УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОГРУЖНОГО НАСОСА

Устройство автоматического управления электродвигателем погружного насоса относится к области автоматического управления электродвигателем, в частности электродвигателем погружного насоса с помощью электроконтактного манометра, устанавливаемого на трубопроводе, подающем воду в водонапорный резервуар.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство автоматического управления электродвигателем погружного электронасоса, содержащее электромагнитный пускатель, реле управления, первый замыкающий контакт которого включен последовательно в цепь питания катушки магнитного пускателя и электроконтактный манометр, при этом замыкающие контакты электромагнитного пускателя включены последовательно между выводами для подключения сети и выводами для подключения питания электродвигателя погружного электронасоса, первое и второе промежуточные реле и реле времени, при этом обмотка реле управления, второй замыкающий контакт первого промежуточного реле и замыкающий контакт реле времени образуют первую последовательную цепь, подключенную крайними выводами для подключения источника питания, последовательно включенные второй замыкающий контакт первого промежуточного реле и замыкающий контакт реле времени шунтированы цепью из последовательно включенных второго замыкающего контакта реле управления и включенных параллельно между собой размыкающего контакта второго промежуточного реле и размыкающего контакта реле времени обмотки управления реле времени и включенные параллельно между собой первый замыкающий контакт первого промежуточного реле и замыкающий контакт второго промежуточного реле формируют вторую последовательную цепь, обмотка первого промежуточного реле и контакт нижнего уровня электроконтактного манометра формируют третью последовательную цепь, а обмотка второго промежуточного реле и контакты верхнего уровня электроконтактного манометра формируют четвертую последовательную цепь, при этом упомянутые первая, вторая, третья и четвертая последовательные цепи включены параллельно между собой [1].
Недостатком известного устройства является то, что оно является устройством релейного типа со всеми присущими недостатками релейной аппаратуры - то есть не экономично по потребляемой мощности, обладает невысокой надежностью, что обусловлено наличием подвижных частей у реле и тем, что коммутация электрических цепей осуществляется электрическими (подвижными механическими) контактами, которые подвержены вибрации, а также износу как физическому, так и химическому, контакты обгорают и залипают (спекаются, свариваются) [2], [3]. Все отрицательные моменты в итоге снижают надежность и ресурс работы устройства управления в целом.
Так в наиболее тяжелых условиях, в процессе работы этого устройства находятся контакты электроконтактного манометра, поскольку коммутируют индуктивные обмотки промежуточных реле под напряжением питающей электросети. При гидравлических ударах, которые возникают во время включений и отключений электродвигателя насоса, происходит многократное переключение контактов манометра, это в свою очередь усугубляет процесс их износа с учетом индуктивного характера коммутируемой контактами нагрузки. Контакты реле (промежуточных и времени) участвующих в процессе работы устройства при коммутации обмотки реле управления общим количеством пять - также являются узлом с пониженной надежностью. А наличие в устройстве управления реле времени - более сложного в сравнении с промежуточными реле - также снижает надежность всего устройства. Задачей предлагаемого изобретения является сокращение релейной аппаратуры в составе устройства автоматического управления электродвигателем погружного насоса и использование в устройстве новой современной элементной базы, приборы (элементы) которой, благодаря новейшим технологиям, отличаются высокой надежностью, малыми габаритами, малым весом, малой потребляемой мощностью и большим сроком службы [4], [5].
Технической задачей полезной модели является повышение надежности устройства и его упрощение.
Технических результат достигается за счет того, что в устройство автоматического управления электродвигателем погружного насоса, содержащее электромагнитный пускатель, реле управления, замыкающий контакт которого включен последовательно в цепь питания катушки магнитного пускателя и электроконтактный манометр, при этом замыкающие контакты магнитного пускателя включены последовательно между выводами для подключения сети и выводами для подключения питания электродвигателя погружного электронасоса, введены блок питания в составе понижающего трансформатора напряжения, двухполупериодного выпрямителя, конденсатора, причем первичная обмотка трансформатора подключена к выводам для подключения источника питания, а вторичная - ко входу диодного двухполупериодного выпрямителя, выход которого образует выходные шины блока питания, к которым подключен конденсатор, а также введены компаратор напряжений со своими входными резисторами и резистором обратной связи, резисторные делители напряжения, эмиттерный повторитель, которые подключены к первой и второй шинам блока питания, две RC-цепи, диоды развязки цепей, диод защиты транзистора и транзисторный усилитель, при этом выход первого резисторного делителя напряжения через первый входной резистор компаратора подключен к первому входу компаратора напряжений, а также соединен с анодом первого и катодом второго введенных диодов, каждый из которых подключен к контактам соответственно нижнего и верхнего уровня давления электроконтактного манометра, а выход второго резисторного делителя напряжения через второй входной резистор компаратора подключен ко второму входу компаратора напряжений и соединен с первым выводом резистора обратной связи компаратора напряжений, второй вывод этого резистора подсоединен к выходу компаратора напряжений, к которому подключены входной резистор транзисторного усилителя и первые выводы резисторов двух введенных RC-цепей, первая из которых содержит последовательно соединенный анодом со вторым выводом первого резистора третий диод, причем второй вывод резистора второй RC-цепи соединен с катодом третьего введенного диода, а также с первой обкладкой конденсатора и входом эмиттерного повторителя, а вторая обкладка конденсатора, общего для обоих RC-цепей, соединена с первой из шин блока питания, обмотка реле управления, зашунтированная четвертым введенным диодом, первым выводом соединена с катодом этого диода и второй шиной блока питания, а вторым выводом обмотка реле управления соединена с коллектором транзисторного усилителя, база которого соединена со вторым выводом входного резистора транзисторного усилителя и первым выводом резистора смещения, соединенного вторым выводом с эмиттером транзистора и первой шиной блока питания, выход эмиттерного повторителя соединен с общим контактом электроконтактного манометра.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлен пример конкретного выполнения схемы устройства автоматического управления электродвигателем погружного электронасоса.
Устройство содержит катушку электромагнитного пускателя 1 и замыкающий трехфазный контакт 2 магнитного пускателя, обмотку реле управления 3, замыкающий контакт 4(3) реле управления 3, блок питания 5, в составе понижающего трансформатора напряжения 6, двухполупериодного выпрямителя 7 и конденсатора 8, выход выпрямителя образует выходные шины блока питания к которым подключен конденсатор 8. Устройство содержит компаратор напряжений 9 с входными резисторами 10 и 11, резистором обратной связи 12, резисторные делители напряжения, образованные парами резисторов 13 и 14, 15 и 16, эмиттерный повторитель 17, RC-цепи 18-19 и 20-19 с диодом 21, диоды развязки цепей управления 22 и 23, транзисторный усилитель 24, с защитой на диоде 25 с входным резистором 26 и резистором смещения 27, контакт нижнего уровня (НУ) давления 28, контакт верхнего уровня (ВУ) давления 29, электроконтактный манометр 30, электронасос 31.
Выводы сети А, В, С через трехфазные замыкающие контакты 2 магнитного пускателя подключены к выводам для подключения питания электродвигателя погружного насоса 31. Между фазами А и В сети, являющимися выводами цепи питания катушки магнитного пускателя 1, подключена цепь из последовательно включенных замыкающего контакта 4(3) реле управления и катушки 1 магнитного пускателя, первичная обмотка понижающего трансформатора 6 блока питания 5 одним выводом соединена с выводом фазы С сети, а другим соединена с выводом нейтрали N. Вторичная обмотка подключена ко входу диодного выпрямителя 7. К выходным шинам блока питания подключены: компаратор напряжений 9 - контакты (6) и (11), резисторные делители напряжения 13 и 14, 15 и 16, эмиттерный повторитель 17. Выход первого резисторного делителя напряжения 13 и 14 через первый входной резистор 10 компаратора 9 подключен к первому входу (3) компаратора 9, а также соединен с анодом первого диода 22 и катодом второго диода 23, причем катод диода 22 подключен к контакту нижнего уровня давления 28 электроконтактного манометра 30, а анод диода 23 подключен к контакту верхнего уровня давления 29 электроконтактного манометра 30. Выход второго резисторного делителя напряжения 15 и 16 через второй входной резистор 11 компаратора напряжений 9 подключен к второму входу (4) компаратора 9 и соединен с первым выводом резистора обратной связи 12 компаратора 9, второй вывод этого резистора подсоединен в выходу (9) компаратора 9, к которому подключены входной резистор 26 транзисторного усилителя 24 и первые выводы резисторов 18 и 20 RC-цепей, первая из которых содержит последовательно соединенный анодом со вторым выводом первого резистора 18 третий диод 21, а вторым выводом резистор второй RC-цепи 20 соединен с катодом третьего диода 21, а также с первой обкладкой конденсатора 19 и со входом эмиттерного повторителя 17. Вторая обкладка конденсатора 19 общего для обоих RC-цепей, соединена с первой из шин блока питания. Обмотка реле управления 3, зашунтированная четвертым диодом 25, первым выводом соединена с катодом этого диода 25 и второй шиной блока питания, а вторым выводом обмотка реле управления 3 соединена с коллектором транзисторного усилителя 24. База усилителя 24 соединена со вторым выводом входного резистора 26 транзисторного усилителя 24 и первым выводом резистора смещения 27. Вторым выводом резистор смещения 27 соединен с эмиттером транзистора усилителя 24 и первой шиной блока питания. Выход эмиттерного повторителя 17 соединен с общим контактом электроконтактного манометра 30.
Резисторные делители напряжения 13 и 14 и входной резистор 10, по своим параметрам, соответственно, равны резисторным делителям напряжения 15 и 16 и входному резистору 11.
При напряжении на входе (3) компаратора большем, нежели напряжение на входе (4), компаратор напряжений отключен, то есть выходной сигнал (контакт 9) равен нулю. Соответственно, при напряжении на входе (4) компаратора напряжений большем, нежели на входе (3), компаратор включен, то есть на его выходе (9) появляется выходной сигнал положительной полярности [4].
Устройство работает следующим образом.
Электроконтактный манометр 30 устанавливается на трубопроводе, подающем воду из скважины в водонапорный резервуар. При давлении, меньше установленного нижнего уровня, контакт нижнего уровня давления 28 электроконтактного манометра 30 замыкается. При этом в резисторном делителе напряжений 13 и 14 параллельно резистору 14 через контакт 28 и диод 22 подключается резистор эмиттерного повторителя 17. Напряжение на входе (3) компаратора 9 уменьшится, при этом произойдет включение компаратора, то есть на выходе (9) компаратора 9 появится положительный сигнал. Это приводит, при воздействии обратной связи через резистор 12, к повышению напряжения на входе (4) компаратора 9 и увеличению разности входных напряжений компаратора. Одновременно, с включением компаратора 9, открывается транзистор усилителя 24 и включается реле управления 3, замыкающие контакты 4 (3) которого подключат катушку магнитного пускателя 1 к сети (к фазам А и В), после чего замыкаются контакты 2 магнитного пускателя. Питание от сети подается на электродвигатель электронасоса 31, и он начинает работать.
Начиная с момента включения компаратора 9 начинает происходить заряд конденсатора 19 по двум цепям - через последовательно соединенные резистор 18 и диод 21 и через резистор 20. В процессе заряда конденсатора 19 будет повышаться и выходное напряжение эмиттерного повторителя 17. Время полного заряда конденсатора 19, которое зависит от параметров указанных резисторов и самого конденсатора 19, по длительности устанавливают заведомо большим, нежели длительность гидроударов, вызванных включением электроанасоса. В этом случае возможные замыкания, происходящие во время гидроударов контакта верхнего уровня давления 29 электроконтактного манометра 30, ввиду еще недостаточного по величине напряжения с выхода эмиттерного повторителя 17, подаваемого на выход резисторного делителя напряжения, образованного парой резисторов 13 и 14, не вызывают отключения компаратора 9. Далее, после окончания гидроударов, конденсатор 19 получает полный заряд, при этом выходное напряжение эмиттерного повторителя повышается до максимального значения.
Когда давление превысит установленный верхний уровень, контакт верхнего уровня давления 29 электроконтактного манометра 30 замыкается. При этом выходное напряжение эмиттерного повторителя 17 подается через контакты 29 электроконтактного манометра 30 и диод 23 на выход резисторного делителя напряжения, образованного парой резисторов 13 и 14. В результате этого напряжение на входе (3) компаратора 9 превысит напряжение на входе (4). Компаратор 9 отключится, и на его выходе (9) установится нулевой сигнал, что приведет к отключению транзисторного усилителя 24 обмотки 3 реле управления.
При отключении обмотки 3 реле управления размыкается его контакт 4(3), при этом отключается от сети катушка 1 магнитного пускателя, размыкаются его контакты 2(1) и электронасос 31 прекращает работать. После отключения насоса возникают гидроудары. Одновременно с отключением компаратора 9 через резистор 20 начинает разряжаться конденсатор 19 и, следовательно, будет снижаться напряжение на выходе эмиттерного повторителя 17. Длительность времени разряда, которое зависит от параметров сопротивления резистора 20 и емкости конденсатора 19, устанавливают заведомо большим, нежели длительность гидроударов.
Поскольку сигнал на выходе эмиттерного повторителя положителен и диод 22 катодом соединен с контактом нижнего уровня, то возможные замыкания контакта нижнего уровня давления 28 электроконтатного манометра 30 не будут оказывать влияния на выходное напряжение резисторного делителя напряжения, образованного парой резисторов 13 и 14. По этой причине компаратор надежно все время осуществления разряда конденсатора 19 находится в отключенном состоянии и, следовательно, исключено включение обмотки реле управления 3 и электронасоса 31.
По мере расхода воды из резервуара, давление падает и, когда оно становится меньше нижнего установленного уровня, процесс повторится.
В предлагаемом устройстве автоматического управления электродвигателем погружного насоса по сравнению с прототипом:
1. Выполнено сокращение релейной аппаратуры. Исключены два промежуточных реле и реле времени, со всеми присущими им недостатками.
2. Благодаря снижению напряжения и тока сигналов, коммутируемых контактами электроконтактного манометра, продлевается их ресурс работы.
3. Использована новая более надежная элементная база электронной техники.
Все это позволяет резюмировать, что предлагаемое устройство имеет большую надежность и проще в сравнении с прототипом.
1. Патент №2247457(13)С1. Н02Н 5/08.
2. А.А.Чунихин. Электрические аппараты М. «Энергия», 1967 (стр.64-72).
3. О.Б.Брон Электрическая дуга в аппаратах управления Госэнергоиздат, 1954
4. Справочник «Интегральные микросхемы» М. «Радио и связь» 1984 (стр.463-465)
5. П.Хоровиц, У.Хилл Искусство схемотехники В двух томах с дополнением М. «Мир», 1984