RU2134822C1

RU2134822C1 - Device protecting electric motor of submersible pump against current overloads

Info

Publication number: RU2134822C1
Application number: RU97112677/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.Б. Болховитинов
Original assignee: ТОО Фирма "АТЭ" Атротехэлектро
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: protection of electric pumps against emergency operating conditions. SUBSTANCE: device protecting electric motor of submersible pump against current overloads includes unit converting three-phase supply current of electric pump to output voltage proportional to it, threshold element, element disconnecting electric pump, circuit delaying disconnection of electric pump by time depending on value of emerging current overloads made up of three integrating RC networks with different time constants connected with one end to input of threshold element through diode assembly and with other end to different sections of output voltage divider of conversion unit. In this case less values of voltages of divider go to integrating RC networks whose time constants are smaller. Device makes it feasible to shorten downtime of electric pump thanks to generation of long delay in disconnection of electric pump allowed by overload characteristic of electric motor of submersible pump under insignificant current overloads. EFFECT: shortened downtime of electric pump. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области защиты электродвигателей погружных электронасосов от аварийных режимов работы. The invention relates to the field of protection of electric motors of submersible pumps from emergency operating modes.

Известно устройство защиты электродвигателя погружного электронасоса от боковых перегрузок [1, 2], включающее блок преобразования трехфазного тока питания электронасоса в пропорциональное току выходное напряжение (далее по тексту - блок преобразования тока в напряжение), подключенный через интегрирующую RC цепь к входу порогового элемента, связанного с входом элемента отключения электронасоса. Интегрирующая RC цепь в известном устройстве при возникновении токовых перегрузок создает необходимую кратковременную задержку отключения электронасоса при его пуске и при аварийной ситуации. Величина этой задержки зависит от величины токовых перегрузок, но ее максимальная длительность крайне мала по сравнению с допустимым временем работы электродвигателя до его отключения при небольших токовых перегрузках. A device is known for protecting an electric motor of a submersible electric pump against lateral overloads [1, 2], which includes a unit for converting a three-phase current supply of an electric pump to an output voltage proportional to current (hereinafter referred to as a unit for converting current into voltage) connected via an RC integrating circuit to the input of a threshold element connected with the input of the shutdown element of the electric pump. The integrating RC circuit in the known device when current overloads occur creates the necessary short-term delay in switching off the electric pump when it is started and in an emergency. The magnitude of this delay depends on the magnitude of the current overloads, but its maximum duration is extremely short compared with the permissible operating time of the electric motor until it is turned off at small current overloads.

Недостатком известного устройства является то, что оно при возникновении токовых перегрузок отключает электронасос раньше того времени, которое он мог бы еще работать безаварийно, в соответствии с его перегрузочной характеристикой, устанавливающей зависимость допустимого времени работы электродвигателя погружного электронасоса от величины токовых перегрузок, не приводящих к повреждению статорных обмоток. A disadvantage of the known device is that when current overloads occur, it turns off the electric pump earlier than the time that it could still work without fail, in accordance with its overload characteristic, which establishes the dependence of the permissible operating time of the submersible electric motor on the value of current overloads that do not lead to damage stator windings.

Это приводит к увеличению времени простоев погружного электронасоса, во-первых, за счет преждевременного его отключения, во-вторых, за счет отсутствия возможности войти в нормальный рабочий режим в случае возникновения кратковременных перегрузок, что имеет место при кратковременных нарушениях электроснабжения, особенно в сельской местности. This leads to an increase in downtime of the submersible electric pump, firstly, due to its premature shutdown, and secondly, due to the inability to enter the normal operating mode in the event of short-term overloads, which occurs during short-term power outages, especially in rural areas .

Цель изобретения - уменьшение непроизводительных простоев электронасоса. The purpose of the invention is the reduction of unproductive downtime of the electric pump.

Эта цель достигается тем, что устройство вырабатывает такую длительность задержки отключения электронасоса в зависимости от величин токовых перегрузок, которая совпадает с временем допустимой работы электродвигателя под перегрузкой, определяемым его перегрузочной характеристикой во всем диапазоне токовых перегрузок, для чего блок преобразования тока в напряжение подключен к входу порогового элемента через три интегрирующие RC цепи с разными постоянными времени, зарядные резисторы которых подключены одним концом через диодную сборку к входу порогового элемента, а другим к разным участкам делителя выходного напряжения блока преобразования тока в напряжение, так, что меньшая часть поделенного напряжения поступает на интегрирующую RC цепь с меньшей постоянной времени. This goal is achieved by the fact that the device generates such a duration of the delay in switching off the electric pump depending on the current overloads, which coincides with the time of permissible motor operation under overload, determined by its overload characteristic in the entire range of current overloads, for which the current-voltage conversion unit is connected to the input a threshold element through three integrating RC circuits with different time constants, the charging resistors of which are connected at one end through a diode assembly to the input of the threshold element, and to different sections of the output voltage divider of the current-to-voltage conversion unit, so that a smaller part of the divided voltage is supplied to the integrating RC circuit with a smaller time constant.

Перечень фигур чертежей:
фигура 1 - чертеж схемы устройства защиты электродвигателя погружного электронасоса от токовых перегрузок;
фигура 2 - чертеж графиков времени заряда интегрирующих RC цепей при различных токовых перегрузках;
фигура 3 - чертеж времятоковой перегрузочной характеристики погружного электронасоса (1), и зависимостей времени выдержки отключения электронасоса от токовых перегрузок для различных интегрирующих RC цепей (2, 3, 4).The list of drawings:
figure 1 is a drawing of a diagram of a device for protecting an electric motor of a submersible electric pump against current overloads;
figure 2 - drawing graphs of the charge time of the integrating RC circuits at various current overloads;
figure 3 is a drawing of the time-current overload characteristics of the submersible electric pump (1), and the dependences of the exposure time of the shutdown of the electric pump from current overloads for various integrating RC circuits (2, 3, 4).

На фиг. 1 показана схема устройства защиты электродвигателя погружного электронасоса от токовых перегрузок. In FIG. 1 shows a diagram of a device for protecting an electric motor of a submersible electric pump against current overloads.

Устройство содержит блок преобразования тока в напряжение 1, пороговый элемент 2, элемент отключения электронасоса 3, три времязадающие интегрирующие RC цепи, первая из которых состоит из резистора R₁ и конденсатора C₁, вторая из резистора R₂ и конденсатора C₂, третья из резистора R₃ и конденсатора C₃, диодную сборку, состоящую из диодов VD₁, VD₂, VD₃, делитель напряжения, состоящий из резисторов R₄, R₅, R₆, R₇, цепей быстрого разряда конденсаторов, состоящих из диодов VD₄, VD₅, VD₆ и резисторов R₈ R₉.The device comprises a unit for converting current to voltage 1, a threshold element 2, an electric pump 3 shutdown element, three time-consuming integrating RC circuits, the first of which consists of resistor R ₁ and capacitor C ₁ , the second of resistor R ₂ and capacitor C ₂ , and the third of resistor R ₃ and capacitor C ₃ , a diode assembly consisting of diodes VD ₁ , VD ₂ , VD ₃ , a voltage divider consisting of resistors R ₄ , R ₅ , R ₆ , R ₇ , fast discharge circuits of capacitors consisting of VD ₄ diodes , VD ₅ , VD ₆ and resistors R ₈ R ₉ .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Постоянное напряжение блока преобразования тока в напряжение 1 с делителем R₄, R₅, R₆, R₇ через зарядные резисторы поступает на накопительные конденсаторы C₁, C₂, C₃, потенциалы которых контролируются пороговым элементом 2. Если напряжение на одном из конденсаторов превышает напряжение срабатывания порогового элемента, то он выдает сигнал на элемент отключения электронасоса 3. При нормальном режиме работы электродвигателя напряжение U₁, U₂, U₃ в точках подключения зарядных резисторов к делителю меньше напряжения срабатывания порогового элемента U_пор, фиг. 2(a). При нарушении режима работы двигателя и возникновении токовых перегрузок напряжение на делителе скачком возрастает, увеличивая при этом напряжения U₁, U₂ и U₃, которые в зависимости от степени перегрузки могут быть больше напряжения срабатывания порогового элемента U_пор либо все три, фиг. 2(г), либо первое и второе фиг. 2(в), либо только первое фиг. 2(б). Время задержки отключения электронасоса определится временем заряда того накопительного конденсатора, который первым зарядится до величины напряжения срабатывания порогового элемента U_пор время t₁, t₂, t₃ на фиг. 2. Время заряда, в свою очередь, зависит от величины зарядного напряжения и постоянных времени интегрирующих RC цепей T₁, T₂ и T₃. Поскольку постоянная времени заряда T₁ цепи R₁C₁ больше, чем постоянная времени T₂ цепи R₂C₂, а T₂ больше, чем постоянная времени заряда T₃ цепи R₃C₃, то с увеличением токовых перегрузок задержку формируют интегрирующие RC цепи с меньшей постоянной времени, быстрее заряжающие свой накопительный конденсатор. Участки токовых перегрузок, на которых формируют задержку определенные интегрирующие RC цепи, устанавливаются значениями сопротивлений резисторов делителя, а форма зависимости задержки от величины токов перегрузки постоянными времени заряда RC цепей. На фиг. 3 представлена типовая перегрузочная характеристика электродвигателя погружного электронасоса 1, а также зависимости времени задержки отключения электронасоса от токовых перегрузок - 2, 3, 4, формируемые соответственно первой, второй и третьей интегрирующими RC цепями. Жирной линией выделены участки зависимостей 2, 3, 4, составляющие результирующую зависимость, в соответствии с которой устройство вырабатывает задержку отключения электронасоса. Точки А и Б - точки пересечения зависимостей 2, 3, 4 - границы участков токовых перегрузок.The constant voltage of the current-to-voltage conversion unit 1 with the divider R ₄ , R ₅ , R ₆ , R _{7 is} supplied through the charging resistors to the storage capacitors C ₁ , C ₂ , C ₃ , the potentials of which are controlled by threshold element 2. If the voltage is on one of the capacitors exceeds the trigger voltage of the threshold element, it gives a signal to the tripping element of the electric pump 3. In normal operation of the electric motor, the voltage U ₁ , U ₂ , U ₃ at the points of connecting the charging resistors to the divider is less than the threshold voltage element U _then , FIG. 2 (a). In case of violation of the engine operating mode and the occurrence of current overloads, the voltage on the divider increases in steps, increasing the voltage U ₁ , U ₂ and U ₃ , which, depending on the degree of overload, can be greater than the voltage of the threshold element U _then or all three, FIG. 2 (d), or the first and second FIG. 2 (c), or only the first FIG. 2 (b). The delay time for switching off the electric pump is determined by the charge time of the storage capacitor, which is first charged to the value of the response voltage of the threshold element U _then time t ₁ , t ₂ , t ₃ in FIG. 2. The charge time, in turn, depends on the magnitude of the charging voltage and the time constants of the integrating RC circuits T ₁ , T ₂ and T ₃ . Since the charge time constant T _{1 of the} circuit R ₁ C _{1 is} longer than the time constant T _{2 of the} circuit R ₂ C ₂ , and T _{2 is} greater than the charge time constant T _{3 of the} circuit R ₃ C ₃ , integrating RCs form a delay with increasing current overloads circuits with a smaller time constant, faster charging their storage capacitor. The sections of current overloads in which certain integrating RC circuits form a delay are set by the values of the resistance of the divider resistors, and the form of the dependence of the delay on the magnitude of the overload currents by the charge time constants of the RC circuits. In FIG. Figure 3 shows a typical overload characteristic of an electric motor of a submersible electric pump 1, as well as the dependences of the delay time for disconnecting the electric pump from current overloads - 2, 3, 4, formed respectively by the first, second, and third integrating RC circuits. The bold line indicates the sections of dependencies 2, 3, 4, which make up the resulting dependence, according to which the device generates a delay in switching off the electric pump. Points A and B are the intersection points of the dependencies 2, 3, 4 - the boundaries of the current overload sections.

Литература:
1. ТУ16-536.678-81 Устройство комплексное "Каскад".Literature:
1. TU16-536.678-81 Integrated device "Cascade".

2. Устройство комплексное "Каскад" для автоматического управления и защиты скважинных насосов с погружными электродвигателями. Проспект 08.17.07-82 - Информэлектро, 1983. 2. Integrated device "Cascade" for automatic control and protection of borehole pumps with submersible electric motors. Prospect 08.17.07-82 - Informelectro, 1983.

Claims

A device for protecting the electric motor of a submersible electric pump against current overloads, including a unit for converting the three-phase current supply of the electric pump to a current output voltage proportional to the current, connected via an integrating RC circuit to the input of a threshold element associated with the input of the electric pump shutdown element, characterized in that, in order to reduce the downtime of the protected the device of the electric pump, the unit for converting the three-phase current supply of the electric pump to the output voltage proportional to the current is connected to the input the threshold element through three integrating RC circuits with different time constants, the charging resistors of which are connected at one end through a diode assembly to the input of the threshold element and the other to different sections of the output voltage divider of the conversion unit of the three-phase current supply of the electric pump to the current output voltage proportional to the current so that lower values of the divider voltages are supplied to the integrating RC circuits, which have less time constants.