Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов

 

Использование: электротехника, защита погружных электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи нефти и откачки воды из скважин. Сущность изобретения: введение блока управления 20, датчика давления , дросселя 10, формирователя импульсов 30, первого и второго счетчиков импульсов 31 и 32 соответственно, блока цифроаналоговых преобразователей 33. Блок управления 20 последовательно Формирует три группы периодов времени . В течение первого периода измеряются сопротивления изоляции, в течение второго - давление на приеме Насоса, в течение третьего - температура статорной обмотки погружного электродвигателя. При уменьшении дав-, пения, изоляции или при увеличении температуры исполнительный механизм блока регулирования 38 выключит погружной электродвигатель. 7 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g))g Н 02 Н 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4812235/07

{22) 09,04,90 . (46) 23.11.92, Бюл. )" 43 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюз" ного научно-производственного объединения "Потенциал" и Казанское научно-производственное объединение

"Нефтепромавтоматика" (72) В,М,Ерухимович, А.М.Гребень, В.А.))!евелев, Я.Л,Шварц, Г.А.Гендельман, Ф.З,Мазитов, B.A,ÀðõèðååB, В.Il.áoðäûêoâ, Ф.И.Эфендиев, В,А.Кулиев и А,Г,Мехтиев (56) 1. Авторское свидетельство СССР

h" 982139, кл, Н 02 Н 7/08, 1981 °

2, Авторское свидетельство СССР

8Г 1302369, кл. H 02 H 7/08, 1985.

{54) УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ЗА). )ИТЬ) ПОГРУ)ЕЙНОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 0Т ПЕРЕГРУЗКИ И АНВР"

МАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от анормальных режимов погружных электродвигателей (ПЭД), работающих в приводе насосов для добычи нефти или откачки воды из скважины, Известно устройство для защиты ПЭД от перегрева и снижения сопротивления изоляции кабеля и двигателя (lj, которое содержит датчик температуры, установленный вблизи обмотки ПЭД,". подключенный последовательно с дио0 1777198 А1 (57) Использование электротехника защита погружных электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи нефти и откачки воды иэ скважин.

Сущность изобретения: введение блока управления 20, датчика давления 4, дросселя 10, формирователя импульсов

30, первого и второго счетчиков импульсов 31 и 32 соответственно, блока цифроаналоговых преобразователей

33. Блок управления 20 последовательно формирует три группы периодов времени. В течение первого периода измеряются сопротивления изоляции, в течение второго -.давление на приеме насоса, в течение третьего — температура статорной обмотки погружного электродвигателя. При уменьшении давпения, изоляции или при увеличении температуры исполнительный механизм блока регулирования 38 выключит погружной электродвигатель. 7 ил. дом между нулевой точкой обмоток ПЭл, и его заземленным корпусом, блок ." контроля изоляции, соединенный с ну", левой точкой вторичной обмотки силового трансформатора через фильтр нижних частот.

Известное устройство имеет методическую ошибку процесса измерения параметров датчиков благодаря влиянию конечного значения сопротивления изоляции кабеля и двигателя, что приводит к снижению надежности защиты

ПЭД.! 777198

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов (2j, содержащее датчик температуры, соединенный последовательно с диодом, фильтр нижних частот, вход которого соединен с нулевой точкой вторичной обмотки силового трансформатора, а выход с первой шиной источника напряжения с переключаемой .полярностью (переключатель полярности), вторая шина источника напряжения с переключаемой полярностью соединена с входом преобразователя проводимости в напряже" ние (измеритель сопротивления), суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом ключа, блок регулирования и генератор импульсов,, Недостатком известного устройства является отсутствие в"нем защиты двигателя от срыва подачи электронасоса, контролируемого по давлению в скважине, что может привести к возникновению в насосе сухого трения, повышению газового фактора в откачиваемой жидкости и ухудшению охлаждения двигателя и кабеля.

Недостатком известного устройства является также .представление выходной информации об измеряемых параметрах (на входах узлов сравнения 17 и 16) в виде напряжения, пропорционального проводимости датчика температуры и проводимости изоляции, т.е, обратно пропорционального значению измеряемой температуры и значению измеряемого сопротивления изоляции, Такое представление информации затрудняет задание значений уставок, изменяемых в процессе эксплуатации, а также затрудняет считывание значений и измеряемых параметров оператором, обслуживающим данную систему, Релью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты по" гружного электродвигателя от пере" грузки и анормальных режимов, содер» жащее датчик температуры, соединенный последовательно:с диодом, фильтр нижних частот, вход которого соединен с нулево" точкой вторичной обмотки силового трансформатора, а выходс первой шиной источника напряжения с переключаемой полярностью, вторая шина источника напряжения с переключаемой полярностью соединена с входом преобразователя проводимости в напряжение, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом ключа, блок регулирования, генератор импульсов, дополнительно введены второй диод, первый, второй и третий конденсаторы, датчик давления, дроссель, реле, выпрямитель, усилитель, первый, второй и третий элементы И, инвертор, коммутатор, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, блок формирования . измерительных интервалов, первый и второй счетчики импульсов, формирователь импульсов, блок цифроаналоговых преобразователей, регистр, цифроаналоговый преобразователь, масштабный усилитель и блок индикации, причем второй вывод датчика температуры соединен с нулевой точкой электродвигателя, первым выводом второго

25 диода и с первыми выводами первого и второго конденсаторов, второй вывод второго диода соединен с первым выводом датчика давления, второй вывод которого соединен с вторым выл водом первого диода, вторым выводом первого конденсатора и с первым выводом дросселя, второй вывод которого через контакт реле соединен с заземленным корпусом электродвигателя, второй вывод второго конденсатора соединен с входом выпрямителя, к выходам которого подключена обмотка реле, первый выход блока управления соединен с управляющим входом источника напряжения с переключаемой полярностью и с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого через. третий конденсатор подключен к нулевой точке трансформатора, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом генератора импульсов, второи выход которого соединен с первым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с первым входом блока формирования измерительных интервалов, четвертый

55 выход блока управления соединен с вторым входом блока формирования измерительных импульсов, второй вход блока управления соединен с выходом

7198

5 177 блока формирования измерительных интервалов и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, выход преобразователя проводимости в напряжение соединен с входом инвертора и первым входом коммутатора, выход инвертора соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, выход суммирующего усилителя соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с третьим входом блока формирования измерительных интервалов и с первым входом третьего элемента И, выход второго элемента И соединен с входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами блока цифроаналоговых преобразователей, управляющие входы которого подключены к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления, восьмой выход которого соединен с вторым входом третьего эле-мента И и входом формирователя импульсов, выход третьего элемента И соединен с входом второго счетчика импульсов, выходы которого подключе" ны к входам регистра, управляющий вход которого соединен с выходом фор" мирования импульсов, первый, второй и третий выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с пер" вым, вторым и третьим входами блока индикации соответственно, второй и третий входы блока регулирования соединены с вторым и третьим выходами блока цифроаналоговых преобразо" вателей соответственно, первый вход блока регулирования соединен с входои ключа и выходом масштабного усилителя, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами регистра.

На Фиг,1 изображена структурная схема устройства, на фиг.2 - схема блока управления, на Фиг.3 - схема источника напряжения с переключаемой полярностью на Фиг,4 - схема блока формирования измерительных интерва" лов, на фиг.5 - схеиа блока цифроаналоговых преобразователей» на фиг.6схема блока ре гули рова ния, на фи г. 7временные диаграммы работы устройства, 6

Устройство содержит резистивный датчик 1 температуры, первый диод 2, второй диод 3, резистивный (потенциометрический) датчик 4 давления, первый конденсатор 5, второй конденсатор 6, выпрямитель 7, обмотку Р реле, контакты 9 реле, дроссель 10, погружной электродвигатель 11 ПЭ,Л (статорные обмотки), силовой кабель

12, силовой трансформатор 13, третий конденсатор 14, усилитель 15, первый элемент И 16, генератор 17 импульсов, фильтр нижних частот 18, источ15 .ник 19 напряжения с переключаемой полярностью, блок 20 управления, блок

21 формирования измерительных интервалов, преобразователь 22 проводимости в напряжение, инвертор 23, коммутатор 24, ключ 25, суммирующий усилитель 26, преобразователь 27 напряжения в частоту, второй элемент И 28, третий элемент И 29, формирователь 30 импульсов, первый счетчик 31 иипуль25 сов, второй счетчик 32 импульсов, блок цифроаналоговых преобразователей 33, регистр 34, цифроаналоговый преобразователь 35, масштабный усили" тель 36, блок 37 индикации и блок 38

30 регулирования.

Блок 20 управления (см, фиг ° 2) содержит счетчик 39 импульсов, первый элемент НЕ 40, первый элемент И 41, второй элеиент И 42 элемент ИЛИ-HE

43, третий элемент И 44, интегрирующую цепь 45, включающую резистор 46 и конденсатор 47, узел начальной установки 48, включающий резистор 49, конденсатор 50 и элемент НЕ 51, пер40 вый Формирователь 52 импульсов, четвертый, пятый, шестой элементы И 5355, второй формирователь 56 импуль« сов, элемент ИЛИ 57, второй и третий элементы НЕ 58 и 59, шинами 60 и 61

45 обозначены первый и второй входы блока управления, шинами 62-69 - его выходы, Источник 19 напряжения с переключаемой полярностью (см. Фиг. 3) со5р держит источник напряжения 70, первый коммутатор 71, второй коммутатор

72, шиной 73 обозначена первая шина источника напряжения 19 с переключаемой полярностью, шиной 74 — его вто55 рая шина, а шиной 75 — его управляющий вход, Блок 21 формирования измеритель" ных интервалов (см..фиг. 4) содержит триггер 76, счетчик 77 импульсов, 1777198 элемент И 78, элемент ИЛИ 79, шинами

80-82 обозначены первый, второй и третий входы блока формирования измерительных интервалов> шиной 83 - его выход.

Блок 33 цифроаналоговых преобразователей (см, фиг. 5) содержит первый, второй, третий регистры 84-86, пер" вый, второй, третий цифроаналоговые ip преобразователи 87-89, первый, второй, третий масштабные усилители 90-92, блок ЦАП также включает группу входных шин 93, первую, вторую и третью входные управляющие шины 94-96, пер- 15 вую, вторую и третью выходные шины

97-99.

Блок 38 регулирования (см. Фиг,б) содержит с первого по шестой потен" циометры задания уставок 100-105, с 20 первого по шестой компараторы 106111, первый, второй и третий триггеры 112-114, элемент ИЛИ 115, усилитель мощности 116, исполнительный механизм 117, шинами 118-120 обозначены первый, второй и третий входы блока регулирования.

Датчик температуры l соединен последовательно с диодом 2, второй вывод датчика температуры 1 соединен с нулевой точкой электродвигателя 11„ первым выводом второго диода 3 и с первыми выводами конденсаторов

5 и 6, Второй вывод диода 3 соединен с первым выводом датчика давления 4, второй вывод которого соединен с вто" рым выводом диода 2, вторым выводом конденсатора 5 и с первым выводом дросселя 10, второй вывод которого через контакт реле 9 соединен с заземленным корпусом электродвигателя.

Второй вывод конденсатора б соеди нен с входом выпрямителя 7, к выходам которого подключена обмотка 8 реле.

Электродвигатель 11 через силовой кабель 12 соединен с силовым трансформатором 13, Вход фильтра нижних частот 18 соединен с нулевой точкой вторичной обмотки силового трансформатора 13 и через конденсатор 14 - с выходом усилителя 15, вход которого подключен к выходу первого элемента

И 16, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 17 им( пульсов, Выход ФНЧ 18 соединен с первой шиной 73 источника напряжения 19, 55 вторая шина 74 которого соединена с входом преобразователя 22. Первый выход блока 20 управления (шина 66) соединен с управляющим входом источника напряжения 19 и с управляющим входом коммутатора 24, Второй выход блока 20 управления (шина 65) соединен с управляющим входом ключа 25 и первым входом элемента И 16, Второй выход генератора 17 соединен с первым входом блока управления 20 (шина 60), третий выход блока управления 20 (шина 64) соединен с первым входом блока 21 (шина 80), четвертый выход блока управления 20 (шина 63) соединен с вторым входом блока 21 (шина 81) и с установочными входами счетчиков 31 и 32. Второй вход блока управления 20 (шина 61) соединен с выходом блока 21 (шина 83) и с первым входом элемента И 28, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора 17, Выход преобразователя 22 соединен с входом инвертора 23 и с первым входом коммутатора

24, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя 26, первый вход которого подключен к выходу ключа 25, а выход соединен с входом преобразователя 27 напряжения в частоту. Выход преобразователя 27 соединен с третьим входом блока 21 (шина 82) и с первым входом элемента И 29. Выход элемента И 28 соединен с входом счетчика 31, выходы которого соединены с входами блока цифроаналоговых преобразователей 33, управляющие входы которого подключены к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления 20 (шины 6769). Восьмой выход блока управления

20 (шина 62) соединен с входом элемента И 29 и входом формирователя импульсов 30, Выход элемента И 29 соединен с входом счетчика 32, выходы которого подключены к входам регистра 34, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, первый, второй и третий выходы блока ЦАП 33 соединены с первым, вторым и третьим входами блока индикации 37. Первый вход блока регулирр" вания 38 соединен с входом ключа 25 и выходом масштабного усилителя 36, вход которого соединен с выходом РАП

35, выходы которого соединены с выходами регистра 34, второй и третий входы блока регулирования 38 соединены с вторым и третьим выходами блока ЦАП 35 соответственно.

9 177719

В блоке управления 20 вход счетчика 39 соединен с шиной 60, Первый выход счетчика 39 соединен с первым входом элемента И 42, Второй выход счетчика 39 через элемент НЕ 40 сое-динен с вторым входом элемента И 42.

Третий и четвертый выходы счетчика 39 соединены с входами элемента И 41, выход которого соединен с третьим входом элемента И 42 и входом формирователя импульсов 56, выход которого соединен с шиной 63, Пятый и шестой выходы счетчика 39 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 43, с входами эле- 15 мента И 44, выходы которого соединены с входом интегрирующей печи 45.

Пятый выход счетчика 39 соединен так" же с входом элемента И 54, Шестой выход счетчика 39 соединен с входом 20 элемента НЕ 59 и входом элемента И 55.

Выход элемента ИЛИ-НЕ 43 соединен с шиной 64, с входом элемента И 53, через элемент НЕ 58 - с шиной 65 и с четвертым входом элемента И 42, выход 25 которого соединен с шиной 62, Выход интегрирующей цепи 45 соединен с первым входом элемента ИЛИ 57, второй вход которого соединен с выходом узла 48. Выход элемента ИЛИ 57 соеди- 30 нен с установочным входом счетчика

39. Шина 61 соединена с входом формирователя 52 импульсов, выход которого соединен с входами элементов И

53-55, выходы которых соединены с ши- Э нами 67-69, В источнике 19 напряжения с переключаемой полярностью шина 73 соединена с выходом коммутатора 71, шина

74 соединена с выходом коммутатора

72, Источник напряжения 70 соединен с входами коммутаторов 71 и 72, Шина

75 соединена с их управляющими входами.

В блоке 21 формирования измерительных интервалов шина 80 соединена с первым входом элемента И 78, выход которого через элемент ИЛИ 79 соеди нен с первым входом триггера 76. Ши- 50 на 8 1 соединена с вторым входом триггера 76, первый выход которого соединен с шиной 83, а второй выход соединен с установочным входом счетчика

77, Шина 82 соединена со счетным входом счетчика 77, первый выход которого соединен с вторым входом элемента И 78, а второй выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 79, В блоке 33 цифроаналоговых преобразователей группа шин 93 соединена с входами регистров 84-86, управляющие входы которых соединены с ши" нами 94-96, Выходы регистров 84t-86 соединены с входами соответствующих цифроаналоговых преобразователей Р789, выходы которых через масштабные усилители 90-92 соединены с шинами

97-99.

В блоке 38 регулирования шина 118 соединена с первыми входами компараторов 106 и 107, выходы которых соединены с входами триггера 112. Шина

119 соединена с первыми входами компараторов 108 и 109, выходы которых соединены с входами триггера !13, Шина 120 соединена с первыми входами компараторов 11О и 111, выходы кото" рых соединены с входами триггера 114, Потенциометры 100-105 включены между шиной питания и общей шиной. Выводы потенциометров 100-105 соединены с вторыми входами компараторов 106-111, Выходы триггеров 112-114 соединены с входами элемента ИЛИ 115, выход которого соединен с входом усилителя мощности 116, выход которого соединен с исполнительным механизмом 117, На все неиспользуемые входы логических элементов поданы нейтральные логические уровни, не влияющие на их работу. В качестве формирователей импульсов можно использовать любые

Формирователи, в том числе и дифференцирующие цепи.

Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов работает следующим образом, Блок управления 20 последовательно формирует группы периодов времени. Каждая группа содержит три периода времени с оптимальной длительностью каждого периода 4096 мс, В течение первого периода измеряется сопротивление изоляции (утечки) линии связи, в течение второго — давление на приеме насоса, в течение третьего — температура статорной обмотки двигателя, далее все повторяется.

Рассмотрим работу устройства в течение первого периода времени, В течение всего первого периода обмотка.8 реле обесточена и его контакт 9 разомкнут. При наличии конечного сопротивления изоляции по нему

11 177 от источника питания 19 с напряжением Е протекает измерительный ток, значение которого обратно пропорционально RII> или прямо пропорционально проводимости изоляции. На выходе преобразователя 22 проводимости в напряжение Формируется иапряжение прямо пропорциональное входному измерительному току ° В качестве преобразователя

22 проводимости в напряжение используется операционный усилитель с резистором R < обратной связи между выходом и инвертирующим входом, кото.Рый соединен с второй шиной источника питания 19, Неинвертирующий вход усилителя соединяется с общей шиной. Напряжение на выходе преобразователя 22 будет определяться выражением

E Roc

Bb

Коммутатор 24 в зависимости от потенциала на его управляющем входе соединяет со своим выходом или первый или второй вход. Для определенности примем, что в течение первого интервала времени через коммутатор 24 поступает напряжение с выхода преобразователя 22, т.е, его полярность не изменяется. Это напряжение 0 ык, поступает на второй вход суммирующего усилителя 26, включенного по схеме инвертирующего сумматора. Если на

1 первый вход такого усилителя подать напряжение противоположно". полярности, то модуль его выходного напряжения будет равен разности модулей входных напряжений.

В течение первого периода времени ключ 25 должен находиться в закрытом состоянии, поэтому на первый вход суммирующего усилителя 26 будет поступать нулевое напряжение. На выходе суммирующего усилителя 26 будет напряжение, пропорциональное напряжению íà его первом входе, но с противоположным знаком. Это напряжение, модуль которого обратно пропорционален сопротивлению изоляции, поступает на вход преббразователя 27 напряжения в частоту, в качестве которого можно использовать микросхему

И2ПСКО751 ТУ25-7807, 0059-87, выпускаемую НПО "Электронприбор", г,к"рос" лавль, На выходе преобразователя 27 Фор-< мируются импульсы, частота повторения

7198 I2 которых определяется выражением

Х 8к где К - коэффициент пропорциональ5 ности, U » - напряжение на входе преобразователя 27.

Значение частоты Fx также будет обратно пропорционально величине сопротивления изоляции„ .

Выходные импульсы преобразователя

27 поступают на первый вход элемента

И 29, а также на третий вход (шина

82, вход счетчика 77) блока 21 формирования измерительных интервалов, который формирует измерительный интервал, пропорциональный периоду повторения входной частоты F для устранения влияния переходных процессов на точность измерений начало Формирования измерительного интервала задерживается от момента начала периода времени, формируемого в блоке 20 управления, на время 3072 мс ° Импульс начала измерительного интервала снимается с выхода формирователя 56 и через шины 63 и 8I поступает на вход триггер 76, изменяя его состояние.

Одновременно происходит установка в исходное нулевое состояние счетчиков

31 и 32, С установочного входа счетчика 77 снимается блокировка и он начинает счет импульсов F>, B течение первого периода времени на вы35 ходе элемента ИЛИ-НЕ 43 присутствует логическая единица, которая через шины 64 и 80 дает разрешение на вход элемента И 78, После подсчета определенного количества импульсов, на40 пример 512, на первом выходе счетчика 77 появится высокий уровень, который через элемент И 7Р. и элемент ИЛИ

79 поступит на первый вход триггера

76, переводя его в исходное запре45 щающее состояние, Счет импульсов . счетчиком 77 прекращается, На выходе триггера 76 сформировался измерительный интервал, обратно пропорциональный значению частоты Рк, а значит

50 прямо пропорциональный значению измеряемого сопротивления изоляции R >, Логическая единица с вь хода триггера 76 через шину 83 поступает на первый вход элемента И 28, разрешая прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 17 на вход счетчика 3I имеющий исходное нулевое состояние. В течение измерительного

13 177 интервала счетчик 31 подсчитывает количество импульсов со стабильной частотой повторения. По окончании разрешения на входе элемента И 28 код на выходах счетчика 31, прямо пропорциональный значению измеряемого сопротивления изоляции, будет присутствовать на входах регистров 8486, По заднему фронту измерительного интервала на шинах 83 и 61, на выходе формирователя 52 появится импульс небольшой длительности, Благодаря разрешению на входе элемента И 53, данный импульс поступит на его выход и через шины 67 и 94 произведет за, пись кода в первый регистр 84 (no управляющему входу регистра).

На элементах И 54 и 55 присутствует запрет, Код регистра 34 поступит на входы цифроаналогового преобразователя 87, на выходе которого будет напряжение, пропорциональное измеряемому значению сопротивления изоляции. Масштабный усилитель 90 приводит полученное напряжение к нужному диапазону, например 0-10 В.

Длл. последующей коррекции результатов измерения давления и температуры в течение первого периода вре" мени происходит фо мирование и запоминание напряжения, обратно пропорционального измеряемому сопротивлению изоляции. Для этого в блоке уп" равления 20 на выходе элемента И 42 формируется строб с фиксированной длительностью, например 256 мс, который через шину 62 поступает на вход формирователя 30 и второй вход элемента И 29, В течение этого строба через элемент И 29 на вход счетчика

32 поступают импульсы F . По окон" чании строба сигнал с выхода фор" мирователя 30 производит запись кода счетчика 32, прямо пропорционального измерлемой частоте, в регистр 34.

На выходе ЦАП 35 появится напряже" ние, пропорциональное проводимости изоляции, которое через масштабный усилитель 36 поступает на вход ключа 25 (ключ 25 закрыт в первом периоде времени).

Рассмотрим работу устройства в последующих периодах времени, В течение второго v; третьего периодов времени на шине 65 существует высокий уровень, который открывает ключ 25 и дает разрешение на вход

7198 14

Е Rgg Е Roc

" ы .g пряжение 0

50 элемента И 16, Импульсы с выхода ге мератора 17 с частотой повторения порядка 2 кГц через элемент И 16 поступают на усилитель 15 мощности, Усиленные сигналы через разделитель ный конденсатор 14, нулевую точку трансформатора 13, кабель 12 и конденсатор 6 поступают на выпрямитель

7. Фильтр нижних частот 18 препятствует прохождению импульсов на вход источника напряжения 19. !(онденсатор

5 и дроссель 10 защищают датчики 1 и 4 от переменного напряжения. Напряжение с выпрямителя 7 поступает на обмотку 8 реле, вследствие чего замыкается контакт 9.

Во втором периоде времени полярность источника напряжения 19 остается прежней, поэтому направление изме.рительного тока и полярность напряже" ния на выходе преобразователя 22 не меняются.

Измерительный ток во втором периоде времени протекает по сопротивлению изоляции R 3, а также через диод

3, датчик давления 4, дроссель 10 и контакт 9, Длл обеспечения требуемой точности измерения необходимо, чтобы сопротивление датчиков давления (тел пературы) было намного больше сопротивления дросселя 10, Фильтра нижних частот 18 и линии связи. Напряжение на выходе преобразователя 22 будет равно где R - сопротивление датчика давpaò ления, Анализируя данное выражение можно заключить, что для получения напряжения, пропорционального измеряемому давлению, необходимо из Б е„ вычесть второе слагаемое. Для обеспечения вычитания напряжение с выхода масштабного усилителя 36, пропорциональное второму слагаемому, но с противоположным знаком, подается на вход ключа 25 и далее - на первый вход суммирующего усилителя 26, На второй вход суммирующего усилителя

26 через коммутатор 24 подается на"

На выходе суммирующего усилителя

26 будет напряжение, пропорциональное первому слагаемому, поэтому частота повторения импульсов на выходе

15 177719 преобразователя 27 будет обратно пропорциональна измеряемому давлению, Далее происходит процесс, аналогичный вышеописанному, за исключе" нием того, что элементы И 29 и 78 остаются закрытыми, Сигнал для окончания измерительного интервала снимается с второго выхода счетчика 77.

Это необходимо из-за большой разницы в значениях сопротивлений датчиков давления (температуры) и сопротивления изоляции, которая приводит к разным значениям соответствующих частот (периодов) Fq. Отличием является также и то, что импульс с выхода формирователя 52 проходит через элемент И 54 шины 68 и 95 и производит запись кода во второй регистр

85, Напряжение, пропорциональное из- 20 меряемому давлению, поступает на шину .98.

В третьем периоде времени происходит смена полярности источника на"

25 пряжения 19. Для этого на шине 75 (управляющий вход) происходит изменение логического уровня. Коммутаторы 71 и 72 производят переключение, и на шинах 73 и 74 меняется поляр- 30 ность выходного напряжения. Коммутаторы 71 и 72 можно выполнить на основе реле с переключающими контактами, За счет смены полярности происходит изменение напРавления измеРительного тока, по сравнению с предыдущими каналами, Поэтому ток идет через датчик температуры 1 и также через сопротивление изоляции, На выходе преобразователя 22 изменится поляр- 40 ность напряжения. Обратная смена полярности производится с помощью инвертора 23 (инвертирующий усилитель) и переключения коммутатора 24, вследствие чего на 45

27 напряжение - частота полярность напряжения останется неизменной, После окончания третьего измерительного интервала сигнал с выхода формирователя 52 через элемент И 55 50 поступает на шины 69 и 96 и произво" дить запись в регистр 86, Напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, поступает на шину 99. В остальном работа устройства аналогична второму периоду времени, Здесь необходимо также отметить, что присоединение датчика температуры 1 непосредственно к нулевой точке

8 16 двигателя дает возможность обеспечения хорошего теплового контакта, что улучшает измерительные параметры устройства в целом.

Напряжения с выходом масштабных усилителей 90-92 через шины 97-99 (первый, второй и третий выходы блока

ЦАП 33) поступают на первый, второй и третий входы блока индикации 37 соответственно. Блок индикации 37 может быть выполнен на основе вольтметра с линейной шкалой, отградуированной в изменованных единицах, и переключателя, или в виде трех независимых вольтметров. Вольтметры могут быть как цифровые, так и стрелочные.

Блок регулирования 3Р функционирует следующим образом, Напряжения, пропорциональные давлению и температуре, с выходов масштабных усилителей 91 и 92 через шины 98 и 99 (второй и третий выходы блока ЦАП 33) поступают также на второй и третий входы блока регулирования (шины 119 и 120) соответственно.

На первый вход блока 38 регулирования (шина 118) поступает напряжение с выхода масштабного усилителя 36, Напряжение, пропорциональное дав лению, поступает на входы компараторов 108 и 109. На другие входы компараторов 108 и 109 поступают пороговые напряжения (уставки) с потенциометров 102 и 103. Одна уставка (потенциометр 102) будет нижней, дру" гая (потенциометр 103) будет верхней„

При уменьшении давления на приеме насоса ниже нижней уставки на выходе компаратора 108 появится высокий уровень, Триггер 113 переходит в единичное состояние, которое через элемент ИЛИ 115 и усилитель 116 поступает на исполнительный механизм 117.

В качестве исполнительного механизма

117 можно использовать электромагнитное реле. Реле срабатывает и выключает питание ПЭД, но устройство продолжает измерения. Далее давление в скважине начинает расти за счет притока нефти и в некоторый момент времени может превысить значение верхней уставки, Тогда на выходе компаратора 109 будет высокий уровень (на компараторе 108 низкий), Триггер 113 переходит в исходное нулевое состояние, Если на других входах элемента

8 18 выходе появляется нулевой уровень, который не влияет на дальнейшую работу. Со счетчика 39 снимается блокировка и он начинает подсцет импуль" сов, поступающих с выхода генератора 17. В качестве генератора 17 можно испольэовать кваоцевый генератор импульсов, соединенньи с входом делителя частоты, три выхода которого являются выходами генератора 17.

На выходах счетчика 39 формируются импульсы с убывающей частотой следования (см, фиг. 7).

При появлении на двух входах эле" мента И 44 высоких уровней на его выходе появляется логическая единица, которая через элемент ИЛИ 57 поступает на установочный вход счетчика

39, снимая тем самым высокий уровень с входов э.пемента 1! 44, Интегрирующая цепь 45 обеспечивает расширение во времени импульса на выходе элемента ИЛИ 57 для надежной установки счетчика 39 в исходное нулевое состояние.

В тецение первого периода времени высокий уровень находится на выходе элемента ИЛИ-НЕ 43, В течение второго периода времени высокий уровень находится на пятом выходе счетчика 39 (выход 39-5 на фиг.7). В течение третьего периода времени высокий уровень находится на шестом выходе . счетчика 39. Далее все повторяется, Измерительный строб на шине 62 формируется в первом периоде времени с помощью элементов И 41 и 42, элемента НЕ 40 и элемента 1!ЛИ-НЕ 43, На шине 65 высокий уровень присутствует во время действия второго и третьего периодов времени, На шине

66 логическая единица присутствует в тецение первого и второго периодов времени, Таким образом„ по сравнению с прототипом введение в устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов дополнительных узлов и связей между ними позволяет дополнительно осуществлять защиту погружного электродвигателя при срыве подачи насоса, а также повысить надежность защиты за сцет измерения температуры и давления независимо от знацений сопротивления изоляции, а сопротивления изоляции - при отключении измерительных цепей от корпуса электродвигателя, 17 177719

ИЛИ 115 будут нулевые уровни, то исполнительный механизм 117 включит

ПЭД в работу.

Алгоритм управления по температуре будет противоположным за счет то" го, что сигнал с триггера 114 снимается с его инверсного выхода. Поэтому, если температура статорной обмотки ПЭД превысит верхнюю уставку, триггер 114 перейдет в нулевое состояние, но на вход элемента ИЛИ 115 поступит логическая единица и реле выключит двигатель, Алгоритм управления по сопротивлению изоляции аналогичен управлению по давлению, Отличие состоит в следующем. Диапазон измерения сопротивления изоляции должен быть достаточно большим, например от 10 до 20

2000 кОм, Нижняя уставка llo сопротивлению изоляции должна выбираться вблизи нижней границы диапазона, а верхняя уставка, порядка 100-200 кОм, также будет находиться в нижней части 25 диапазона. Поэтому соответствующие им напряжения на шине 97 будут находиться вблизи нулевого значения, Напряжение с выхода масштабного усилителя 36 обратно пропорционально 3р измеряемому сопротивлению изоляции.

В начале диапазона оно будет иметь максимальную величину и достаточно большую разницу между нижней и верхней уставками. Учитывая также то, что уставки по сопротивлению изоляции можно задать постоянно, т.е, не изменять в процессе эксплуатации, можно сделать вывод о целесообразности подачи на входы компараторов 106 и щ

107 напряжения с выхода масштабного усилителя 36.

Рассмотрим более подробно работу блока управления 20 °

После включения напряжения питания конденсатор 50 начинает медленно заряжаться через большое сопротив ление резистора 49 и большое входное сопротивление элемента НЕ 51, в качестве которого можно использовать, 5О например, микросхему 561 ЛН2. Во время заряда конденсатора 50 на выходе узла начальной установки 48 присутствует высокий уровень который через элемент ИЛИ 57 поступает на установочный вход счетчика 39, удерживая

его в исходном нулевом состоянии.

После заряда конденсатора 50 до порогового значения элемента НГ 51 на его

19 17771 при этом обеспечивается линейность шкалы измерения (при линейности характеристик погружных датчиков), а также повышается надежность зашиты и точность измерения параметров, по которым производится защита электродви-. гателя. формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и анормальных режимов, содержащее датчик температуры, первый диод, фильтр нижних частот, вход которого предназ" начен для подключения к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора, а выход соединен с первой шиной источника напряжения с переклю" Я чаемой полярностью, вторая шина которого подключена к входу преобразователя проводимости в напряжение, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом ключа, блок 25 регулирования, генератор импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я tee, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него дополнительно введены второ . gg диод, первый, второй и третий конденсаторы, датчик давления, дроссель, реле, выпрямитель, усилитель, первый, второй и третий элементы И, инвертор, коммутатор, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, блок формирования измерительных интервалов, первый и второй счетчики импуль" сов, формирователь импульсов, блок цифроаналоговых преобразователей, регистр, цифроаналоговый преобразователь, масштабный усилитель и блок индикации, при этом первый вывод датчика температуры соединен с катодом первого ди- ода, а второй вывод соединен с анодом 4 второго диода, первыми выводами первого и второго конденсаторов и предназначен для подключения к нулевой точке погружного электродвигателя, катод второго диода соединен с первым выводом датчика давления, второй вывод которого соединен с анодом первого диода, вторым выводом первого конденсатора и с первым выводом дросселя, второй вывод которого соединен с замыкающим контактом реле, свободный вывод которого предназначен для подключения к заземленному корпусу погружного электродвигателя, второй

20 вывод второго конденсатора соединен с первым входом выпрямителя, второй вход которого предназначен для заземления, а выходы соединены с обмоткой реле, первый выход блока управления соединен с управляющим входом источника напряжения с переключаемой по" лярностью и с управляющим входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с управляющим входом ключа и с первым входом первого элемента и, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого че" рез третий конденсатор соединен с ° входом фильтра нижних частот, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого соединен с пер" вым входом блока управления, третий выход блока управления соединен с первым входом блока формирования из" мерительных интервалов, четвертый выход блока управления соединен со вторым входом блока формирования измерительных интервалов и с установочными входами первого и второго счетчиков импульсов, второй вход блока управления соединен с выходом блока формирования измерительных интервалов и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, выход преобразователя проводимости в напряжение соединен с входом инвертора и с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом инвертора, а выход — с вторым входом суммирующего усилителя, выход которого через преобразователь напряжения в частоту соединен с третьим входом блока формирования измерительных интервалов и с первым входом третьего элемента И, выход второго элемента И соединен с входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами блока цифроаналого" вых преобразователей, три управляющих входа которого подключены соот-. ветственно к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления, восьмой выход которого подключен к входуформирователя импульсов и к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с- входом второго счет- ; чика импульсов, выходы которого под" ключены к соответствующим входам регистра, управляющий вход которого

21 1777198 22 соединен с выходом формирователя им- и третий входы — с вторым и третьим пульсов, первый,в второй и третий выходы выходами блока цифроаналоговых преобф налоговых преобразователей разователей соответственно, выходы блока цифроана соединены с первы е вым вторым и третьим регистра соединены с соответствующими

5 входами лока и д ка индикации соответствен- входами цифроаналогового преобразова" но, первыи вход вход блока регулирования теля выход которого подключен к вхоt соединен с инеи с входом ключа и выходом ду масштабного усилителя, масштабного усилителя, а его второй

1777198

1777190

1777198

1777198

Составитель В,Ерухимович

Редактор М,Кузнецова Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Заказ 4325 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уд. Гагарина, 101