода” (исчезновения воды в скважине).
Известно устройство для защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода» [1], содержащее три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока, и потенциометр, подключенный к выходам трехфазного двухполупериодного выпрямителя. Это устройство также содержит RC-цепь с диодом, которая подключена к регулируемому выводу потенциометра через первый вывод резистора, зашунтированного диодом, и к входу первого компаратора через точку соединения второго вывода резистора и первого вывода конденсатора. Выход первого компаратора соединен с первым входом логического элемента 2ИЛИ и с первым RS-триггером, к выходу которого подключен элемент индикации. Выход логического элемента 2ИЛИ соединен с выходным реле, контакты которого включены в цепь управления исполнительного органа. Силовые же контакты выходного реле включены в фазы питающей сети, после замыкания которых по обмоткам электродвигателя и трансформаторов тока начинает протекать ток. Один из выходов трехфазного двухполупериодного выпрямителя и второй вывод конденсатора RC-цепи подключены к общей шине. В этом устройстве также имеются два компаратора, трансформатор тока, подключенный к одной из фаз сети, один из выходов которого соединен с общей шиной, а другой подключен к входу второго компаратора. Вход третьего компаратора подключен к фазному проводу той же фазы, что и трансформатор тока. Выход второго компаратора соединен с первыми входами логических элементов 2И и 2И-НЕ, а выход третьего компаратора подключен ко второму входу логического элемента 2И-НЕ. Выход логического элемента 2И-НЕ соединен с вторым входом логического элемента 2И, выход которого соединен с входом интегратора. К выходу интегратора присоединен один вывод ключа, второй вывод ключа присоединен к резистору. Резистор же подключен к конденсатору и неинвертирующему входу повторителя. Инвертирующий вход и выход повторителя соединены в общую точку, которая соединяется со вторым входом логического элемента ИЛИ и вторым RS-триггером. К выходу второго RS-триггера подключен второй элемент индикации.
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода».
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы устройства для защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода».
пит
пит
Для решения поставленной задачи в устройстве для защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода», содержащем три трансформатора, устанавливаемых в фазы питающей сети, трехфазный выпрямитель, входы которого соединены с выходами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов. Потенциометр, подключенный к выходам трехфазного выпрямителя. Два компаратора, неинвертирующие входы которых соединены с потенциометром. Два светодиода, индикаторы тока электродвигателя, вход первого светодиода соединен через резистор с выходом первого компаратора, выходы светодиодов соединены с общей шиной. Логический элемент 2ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора. Выходное реле, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, вход которого соединен с выходом элемента выдержки времени, а его выход соединен с шиной +U, а силовые контакты выходного реле включены в фазы питающей сети. Сглаживающая емкость, подключенная к выходам трехфазного однополупериодного выпрямителя. Делитель напряжения, выполненный на трех резисторах, один из его выходов соединен с шиной +U, а другой с общей шиной, также делитель напряжения соединен с инвертирующими входами компараторов. Инвертор, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход соединен через резистор со входом второго светодиода и со вторым входом логического элемента 2ИЛИ. Элемент выдержки времени, вход которого соединен с выходом логического элемента 2ИЛИ.
На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода».
ном
ном
ном
ном
пит
Устройство для защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода» содержит: три трансформатора 1, преобразующих ток в напряжение, электродвигатель 2, устанавливаемые в фазы питающей сети, коммутируемой силовыми контактами 3 исполнительного органа, трехфазный однополупериодный выпрямитель 4, входы которого соединены с выходами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов 1, преобразующих ток в напряжение. Сглаживающая емкость 5, потенциометр 6, подключенные к выходам трехфазного однополупериодного выпрямителя 4. Делитель напряжения 7 выполнен на резисторах 8, 9, 10. На него подается напряжение, компараторы 11 и 12, на неинвертирующие входы которых подается величина напряжения от снимаемого потенциометра 6, а на инвертирующие входы компараторов 11 и 12 подается напряжение от делителя напряжения 7, который подобран так, чтобы компаратор 11 реагировал на повышение тока до 1,2·I (перегрузку), а компаратор 12 реагировал на снижение тока до 0,4·I (исчезновения воды в скважине), инвертор 13, вход которого соединен с выходом компаратора 12, светодиод 14, индикатор тока электродвигателя 2, который загорается при достижении напряжения на движке потенциометра 6 значения, заданного делителем напряжения 7, и сигнализирует о перегрузке (1,2·I), вход которого соединен через резистор 15 с выходом компаратора 11, светодиод 16, индикатор тока электродвигателя 2, который загорается при достижении напряжения на движке потенциометра 6 значения, заданного делителем напряжения 7, и сигнализирует об исчезновении воды в скважине (“сухом ходе”) (0,4·I), вход которого соединен через резистор 17 с выходом инвертора 13, выходы светодиодов 14 и 16 соединены с общей шиной, логический элемент 2ИЛИ 18, один из входов которого соединен с выходом компаратора 11, а другой соединен с выходом инвертора 13, элемент выдержки времени 19, вход которого соединен с выходом логического элемента 2ИЛИ 18, выходное реле 20, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, вход которого соединен с выходом элемента выдержки времени 19, а его выход соединен с шиной+U, а силовые контакты выходного реле 20 включены в фазы питающей сети.
Устройство для защиты электродвигателя погружного электронасоса от перегрузки и «сухого хода» работает следующим образом.
После замыкания силовых контактов 3 исполнительного органа по обмоткам электродвигателя 2 и трансформаторов 1, преобразующих ток в напряжение, протекает ток. Напряжение с вторичных обмоток трансформаторов 1, преобразующих ток в напряжение, поступает на трехфазный однополупериодный выпрямитель 4, с выхода трехфазного однополупериодного выпрямителя 4 выпрямленное напряжение сглаживается сглаживающей емкостью 5 и прикладывается к потенциометру 6. Величина напряжения, снимаемого с потенциометра 6, сравнивается с напряжением, заданным делителем напряжения 7. Эти оба напряжения подаются на компараторы 11 и 12: величина напряжения, снимаемого с потенциометра 6, подается на неинвертирующие входы компараторов 11 и 12, а напряжения, заданные делителем напряжения 7, подаются на инвертирующие входы компараторов 11 и 12.
При номинальном токе нагрузки величина напряжения на инвертирующем входе компаратора 11 превышает напряжение на неинвертирующем входе компаратора 11, следовательно, на выходе компаратора 11 появится логический “0”, а на инвертирующем входе компаратора 12 величина напряжения меньше, чем на неинвертирующем входе компаратора 12, следовательно, на выходе компаратора 12 появится логическая “1”, которая поступает на вход инвертора 13, на выходе которого появится логический “0”. В итоге, на входы светодиодов 14 и 16 через резисторы 15 и 17 поступает логический “0”, ток через светодиоды 14 и 16 не протекает, светодиоды 14 и 16 не горят. Также на входы логического элемента 2ИЛИ 18 поступают логические “0”, в результате чего на его выходе появится логический “0”, этот логический “0”, пройдя через элемент выдержки времени 19, поступает на вход выходного реле 20, в результате чего выходное реле 20 не изменит своего состояния (контакты выходного реле 20 замкнуты) и электродвигатель 2 продолжает работать.
ном
При перегрузке по току, когда ток составляет 1,2·I, величина напряжения на инвертирующем входе компаратора 11 становится меньше величины напряжения на неинвертирующем входе компаратора 11, следовательно, на выходе компаратора 11 появится логическая “1”, а на инвертирующем входе компаратора 12 величина напряжения меньше, чем на неинвертирующем входе компаратора 12, следовательно, на выходе компаратора 12 появится логическая “1”, которая поступает на вход инвертора 13, на выходе которого появится логический “0”. В итоге, на вход светодиода 14 через резистор 15 поступает логическая “1”, через светодиод 14 начинает течь ток, светодиод 14 загорается, сигнализируя о перегрузке. На вход светодиода 16 через резистор 17 поступает логический “0”, ток через светодиод 16 не протекает, светодиод 16 не горит. Также на входы логического элемента 2ИЛИ 18 поступают логическая “1” и логический “0”, в результате чего на его выходе появится логическая “1”, которая поступает на вход элемента выдержки времени 19, через заданное время (например, 3 сек), если неполадка не устранена, на выходе элемента выдержки времени 19 появится логическая “1”, которая поступает на вход выходного реле 20, в результате чего выходное реле 20 возвращается в исходное состояние (контакты выходного реле 20 разомкнуты) и электродвигатель 2 прекращает работать.
ном
При исчезновении воды в скважине (“сухом ходе”) происходит резкое уменьшение потребляемого электродвигателем 2 тока до величины 0,4·I. Величина напряжения на инвертирующем входе компаратора 11 превышает напряжение на неинвертирующем входе компаратора 11, следовательно, на выходе компаратора 11 появится логический “0”, а на инвертирующем входе компаратора 12 напряжение больше величины напряжения на неинвертирующем входе компаратора 12, следовательно, на выходе компаратора 12 появится логический “0”, который поступает на вход инвертора 13, на выходе которого появится логическая “1”. В итоге, на вход светодиода 14 через резистор 15 поступает логический “0”, через светодиод 14 ток не протекает, светодиод 14 не горит. На вход светодиода 16 через резистор 17 поступает логическая “1”, через светодиод 16 начинает течь ток, светодиод 16 загорается, сигнализируя об исчезновении воды в скважине (“сухом ходе”). Также на входы логического элемента 2ИЛИ 18 поступают логический “0” и логическая “1”, в результате чего на его выходе появится логическая “1”, которая поступает на вход элемента выдержки времени 19 через заданное время (например, 3 сек), если неполадка не устранена, на выходе элемента выдержки времени 19 появится логическая “1”, которая поступает на вход выходного реле 20, в результате чего выходное реле 20 возвращается в исходное состояние (контакты выходного реле 20 разомкнуты) и электродвигатель 2 прекращает работать.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2309298, опубл. 27.10.2007 - прототип.