Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам для защиты электродвигателей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля дополнительно К скважинных параметров. Устройство содержит датчик температуры 1 и присоединенные параллельно через узлы коммутации датчики скважинных параметров 5. Датчики 5 присоединены через диод 2 к нулевой точке обмотки 29 электродвигателя . Коммутация датчиков осуществляется подачей напряжений различного уровня через нулевую точку с W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 ((9(SU((i) 1 45 ш 4 Н 02 Н 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКСИОЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4001239/24-07 (22) 03. 01. 86 (46) 23.01.89. Бюл. Н 3 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" (72) В.М. Ерухимович, В.А. Шевелев„

Д.Л. Шварц, В.А. Жарков и Г.А. Гендельман . (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 682139, кл. Н 02 Н 7/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1302369, кл, H 02 Н 7/08, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АНОРМАЛЬНЫХ

PЕЖИМОВ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты электродвигателей. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля дополнительно К скважинных параметров. Устройство содержит датчик температуры 1 и присоединенные параллельно через узлы коммутации датчики скважинных параметров 5. Датчики 5 присоединены через диод 2 к нулевой точке обмотки 29 электродвигателя. Коммутация датчиков осу- ществляется подачей напряжений различного уровня через нулевую точку

1453511 вторичной обмотки 30 сетевого трансформатора. Одновременно по той же цепи производится измерение очередного параметра и его запоминание.

Изобретение относится к электротехнике, в частности устройствам, для защиты от анормальных режимов погружных . электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи нефти.

Цель изобретения — расширение

1 функциональных возможностей путем обеспечения контроля дополнительно к скважинным параметрам; на фиг .1 структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема .одного иэ вариантов технической реализации устройства; на фиг. 3 — 15 временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 температуры, соединенный с диодом 2„

K узлов коммутации (К вЂ” число допол- 20

<нительных измеряемых. параметров), каждый из которых состоит из стаби< литрона 3 и ключа 4, дополнительные датчики 5, фильтр 6 нижних частот, подключенный к переключателю 7 поляр25 ности, состоящий из источника 8 напряжения с выходом средней точки, одним отрицательным и К+1 положительными полюсами (при этом напряжения положительной полярности U, U<

30 на выходах источника 8 напряжения образуются исходя иэ: U< О т,, Uñò. ю ct - Из UÎ ст< и т.д., где U — напряжение стабилизации стабилитрона 3 в узле комму- 35 тации), первый 9, второй 10 и дополнительный t 1 ключи, выходы которых объединены и подключены к фильтру 6 . нижних частот, генератор 12 импульсов на К+2 выходов, образованный соб- 40 ственно генератором 13 и распределителем 14 импульсов. В состав устройства входят третий 15, четвертый 16 и пятый 17 ключи, первая группа 18 ключей, первый элемент 19 памяти, 45 соединенный с третьим ключом 15, второй элемент 20 памяти„ соединенный

Значение очередного параметра вычисляется как разность между текущим значением н суммой заполненных ранее значений параметров. 3 ил. с четвертым ключом 16, дополнительные элементы 21 памяти, соединенные с первой группой 18 ключей, вторую группу 22 ключей, элементы ИЛИ 23, узлы ?4 и 25 сравнения, дополнитель-. ные узлы 26 сравнения, измеритель 27 сопротивления, подключенный к источнику 8 напряжения и сумматор 28, соединенный с выходом пятого ключа 17 и второй группой 22 ключей.

Датчик 1 температуры установлен вблизи обмотки электродвигателя 29 и подключен последовательно с диодом 2 между нулевой точкой обмотки 29 и клеммой для заземления корпуса электродвигателя, выходы ключей 4 присоединены к выводам дополнительных датчиков 5, входы ключей 4 присоединены через диод 2 к нулевой точке обмотки 29 и своим управляющим входам через стабилитроны 3. Выходы ключей 9-11 соединены между собой и через фильтр 6 нижних частот подключены к нулевой точке вторичной обмотки 30 сетевого трансформатора.

Отрицательный полюс источника 8 напряжения присоединен к входу ключа 9, выходы положительной полярности— к входам ключей 10 и 11. Выход средней точки источника 8 присоединен к входу измерителя 27 сопротивления, общая шина которого заземлена.

Выход измерителя 27 соединен с одним -входом сумматора 28. Выход сумматора присоединен к входам клю-.

Бей 15 и 16 и первой группы 18, состоящей из К ключей, выходы которых соединены с элементами 19-21 памяти, а управляющие входы ключей — с выходами генератора 12. Выходы элементов памяти 19-21 соединены с входами узлов 24-26 сравнения и входами ключей

17 и второй группы 22, за исключением К-ro элемента памяти группы 21, выходы ключей 17 и второй группы 22 соединены с другими входами сумматоU =-U„+П„ +Б„П

И который сравнивается в узле 25 с сигналом уставки срабатывания при предельных значениях температуры

25 обмотки электродвигателя.

При появлении импульса на третьем выходе генератора 12 открываются первые ключи в группах 11 и 18.

С помощью сигналов, образующихся на

30 выходах первого и второго элементов

ИЛИ 23, открывается ключ 17 и первый ключ второй группы 22. Напряжение с второго положительного полюса источника 8 (Б,) через фильтр нижних частот, обмотки ?9 и 30, диод 2 подллючается к стабилитрону 3. Так как

U U с U,, то первый стабилист, г трон 3 пробивается, ключ 4 открывается, при этом ток стабилизации удер4р живает ключ 4 в открытом состоянии.

По цепи: второй положительный полюс источника 8, фильтр 6 нижних частот, обмотки 30 и 29, сопротивление изоляции, диод 2, датчик 1 температуры, 45 первый дополнительный датчик 5, цепь стабилизации стабипитрона 3, заземленный корпус электродвигателя, заземленная шина и вход измерителя 27, вывод средней точки источника 8 про О ходит ток, который вызывает на выходе измерителя 27 сопротивлений напряжение (U„ + U + UA „ ), котоДор рое пропорционально сумме проводимостей изоляции датчика температуры и

55 дополнительного датчика первого дополнительного параметра. Сигнал с выхода измерителя поступает на первый вход сумматора 28, на второй и третий входы которого поступают сигналы с

145351 ра 28, управляющие входы ключей 17 и группы 22, за исключением К-го ключа второй группы 22, соединены с выходами элементов ИЛИ 23 управУ

5 ляющий вход К-ro ключа второй группы 22 соединен с управляющим входом

К-го ключа группы 11. Входы группы элементов ИЛИ 23 соединены с выходами генератора 12 импульсов, причем входы элемента ИЛИ 23, выход которого соединен с управляющим входом ключа 17, соединены с группой,К+1 выходов генератора импульсов, начиная с второго, входы элемента ИЛИ 23, 15 выход которого соединен с управляющим входом L-го ключа группы 22 (Ь = 1,2, ..., К-1), соединены с группой (К-Ь+1) выходов генератора

12 импульсов, начиная с (Ь+2)-го.

Устройство работает следующим образом.

При появлении импульса.на первом выходе генератора 12 открывается первый 9 и третий 15 ключи и по цепи: отрицательный полюс источника 8 напряжения, фильтр 6 нижних частот, вторичная обмотка 30 трансформатора обмотка 29 статора электродвигателя, сопротивление изоляции R„, заземленный корпус электродвигателя, заземленная шина измерителя 27 сопротивлений, вход измерителя 27, вывод средней точки источника 8 проходит ток, который вызывает появление на выходе измерителя 27 напряжения— U пропорционального проводимости. изоляции. Значение напряжения повторяется на выходе сумматора 28, поскольку четвертый и пятый ключи 16 и 17, первая 18 и вторая 22 группа ключей закрыты и на других входах сумматора 28 сигналы отсутствуют.

Сигнал с выхода сумматора 28 заносится в память 19 через открытый третий ключ 15 и сравнивается в узле 24 с сигналом уставки срабатывания при предельных значениях со« противления изоляции.

При появлении импульса на втором выходе генератора 12 открывается второй 10, четвертый 16 и через цлемент ИЛИ группы 23 пятый 17 ключи и по цепи: первый положительный полюс источника 8 напряжения, фильтр 6 нижних частот, вторичная обмотка 30 трансформатора, обмотка . 29 статора электродвигателя, сопротивление изоляции R, диод 2, дат1

4 чик 1 температуры, корпус электродвигателя, заземленная шина и вход измерителя 27, вывод средней точки источника 8 проходит ток, который вызывает на выходе измерителя 27 сопротивлений напряжение (U> + U ), которое пропорционально сумме проводимостей изоляции и датчика температуры. Сигнал с выхода измерителя 27 поступает на первый вход сумматора

28, на второй вход которого через открытый сигналом с выхода первого элемента ИЛИ 23 пятый ключ 17 поступает с выхода 19 памяти сигнал, модуль которого соответствует проводимости изоляции. С выхода сумматора через открытый четвертый ключ 16 в память 20 заносится сигнал

14535

45

5 выходов элементов 19 и 20 памятей через открытые ключи 17 и 22, при этом сигнал с выхода элемента 20 памяти инвертируется (не показано).

С выхода сумматора 28 через открытый

5 первый ключ первой группы 18 в первый элемент 21 группы памяти заносится сигнал

Нн Uåó Пт + Пи + Пт +

П4ои Паол э который в узле 26 сравнивается с сигналом уставки срабатывания.

При появлении четвертого и последующего импульсов на выходах генератора 12 устройство работает аналогично описанному вьппе. За счет пробоя стабилитронов 3 увеличивается число параллельных ветвей, содержащих доиолнительныа датчики 5,через которые протекает ток от третьего и последующих вьжодов источника 8. Соответственно увеличивается количество вычитающих входов сумматора 28. В ив= мерителе 27 сопротивления автомати- 25 чески устанавливается необходимый масштабный коэффициент усиления для компенсации увеличения тока через измеритель 27 sa счет увеличения значения напряжения, снимаемого с источ- Зр ника 8 при измерении дополнительного параметра.

На фиг. 2 показан пример технической реализации устройства при измерении трех параметров режима работы погружного электронасоса: изоляции сопротивления, температуры обмотки электродвигателя и данления жидкости в скважине. Устройство реализуется на основе применения псевдостохасти- 40 ческих методов кодирования информации

В этом случае роль измерителя 27 сопротивления выполняет операционный усилитель. Сумматор 28 включает узел 31 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 32, и-разрядный сдвиговый регистр 33 с линейной обратной связью, две группы элементов И 34 и 35, генератор 36 тактовых импульсов, четыре элемента И 37-40, элемент

4-2И-ИЛИ 41, первый и второй элементы И 42 и 43, реверсивный счетчик 44, первый коммутатор 45. Роль элементов памяти вь1полняют регистры 19-21, роль ключей 15-18 выполняют элементы, обеспечивающие запись (вход V) в регистры 19-21, Ключи 17 и 22 выполнены на элементах 2-2И-ИЛИ, 11 6

Памяти 19 и 20 включают также коммутаторы 46 н 47. Генератор 12 импульсон содержит тактовый генера гор 13 и распределитель импульсон, выполненный на трехразрядном циклическом регистре 14 сдвига, шина сдвига которого соединена с выходом генератора 13, а выходы являются выходами генератора 12 импульсов. Параллельно резистору обратной связи в операционном усилителе через ключ 48 подключены резистор с таким же значением сопротивления, управляющий вход, ключа 48 соединен с выходом третьего разряда циклического регист-, ра 14 сдвига. Первые и вторые входы элементов И37-40 подключены к прямым и инверсным выходам двух младших разрядон регистра 33 сдвига с обратной связью с целью образования на входах элементов ИЛИ 41 несонместных последовательностей.

Ключ 4 выполнен на транзисторе, в цепь базы которого включен стабилитрон 3.

Реализуемое на основе псевдостохастических методов кодирования устройство работает следующим образом.

После включения питания и нажатия кнопки "Пуск" (не показана) в первый разряд циклического регистра

14 сдвига заносится единица, На выходах генераторов 13 н 36 порождаются тактовые последовательности импульсов, которые поступают на шину сдвига регистров 14 и 33 соответственно. На выходах элементов И групп 34 и 35 образуются псевдослучайные последовательности, имеющие математические ожидания, пропорциональные 2, р = 1, и, которые поступают на вторые входы коммутаторов

45-47. Одновременно на выходе цифроаналогоного преобразователя 32 генерируется псевдослучайный процесс с . равномерным распределением. На выходах коммутаторов 45-47 образуются псевдослучайные последовательности, математические ожидания которых пропорциональны значениям чисел, содержа щихся в реверсивном счетчике 44 и регистрах 19 и 20.

Напряжение на выходе операционного усилителя подается на первый вход узла 31 сравнения, где сравнивается с псевдослучайным процессом, подава1453" 11

1 1 1 1 1 — ) — + —,— + —. +

2 4 24 24

2 М (2 ь } — — ь

1 1 -Ugú

+ — ° — = — - +

2 4 8хчащс

Декодирование последовательностей с Z (i)} осущестяпяется с помощью реверсивного счетчика 44 с обратной связью через коммутатор 45. Импульс на выходе первого разряда циклического регистра 14 подается на вход регистра 19, в связи с чем осуществляется запись содержимого счетчика

44 в регистр 19 и сравнение его с двоичным кодом уставки в узле 24 сравнения. При появлении импульса на втором разряде регистра 14 начинается процесс измерения температуры обмотки двигателя. Последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным значению проводимости изоляции с выхода коммутатора 4б через ключ 17 на элементе 2-2И-ИЛИ поступает на первый вход второго элемента И в элементе 41. На выходе элемента 41 образуется последовательность с математическим ожиданием емым на второй вход с выхода цифроаналогового преобразователя 32. На выходе узла 31 сравнения образуется последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным измеряемому напряжению. При измерении сопротивления изоляции ключ 48 разомкнут. Последовательность с выхо" да узла 3 1 сравнения поступает на первый вход первого элемента И в элементе 4-2И-ИЛИ 41. Последовательность, соответствующая машинному нулю, поступает с выхода старшего разряда — сдвигового регистра 33 на первые входы второго и третьего эле.ментов И в элементе 41 через элементы 17 и 22 и на первый вход четвертого элемента И в элементе 41, С помощью элементов И 37-40 образуются несовместные последовательности с математическим ожиданием, равным 1/4, которые поступают на вторые входы элементов И в элементе 41.

На выходе ИЛИ элемента 41 образуется последовательность (/ (i)J математическое ожидание которой равно сумме математических ожиданий входных последовательностей с весо1 вым коэдйициентом —, т. е.

Нщ + Нт + } а

+ — . Инвертированная последовательность с математическим ожиданием, пропорциональным значению проводимости датчика темпера40 туры, с выхода коммутатора 47 через ключ 22 на элементе 2-2И-ИЛИ поступает на первый вход третьего элемента И в элементе 41 через ключ 17, открытый сигналом с выхода элемен45 та ИЛИ 23, поступает последовательность с выхода коммутатора 46, математическое ожидание которой пропорционально значению проводимости изоляции.

50 На выходе элемента 41 образуется последовательность с математическим ожиданием

MIZ,)=(— - +

U + U +

111 1 1

+ — +

2)4 24

2х макс

Зх„, 2 пропорциональным значению проводимости датчика температуры, которое воспроизводится в счетчике 44 и заносится в регистр 20.

При появлении импульса на третьем разряде регистра 14 начинается

10 процесс измерения давления на приеме электронасоса в скважине. Ключ 11 открывается, с выхода источника 8 снимается напряжение П 2U, > U (где U, напряжение стабилизации

11 стабилитрона 3) . Стабилитрон 3 пробивается", через цепь базы транзистора 4 протекает ток, который переводит его с режим насыщения. На выход

20 де операционного усилителя образуется напряжение, пропорциональное сумме проводимостей изоляции, датчиков температуры и давления. Для проведения максимального уровня напряжения на выходе операционного усилителя к уровню напряжения при U сопротивление обратной связи усилителя уменьшается в два раза путем параллельного подключения резистора R через отЗ0 крытый ключ 48. !

На выходе узла 31 сравнения образуется последовательность f Z (i)) с математическим ожиданием И(ЕД=

453511

io пропорциональным проводимости датчика давления, которое воспроизводится в счетчике 44 и заносится в регистр 21, где U,, U> напряжения, пропорциональные проводимости датчика температуры и дополнительного датчика дополнительного параметра .соответственно.

Формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных ре,жимов, содержащее датчик температу.ры, устанавливаемый вблизи обмотки .электродвигателя, подключенный после:довательно с диодом между клеммами

,для соединения с нулевой точкой об Moro электродвигателя и его зазем ленными корпусом, переключатель полярности с источником напряжения со

,средней точкой, первым и вторым ключом и генератором прямоугольных им.пульсов, фильтр нижних частот, выход ,::которого подключен к клемме для со единения с нулевой точкой вторичной обмотки сетевого трансформатора, а вход соединен с.выходами первого и второго ключей, входы которых подключены к положительному и отрицательному полюсам источника питания соответственно, измеритель сопротивления, подключенный к средней точке источника питания, первый и второй узлы сравнения, входы которых соединены с выходами первого и второго элементов памяти, входы которых через третий и четвертый ключи соответственно соединены с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом измерителя сопротивлений, а второй через пятый ключ соединен с выходом первого элемента памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,, с целью расширения функционал:ьных воэможностей путем обеспечения контроля дополнительно К скважинных параметров, в него введено К ключей, 35

5

30 распределитель на К+2 выходов, источник напряжения переключателя полярности выполнен с К выходами напряжений положительной полярности, К элементов ИЛИ, первая и вторая группы, содержащие по К ключей, К элементов памяти, К узлов сравнения, К узлов коммутации, К датчиков скважинных параметров, первые выводы которых соединены с клеммами для подключения к выводам заземления, а вторые присоединены к выходам узлов коммутации, входы которых присоединены к выходу датчика температуры, К выходов положительной полярности источника напряжения соединены с входами дополнительно введенных К ключей, выходы которых соединены с выходами первого и второго ключей, а управляющие входы всех ключей через распределитель подключены к выходам генератора импульсов, входы ключей первой группы соединены с входами третьего и четвертого ключей, а выходы — с входами дополнительных элементов памяти, выходы которых присоеДинены к входам дополнительных узлов сравнения, выходы элементов памяти, начиная со второго, исключая дополнительный К-й элемент

\ памяти, соединены с входами ключей второй группы, выходы которых присоединены к входам сумматора выход первого элемента ИЛИ присоединен к управляющему входу пятого ключа, а его входы соединены с К+1 входами распределителя, начиная с второго, управляющий вход L-ro ключа второй группы (1. = 1, 2, ..., К-1) соединен с выходом (?,+1)-ro элемента ИЛИ, группа входов которого соединена с группой (К вЂ” Ь+1) выходов распределителя, начиная с (L+2)-го, управляющий вход К-го ключа второй группы соединен с (К+2)-м выходом распределителя генератора импульсов, узел коммутации выполнен в виде ключа, вход которого через стабилитрон соединен с его управляющим входом.

1453 111

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 7294/51 Тираж 605 Подписное

BHHHIU1 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аююмигв м Аы ианк

Ф ж цу ,В Аи.

ЮЗф фиистра 14

Нярюмвниа нуйа, ИМ

Составитель Т. Щеголькова

Техред М.Дидык Корректор Н. Король