УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ И УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫМ НАСОСОМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к релейной защите и предназначена для защиты электродвигателя погружного насоса от работы в аварийных режимах вызванных сухим ходом. Данное устройство может быть использовано в различных станциях управления погружными насосами.
За аналог принято устройство для защиты электродвигателя насоса от перегрузки и "сухого хода" (RU 50724, опубл. 20.01.2006 г.), содержащее три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, логический блок, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока и который выполнен с возможностью фиксации перегрузки и "сухого хода" и содержит выходное реле, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, чьи силовые контакты включены в фазы питающей сети, и два элемента индикации, отличающееся тем, что в него введены трехфазный автоматический выключатель с электромагнитными и тепловыми расцепителями тока, включенный в фазы питающей цепи со стороны ее вводов, и два дополнительных элемента индикации, при этом три элемента индикации подключены к соответствующим фазам питающей сети на выходах трехфазного автоматического выключателя, а четвертый - параллельно исполнительному органу, а в логический блок введены дополнительный вход, соединенный с общей точкой соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока, и дополнительные возможности фиксации короткого замыкания и обрыва фазы, алфавитно-цифровой индикации рабочего тока, режимов работы и параметров защиты электродвигателя насоса и автоматической настройки на номинальный рабочий режим насоса
Недостатком данного устройства является сложность конструкции.
За прототип принято наиболее близкое по технической сущности к предлагаемой полезной модели устройство защиты погружного насоса от сухого хода (RU 117737, опубл. 27.06.2012 г.), где к фазе электрической сети подключен первый вывод кнопки «стоп», а второй вывод кнопки соединен с первыми выводами параллельно соединенных кнопки «пуск» и замыкающим контактом магнитного пускателя, вторые концы которых подключены к первому выводу размыкающего контакта блока исполнения, второй вывод размыкающего контакта блока исполнения соединен с первым выводом катушки магнитного пускателя, второй вывод катушки магнитного пускателя соединен с нейтральным проводником электрической сети, причем три фазы электрической сети соединяются с первыми выводами силовых контактов магнитного пускателя, а вторые выводы силовых контактов магнитного пускателя соединяются с первыми выводами трех трансформаторов тока, далее вторые и третьи выводы трансформаторов тока подключены ко входам потенциометров, а выходы потенциометров, соединены со входом трехфазного двухполупериодного выпрямителя, причем выход трехфазного двухполупериодного выпрямителя соединен со входом RC-цепи, выход которой соединен с первым входом микроконтроллера, а второй вход микроконтроллера соединен с выходом блока гальванической развязки, который подключен своими входами параллельно катушке магнитного пускателя; выход микроконтроллера соединен со входом блока исполнения, а четвертые выводы трансформаторов тока подключены к электродвигателю погружного насоса.
Недостатком данного устройства является ограниченная функциональность.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональности и упрощение конструкции.
Устройство защиты и управления погружным насосом подключается к фазе электрической сети первым выводом кнопки «стоп», причем второй вывод кнопки соединен с первыми выводами параллельно соединенных кнопки «пуск» и замыкающим контактом магнитного пускателя, вторые концы которых подключены к первому выводу размыкающего контакта блока исполнения. Второй вывод размыкающего контакта блока исполнения соединен с первым выводом катушки магнитного пускателя. Второй вывод катушки магнитного пускателя соединен с нейтральным проводником электрической сети, причем три фазы электрической сети соединяются с первыми выводами силовых контактов магнитного пускателя. Вторые выводы силовых контактов магнитного пускателя соединяются с первыми выводами трех трансформаторов тока, далее вторые и третьи выводы трансформаторов тока подключены ко входам потенциометров. Причем выходы потенциометров, соединены со входом трехфазного двухполупериодного выпрямителя, а выход трехфазного двухполупериодного выпрямителя соединен со входом RC-цепи, выход которой подключен к первому входу микроконтроллера. Второй вход микроконтроллера соединен с выходом блока гальванической развязки, который подключен своими входами параллельно катушке магнитного пускателя. Первый выход микроконтроллера соединен со входом блока исполнения. Третий вход микроконтроллера подключен к датчику давления. Четвертый вход микроконтроллера соединен с клавиатурой. Второй выход микроконтроллера соединен с жидкокристаллическим индикатором. Третий выход микроконтроллера соединен с входом драйвера управления транзисторов IGBT, а выход драйвера управления транзисторов IGBT соединен с первым входом блока транзисторов IGBT. Вторые выводы трансформаторов тока подключены к второму, третьему и четвертому входу блока транзисторов IGBT. Все выходы блока транзисторов IGBT соединены с электродвигателем погружного насоса.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства защиты и управления погружным насосом, на фиг. 2 - диаграмма кривой тока при пуске электродвигателя погружного насоса, а на фиг. 3 - диаграмма кривой тока при возникновении аварийного режима во время работы электродвигателя погружного насоса.
Устройство защиты и управления погружным насосом подключается к фазе электрической сети первым выводом кнопки «стоп» 1, причем второй вывод кнопки 1 соединен с первыми выводами параллельно соединенных кнопки 2 «пуск» и замыкающим контактом 3 катушки магнитного пускателя 4. Вторые концы кнопки 2 «пуск» и замыкающего контакта 3 подключены к первому выводу размыкающего контакта 5 блока исполнения 6. Второй вывод размыкающего контакта 5 соединен с первым выводом катушки магнитного пускателя 4.
Второй вывод катушки магнитного пускателя 4 соединен с нейтральным проводником электрической сети, причем три фазы электрической сети соединяются с первыми выводами силовых контактов 7 магнитного пускателя. Вторые выводы силовых контактов 7 магнитного пускателя 4 соединяются с первыми выводами трех трансформаторов тока 8, 9, 10, далее вторые и третьи выводы трансформаторов тока подключены ко входам потенциометров 11, 12, 13. Причем выходы потенциометров 11, 12, 13, соединены со входом трехфазного двухполупериодного выпрямителя 14. выход которого подключен ко входу RC-цепи 15, выход RC-цепи 15 соединен с первым входом микроконтроллера 16. Второй вход микроконтроллера 16 соединен с выходом блока гальванической развязки 17, который подключен своими входами параллельно катушки магнитного пускателя 4. Первый выход микроконтроллера 16 соединен со входом блока исполнения 6. Третий вход микроконтроллера 16 подключен к датчику давления 18. Четвертый вход микроконтроллера 16 соединен с клавиатурой 19. Второй выход микроконтроллера 16 соединен с жидкокристаллическим индикатором 20. Третий выход микроконтроллера 16 соединен с входом драйвера управления транзисторов IGBT 21, а выход драйвера управления транзисторов IGBT 21 соединен с первым входом блока транзисторов IGBT 22. Вторые выводы трансформаторов тока 8, 9, 10 подключены к второму третьему и четвертому входу блока транзисторов IGBT 22. Все выходы блока транзисторов IGBT 22 соединены с электродвигателем погружного насоса 23.
Данная полезная модель работает следующим образом
Работа устройства для предотвращения ненормальных и аварийных режимов. Если когда кнопка 1 находится в замкнутом состоянии и при этом нажимается кнопка 2, то замыкающий контакт магнитного пускателя 3 срабатывает вследствие подачи на катушку магнитного пускателя 4 напряжения, далее замыкаются силовые контакты 7 магнитного пускателя 4. Электрический ток, протекая через трансформаторы тока 8, 9, 10 наводит в них ЭДС, далее ток, протекающий во вторичной обмотках трансформаторов токов 8, 9, 10, создает падение напряжения на потенциометрах 10, 11, 12. Далее переменное напряжение с потенциометров поступает на вход трехфазного двухполупериодного выпрямителя 14, где происходит преобразование переменного напряжения в пульсирующее постоянное напряжение, далее сигнал приходит в RC-цепь 15, где устраняется его высокочастотная составляющая, а также помехи. С выхода RC-цепи 15 сигнал поступает на аналоговый вход микроконтроллера 16, кроме того, микроконтроллер 16 получает сигнал о наличии напряжения на катушке магнитного пускателя 4 посредством блока гальванической развязки 17, который подключен на цифровой вход микроконтроллера 16. Анализируя полученные сигналы от RC-цепи 15 и блока гальванической развязки 17, микроконтроллер 16, в случае наступления аварийного режима, выдает сигнал, который поступает на блок исполнения 6. В случае пуска электродвигателя погружного насоса 23, микроконтроллер 16 сравнивает форму кривой амплитуды действующего значения пускового тока с эталонной, хранящейся в его памяти, в случае расположения измеряемой кривой выше эталонного, (определяется по точкам t2-t3 и i2-i3), режим считается аварийным и происходит подача сигнала на блок исполнения 6 (фиг. 2, кривые Ρ, Z). Кривая Ρ соответствует перегрузки либо неполнофазному режиму работы, Ζ соответствует случаю заклинивания ротора. В случае расположения кривой ниже эталонной (фиг. 2, кривая S), что является следствием работы погружного насоса на сухом ходу, этот режим тоже считается аварийным. Если же кривая тока соответствует эталонной, с определенной погрешностью (фиг. 2, кривая Ν), то режим пуска считается нормальным и электродвигатель погружного насоса не отключается 23. В процессе установившегося режима работы (фиг. 3, кривая Ν), если происходит увеличение силы тока, выше определенного значения (фиг. 3, кривая Р), либо уменьшение силы тока ниже определенного значения (фиг 3, кривая S), то через определенную задержку времени (фиг. 3, интервал времени t2-t3) микроконтроллер 16 отключает электродвигатель погружного насоса 23. Отключение происходит в следующем порядке: блок исполнения 6 размыкает размыкающим контактом 5 блока исполнения 6 цепь питания катушки магнитного пускателя 4, далее размыкаются силовые контакты 7 магнитного пускателя, что приводит к обесточиванию и последующей остановке электродвигателя погружного насоса 23.
Работа устройства в нормальном режиме. В случае отсутствия аварийных сигналов описанных выше, микроконтроллер 16 основываясь на информации о давлении, полученную от датчика давления 18, микроконтроллер 16 посредством драйвера управления транзисторами IGBT 22 управляет работой блоком IGBT транзисторов, которые, в свою очередь, регулируют обороты электродвигателя погружного насоса 23, что обеспечивает адаптивную подачу воды в водонапорную башню.