Преобразователи частоты для глубинных насосов используются в артезианских системах водоснабжения как альтернатива водонапорной баше. Артезианские насосные станции, в которых используются преобразователи частоты значительно дешевле водонапорной башни, они исключают гидроудары в водопроводе, увеличивают термин работы глубинных насосов, улучшают эксплуатационные характеристики системы водоснабжения и дают экономию 25 – 40% электроэнергии.

Несмотря на все свои преимущества, преобразователи частоты иногда приводят к досадному разочарованию из-за проблем, возникающих при пуске глубинного насоса. Казалось бы, что все сделано правильно, преобразователи частоты выбирались не по мощности насоса, а по его номинальному току, настроили все параметры, а при пуске насос разгоняется до 20 – 25 Гц и преобразователь частоты отключается из-за перегрузки по току. Такой ситуации не пожелаешь никому, купили преобразователи частоты, а результата никакого.

Давайте рассмотрим основные причины, из-за которых мы «грешим» на преобразователи частоты и основные практические приемы, которые иногда помогают «уговорить» преобразователи частоты и они при неблагоприятно сложившихся обстоятельствах все-таки позволят обеспечить нормальное функционирование артезианской насосной станции.

Начнем с того, что добрая половина артезианских глубинных насосов работают с перемотанными электродвигателями, у которых рабочий ток значительно больше номинального паспортного значения на эти насосы. Вот и получается, что преобразователи частоты мы выбираем по номинальному току насоса, а реальный ток значительно больше. В таких ситуациях все наши «примочки», которые мы рассмотрим ниже, могут и не помочь, поэтому, выбирая преобразователи частоты, не поленитесь замерять реальный ток глубинного насоса – ведь токовые клещи есть у каждого электрика.

Теперь о водопогружном проводе, с помощью которого преобразователи частоты подключаются к артезианским глубинным насосам. Провод этот не дешевый и кое-кто «экономит» на его сечении, выбирая поменьше, чтобы было дешевле. Не делайте этого, нужно чтобы падение напряжения на всей длине водопогружного провода не превышало 2% от номинального значения питающего напряжения. Расчет сечения провода несложный и его может провести каждый, кто не забыл закон Ома. Если считать не охота, то можно воспользоваться таблицей, которая приводится в некоторых паспортах на погружные насосы. Для примера: мощность двигателя 2,2 кВт, ток 6 А, при длине провода 70 метров его сечение должно быть не менее 1,5 мм. квадратных, а при длине 200 метров – 4 мм. квадратных.

При высокой минерализации артезианской воды, особенно при наличии мела, иногда наблюдается «прикипание» подшипников и рабочих колес к корпусу насоса. В таких случаях преобразователи частоты не могут разогнать насос и отключаются из-за перегрузки по току. Для выхода из создавшегося положения необходимо включить насос в обратном направлении. В таком режиме глубинные насосы работают с меньшей нагрузкой, и преобразователи частоты могут разогнать насос, после чего необходимо восстановить рабочее направление вращения. Эти манипуляции можно провести вручную, а можно запрограммировать преобразователи частоты так, что они автоматически будут делать это сами при каждом пуске.

Если у Вас реальный ток двигателя не больше номинального тока преобразователя частоты, если сечение водопогружного провода в норме, если у Вас ничего не «прикипает», а преобразователи частоты при пуске насоса отключаются из-за перегрузки по току, то можно уменьшить частоту коммутации, например, до 1 кГц. Как ни странно, но уменьшение частоты коммутации иногда помогает решить проблему пуска глубинного насоса. Почему преобразователи частоты в таких случаях «работают» лучше мы рассматривать в этой статье не будем, а просто для себя отметим, что это связано с волновыми процессами, протекающими в длинной линии, которой является моторный кабель, соединяющий преобразователи частоты с глубинными насосами.

Далее, преобразователи частоты учитывают характеристику момента нагрузки приводного механизма и для работы с насосами они оптимизированы на квадратичную зависимость момента нагрузки от скорости. Однако зависимость момента нагрузки глубинного насоса от его скорости несколько отличается от квадратичной зависимости момента консольных и моноблочных насосов, особенно на низких скоростях, где глубинные насосы очень часто и «застряют». Чтобы преодолеть эту «нестыковку» приходится отказываться от оптимизированной квадратичной зависимости и выбирать постоянную характеристику нагрузочного момента, как для шнековых и спиральных компрессоров. При постоянном моменте преобразователи частоты без проблем разгоняют глубинный насос, но эффективность их работы, с точки зрения экономии электроэнергии, несколько хуже. Поэтому разгон глубинного насоса необходимо производить с постоянным моментом, а после разгона переходить на характеристику переменного момента.

Нетрудно заметить, что проблемы, о которых упоминалось выше, возникают тогда, когда преобразователи частоты выбираются тютелька в тютельку по номинальному току глубинного насоса без какого-либо запаса. Давайте вместе с Вами выберем преобразователь частоты для глубинного насоса, например, ЭЦВ 6-10-120, мощностью 5,5 кВт с номинальным током 14 А. Специализированный преобразователь частоты VLT FC 202, мощностью 7,5 кВт с номинальным током 16 А и с перегрузкой по току 110% в течение 60 секунд на первый взгляд вполне подходит, но практика эксплуатации свидетельствует о том, что при таком выборе постоянно приходится сталкиваться с проблемами пуска насоса. Если выбрать преобразователь частоты следующего типоразмера, мощностью 11 кВт с номинальным током 24 А, то Вы даже не будете догадываться о существующих проблемах пуска глубинных насосов. Запас никогда не помешает, преобразователи частоты будут работать в облегченном режиме, что благоприятно сказывается на их надежности и долговечности, кроме того, на преобразователи частоты, мощностью 11 кВт и выше поставляются запасные части, а на 7,5 кВт и ниже не поставляются. Что касается стоимости, то 11 кВт дороже на 25% за 7,5 кВт – выбор за Вами.

И в заключение хочется обратить Ваше внимание на то, что сервисный центр не только рассказывает о реальных проблемах и как с ними бороться, но и как официальный дистрибьютор Данфосс продает преобразователи частоты, и мы будем признательны, если Вы их купите у нас. Вам тоже выгодно сотрудничать с сервисным центром, ведь продать каждый сможет, а вот произвести ремонт или решить проблемы, возникающие в процессе работы, сможет далеко не каждый.

АНС с частотным преобразователем

В рубрике «Насосы» рассмотрим автоматические насосные станции с частотным преобразователем. Данные станции предназначены для подачи в системах автономного водоснабжения чистой воды, не содержащей химически агрессивных веществ, механических и длинноволокнистых включений с постоянным заданным давлением. Частотный преобразователь (инвертор) плавно изменяя частоту вращения двигателя, обеспечивает постоянное давление в системе водоснабжения независимо от расхода воды, тем самым позволяет сэкономить электроэнергию, повысит КПД и осуществить основные защитные функции (полная защита двигателя, защита насоса от работы в режиме «сухой ход»), увеличивающие ресурс работы автоматической насосной станции. Автоматическая насосная станция с частотным преобразователем состоит из центробежного насоса, приводимого в действие асинхронным двигателем, частотного преобразователя и . Управляет работой частотного преобразователя датчик давления с аналоговым выходом, 4-20 мА который монтируется на напорном патрубке насоса.

Основные характеристики и конструкция

Основные характеристики насосных станций с преобразователями частоты:

• Температура окружающей среды: от +1ºС до +40ºС;
• Максимальная относительная влажность: 50% при температуре +40ºС (без конденсата)
• Класс защиты: IP-54
• Температура перекачиваемой жидкости: от +1ºС до +40ºС;
• Вид перекачиваемой жидкости: вода, не содержащая химически агрессивных веществ и твердых взвесей;
• Номинальная мощность двигателя: до 2.2 кВт (3 HP);
• Входное напряжение преобразователя частоты:

Инвертор IMTP 2,2кВт х 1~(100-244)B /для насоса 3~(100-244)B (50-60 Гц);

Инвертор ITTP 2,2кВт х 3~(200-440)B/ для насоса 3~(200-440)B/ (50-60 Гц);

• Выходное напряжение преобразователя частоты: в зависимости от входного напряжения и характеристик двигателя;
• Частота на выходе частотного преобразователя: 0-55 Гц;
• Номинальный электрический ток на входе преобразователя: 11 А для (IMTP), 6,5 А для (ITTP);
• Номинальный электрический ток на выходе преобразователя: 10 А для (IMTP), 6,0 А для (ITTP);

Конструкция насосной станции с инвертором показана на (Рис 1). Она состоит из центробежного насоса, приводимого в действие асинхронным двигателем, частотного преобразователя, аналогового датчика давления, гидроаккумулятора (емкостью 19, 20 или 24 л. в стандартной комплектации), манометра, соединительной арматуры и электрических подключений.

1. Насос – это основной элемент автоматической насосной станции.
2. Гидроаккумулятор используется для корректной работы датчика давления и увеличения объёма запаса питьевой воды, регулирования количества включений и выключений насоса, а также служит основание для крепления насоса.
3. Частотный преобразователь (инвертор) служит для плавного пуска и остановки асинхронного двигателя, осуществляет управление приводом насоса по заданному алгоритму работы, а также обеспечивает полную защиту двигателя. Регулировка числа оборотов электрического двигателя происходит за счет изменения частоты переменного тока и величины напряжения подводимого к двигателю. Крепится инвертор непосредственно на место штатной клеммной коробки электродвигателя насоса. Охлаждение инвертора происходит за счет воздуха подаваемого вентилятором двигателя.
4. Пятерник используется для удобного и быстрого монтажа датчика давления, манометра и гибкого шланга.
5. Гибкий шланг с уголком используется для подключения насосного оборудования к гидроаккумулятору
6. Манометр используется для визуального контроля давления включения и выключения автоматической насосной станции.
7. Подсоединительные кабели используются для подключения частотного преобразователя к сетевому питанию и подключения датчика давления к инвертору.

Монтаж, электрическое подключение и настройка

Перед монтажом станции необходимо правильно выбрать место установки. Рекомендуется монтировать станцию с инвертором в приямке, цокольном этаже или подвале на горизонтальной, ровной поверхности, в сухом, проветриваемом и защищенном от непогоды месте. Станция может быть подключена напрямую к водопроводной сети или производить забор воды из емкости. Необходимо убедится в том, что суммарное давление в водопроводной сети и максимальное давление создаваемое насосом не превышает значения максимального рабочего давления (номинального давления) самого насоса и гидроаккумулятора. На всасывающем и напорном трубопроводах непосредственно перед автоматической станцией необходимо установить отсечные краны и разъемные соединения, для удобства демонтажа и ремонта.

Всасывающий трубопровод:

1. должен иметь такой же условный проход, что и всасывающий патрубок насоса, или, по возможности, на один типоразмер больше.
2. должен быть как можно короче, без усечений диаметра и резких поворотов. Чем длиннее всасывающий трубопровод, тем большее сопротивление он создает, и тем с меньшей глубины насос может поднять воду на поверхность.
3. должен быть расположен так, чтобы он всегда имел наклон вверх по направлению к насосу. Не допускать образования воздушных пробок во всасывающем трубопроводе.
4. должен быть герметичным и не допускать утечек жидкости или подсоса воздуха. Все соединения необходимо тщательно проверять на герметичность.
5. должен быть всегда установлен с сеточкой, чтобы предотвратить завоздушивание насоса и трубопровода после остановки насоса. Обратный клапан с сеточкой также защищает насос и расположенные далее по системе оборудование от крупных частиц, таких как листья, ветки и насекомые.

Напорный трубопровод:

Диаметр напорного трубопровода рассчитывается исходя из количества точек водоразбора и максимально возможного потребления воды.

Электрическое подключение:

Данные автоматические насосные станции с частотным преобразователем изготавливаются и настраиваются, как правило, по индивидуальному заказу и под конкретные задачи. Полная сборка монтаж и настройка станции происходит в сервисном центре. Из электрических подключений потребителю остается только включить вилку в розетку с заземлением, если частотный преобразователь монофазный IMTP, или подвести питание 380 В четырех жильным кабелем, если частотный преобразователь трех фазный ITTP. Электрические подключения частотного преобразователя ITTP показаны на (Рис. 2) силовая часть.

Частотный преобразователь имеет входной, фильтр благодаря которому, исключается возможные наводки в сети питания. Кроме того, инвертор оснащена встроенным предохранителем от перегрузки по току, гарантирующим абсолютную защиту двигателю, имеющую номинальную мощность, не превышающую номинальную мощность частотного преобразователя.

Монофазный частотный преобразователь IMTP устанавливается на асинхронные трехфазные двигатели с напряжением ~220 В, 50/60 Гц. Обмотки такого двигателя должны бить соединены по схеме «треугольник», если двигатель рассчитан на напряжение 230В в «треугольнике» / 400В в «звезде».

Трехфазный частотный преобразователь ITTP устанавливается на асинхронный трехфазный двигатель с напряжением ~200-440 В, 50/60 Гц. Обмотки такого двигателя должны бить соединены в «звезду», если двигатель рассчитаны на напряжение 230В в «треугольнике» / 400В в «звезде».

На (Рис.3) приведены схемы подключения двигателя по схеме «треугольник» и «звезда».

Инвертор может работать с насосами мощностью до 2,2 кВт (3HP) и частотой от 50 до 60 Гц. Частотный преобразователь оснащен защитой по выходному току; между инвертором и насосом нет необходимости устанавливать дополнительные устройства защиты для того, чтобы защитить двигатель в случае аварийной ситуации.

На (рис. 4) показаны разъемы для подключения управляющих сигналов: , или , а также разъем для подключения частотных преобразователей в каскад.

Станция с частотным преобразователем должна подключатся к сети электрического питания в соответствии с действующими нормам и правилами по технике безопасности. Место подключения оборудования необходимо оснастить ниже перечисленными компонентами:

• Устройством защиты оборудования (УЗО) с номинальным током утечки 30 мА
• Автоматическим выключателем с минимальным зазором между контактами 3 мм.
• Заземлением

Настройка частотного преобразователя:

После сборки автоматической насосной станции с частотным преобразователем в сервисном центре, ее устанавливают на стенд для проведения гидравлических испытаний и настроек. Необходимо заполнить всасывающий патрубок и сам насос жидкостью и удалить весь воздух. Для автоматической настройки частотного преобразователя под параметры насоса необходимо отсоединить гидроаккумулятор, а на выходном патрубке за датчиком давления установить отсечной кран. Чтобы войти в настройки «ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ» необходимо сначала ввести ПАРОЛЬ. Затем нужно выставить номинальный ток двигателя, который указан на фирменной табличке. При первом запуске нужно проверить правильное направление вращения двигателя, наблюдая за вращением вентилятора. Направление вращения можно изменить, изменив значение параметра: «ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ», вращение с 0 на 1. При первом запуске частотный преобразователь определяет максимальные рабочие характеристики насоса. После проведения тестирования необходимо «СОХРАНИТЬ ДАННЫЕ». Для сохранения полученных при тестировании данных нужно выбрать ДА и подтвердить, нажав Enter. Затем выставляется желаемое рабочее давление «ЗАДАННОЕ ДАВЛЕНИЕ» при помощи кнопок (+) и (-).

• Проверка останова двигателя при закрытой подаче: После того как были сохранены полученные данные при первом запуске, необходимо открыть запорный вентиль на подаче, нажать кнопку Start и подождать некоторое время необходимое для стабилизации давления, а затем медленно закрыть запорный вентиль и убедится, что двигатель остановился (через время примерно 5 – 10 секунд). При этом на дисплее появится сообщение «МИНИМАЛЬНЫЙ ПРОТОК». Это значение нужно точно отрегулировать для надежной остановки двигателя. Абсолютное значение мощности остановки двигателя отображается на дисплее.
• Проверка функционирования насоса по сухому ходу: Для проверки остановки насоса по режиму «сухой ход», необходимо закрыть вентиль на подающем трубопроводе, чтобы насос поработал по «сухому ходу». По истечению примерно одной минуты (заводская настройка времени запаздывания) насос должен остановиться, сигнализируя на дисплее “СУХОЙ ХОД”. Если по истечению этого времени насос не остановился, нужно выставить более высокое значение параметра COS FI (значение по умолчанию 0.55).

На лицевой панели частотного преобразователя находятся светодиоды, дисплей и кнопки управления, назначение и описание светодиодов показаний дисплея и кнопок управления показано на (Рис. 5) .

С частотным преобразователем в комплекте находится инструкция по применению инвертора. В данном руководстве очень подробно расписано монтаж и подключение инвертора, запуск в эксплуатацию, настройки и аварийные состояния.

Перед вводом автоматической насосной станции с частотным преобразователем в эксплуатацию необходимо проверить давление в воздушной камере гидроаккумулятора, которое должно быть ниже давления включения насоса приблизительно на 0,2-0,3 бара (атм.) Контролировать уровень давления в гидроаккумуляторе можно с помощью обычного автомобильного манометра. Если давление недостаточно, его необходимо поднять до требуемого уровня при помощи насоса или компрессора. При давлении воздуха больше, чем необходимо, стравить излишки воздуха до нормы.

Эксплуатация, обслуживание и ремонт

При правильном монтаже и соблюдении условий эксплуатации автоматические насосные станции с частотным преобразователем практически не требуют обслуживания и ремонта. Для корректной работы датчика давления примерно раз в полгода необходимо произвести обслуживание гидроаккумулятора и проверить в нем давление воздуха. Как правильно проверить давление и настроить гидроаккумулятор, можно посмотреть . Если станция не будет использоваться в течение длительного времени (например, зимой), то рекомендуется отсоединить ее от системы водоснабжения, промыть чистой водой, затем полностью слить воду и установить в сухом, отапливаемом помещении. Перед началом эксплуатации станции необходимо всасывающий трубопровод и сам насос заполнить водой. Перед запуском автоматической насосной станции с частотным преобразователем в работу после длительного простоя необходимо убедится, что вал двигателя вращается свободно (не заклинен), провернув его за крыльчатку обдува.

И в заключение можно отметить следующее, первоначальные затраты на покупку насосной станции с частотным преобразователем значительные, но они окупаются с лихвой в процессе эксплуатации, за счет экономии электрической энергии.

Спасибо за внимание.

В статье расскажем о том, как организовать автоматическое водоснабжение с помощью преобразователя частоты . Рассмотрим выбор преобразователя, составление системы автоматики, дополнительные возможности по контролю, управлению и защите асинхронного двигателя насоса.

Добиться эффективного водоснабжения и при этом обеспечить максимальную защиту двигателя насоса можно только с применением специализированной преобразовательной техники, выполненной на базе автономного инвертора напряжения. Данное решение позволяет организовать автоматизацию бесперебойной подачи воды, используемой как для собственных нужд, так и промышленных потребностей.

В независимости от того для каких целей используется насос (скважинный, перекачной, самовсасывающий и т. д.), практически все использующиеся в них двигатели можно разделить на два типа — однофазные и трехфазные асинхронные двигатели. Именно в зависимости от использованного в насосе приводного двигателя производится выбор требующегося преобразователя.

Что представляет из себя преобразователь

Это электрический блок, который преобразует электроэнергию сети в соответствии с поступающим заданием и выдающий на двигатель регулируемое напряжение в пределах от 0 до 220 В или от 0 до 380 В с частотой от 0 до 120 и более Гц. Внутри преобразователя находится:

1. Неуправляемый или полууправляемый мост Ларионова, обеспечивающий выпрямление сетевого напряжение, построенный на полупроводниковой базе из диодов или тиристоров.
2. Конденсаторное звено, сглаживающее полученное напряжение.
3. Ключ для сброса рекупирируемого при торможении напряжения.
4. Автономный инвертор напряжения на базе IGBT ключей, обеспечивающий получение переменного напряжения заданной величины и частоты.
5. Микропроцессорная система управления, отвечающая за выполнение всех операций в преобразователе и защиту двигателя.

Типичная структура трехфазного преобразователя частоты, выполненного на базе автономного инвертора напряжения

Критерии выбора преобразователя

Первое, что нужно учитывать — это соответствие преобразователя типу питающей сети (220 В или 380 В). Второе — соответствие мощности преобразователя мощности двигателя, при этом желательно иметь небольшой запас по номинальной мощности у приобретаемого преобразователя (в среднем на 20-50%), что позволит гарантировать работу при необходимости частого включения-выключения системы, а также в различных нештатных ситуациях.

Для удобства наладки преобразователь должен иметь экран управления. Большинство современных преобразователей уже в базовой комплектации имеют встроенные блоки обработки дискретных и аналоговых сигналов, что в дальнейшем позволит построить на его базе систему малой автоматизации, если их нет — нужно их заказать.

Один из возможных вариантов конструктивного исполнения клемм, использующихся для подключения дискретных и аналоговых сигналов к преобразователю

Основное, что должен обеспечивать насос — это поддержание в системе заданной величины давления при постоянно изменяющемся расходе подаваемой воды. При этом незначительное снижение скорости вращения нагнетающей части насоса, выполненное преобразователем, поскольку насос работает с «вентиляторным» типом нагрузки, приводит к более весомому снижению необходимого вращающего электромагнитного момента и как следствие — уменьшению затрат на электроэнергию.

Дополнительное обоудование для организации автоматической подачи воды

1. Аналоговый датчик давления.
2. Кнопки запуска-остановки системы.
3. Датчик температуры воды (для глубинных насосов).
4. Входные быстродействующие предохранители.
5. Выходной контактор.
6. Входной и выходной дроссель (на малых мощностях можно не устанавливать).

Кнопки «Пуск» и «Стоп» подключаются к дискретным входам преобразователя и в процессе наладки программно приобретают необходимые свойства. Аналоговый датчик давления подключается к соответствующему аналоговому входу на панели преобразователя и параметрируется для задания скорости вращения двигателя насоса.

Как работает автоматика

После нажатия кнопки «Пуск» преобразователь автоматически включает выходной контактор и в соответствии с показаниями датчика давления запускает двигатель насоса. После чего плавно доводит его скорость до необходимой для поддержания заданного давления.

В случае детектирования преобразователем аварийной ситуации или при нажатии кнопки «Стоп», преобразователь с требующейся в зависимости от ситуации интенсивностью снижает скорость вращения двигателя до минимума и отключает контактор.

Датчик температуры воды для скважинных насосов необходим для косвенного контроля температуры насоса, поскольку использование преобразователя снижает величину протока воды и, как следствие, ухудшает охлаждение. Данным контролем можно пренебречь, если температура воды гарантированно не повышается выше 15-16 градусов Цельсия.

При наличии в двигателе встроенного датчика температуры его стоит подключить к соответствующему входу на преобразователе, это гарантирует 100% защиту двигателя от перегрева в процессе работы.

Что нужно знать при сборке схемы и наладке преобразователя

Необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией на насос и преобразователь. При настройке системы в преобразователь нужно будет записать информацию по номинальной скорости двигателя, его мощности, номинальному току, напряжению и частоте питающей сети, оптимальному времени разгона и торможения, допустимой перегрузке двигателя при запуске и во время работы.

Потребуется задать функции аналоговых и дискретных входов и выхода для управления контактором. После этого выбрать закон управления, в данной системе — U/F или векторное управление. После чего потребуется включить автоматическую парамитризацию, в ходе которой преобразователь сам определит сопротивление обмоток двигателя, рассчитает все необходимые для создания его математической модели параметры.

Все необходимые настройки в современные цифровые преобразователи можно внести с помощью панели управления с жидкокристаллическим индикатором. Ряд моделей преобразователей поставляются со специальным программным обеспечением, установив которое на персональный компьютер, можно через USB или COM порт связаться с системой управления.

Панель управления преобразователем

Важно правильно подключить все составляющие системы автоматики и двигатель. В большинстве преобразователей имеется встроенный источник питания 24 В, который можно использовать при составлении схемы и создании индикации работы системы с помощью дискретных выходов и светодиодных ламп.

Плюсы использования системы преобразователь — двигатель насоса

При правильно выполненной настройке преобразователя он контролирует давление в системе водообеспечения и защищает ее от превышения заданного давления.

Преобразователь сам включает двигатель насоса и вращает его с той скоростью, при которой в соответствии с потреблением воды поддерживается требуемое давление, обычно эта скорость ниже номинальной, благодаря чему достигается экономия электроэнергии. Разгон двигателя проходит за указанное при наладке время (по так называемой рампе), данная опция позволяет не только снизить пусковой ток в системе и, как следствие, перегрузку двигателя, но и минимизировать нагрузку на механическую часть, благодаря чему продлевается срок эксплуатации насоса и снижается перерасход электроэнергии.

Только с помощью преобразователя можно эффективно использовать насосы с трехфазным асинхронным двигателем при питании от бытовой электросети 220 В.

Встроенные в преобразователь защиты постоянно контролируют потребляемый двигателем ток, его скорость вращения, температуру, что позволяет защитить от короткого замыкания, обрыва питающей фазы, заклинивания механической части, перегрузки и перегрева.

Большинство общепромышленных моделей частотных преобразователей можно использовать для управления насосами, но для этого необходимо их запрограммировать специальным образом.

Преобразователи частоты для насосов являются адаптированными приборами и показывают лучшие результаты в работе с насосным оборудованием. Частотные преобразователи для насосов более экономичны и функциональны в своей сфере.

Модели приборов и аналоги

Ниже в таблице представлен краткий обзор нескольких оптимизированных под управление насосами моделей. Подробную информацию по моделям можно получить на карточке соответствующего частотного преобразователя .

Модель	Диапазон мощностей	Вход	Выход	Уровень защиты	Температура среды	Примечания, особенности
PD20	0,75…18,5 кВт	3Ф 380В	Выходная частота 0…50/60 Гц	IP65	-10…+40°С	Полнофункциональные ПЧ с высоким уровнем защиты, могут устанавливаться на двигатель, специализированы для многонасосных применений
	0,37…2,2 кВт	1Ф 220В	Выходная частота 0…50/60 Гц	IP65	-10…+40°С	Полнофункциональные ПЧ с высоким уровнем защиты, могут устанавливаться на двигатель, специализированы для одиночных небольших насосов
	15…315 кВт	3Ф 380В	Выходная частота 0…400 Гц	IP20	-10…+40°С	Скалярное управление, многофункциональные выходы и входы, полный набор функций для работы с насосами
	0,75…400 кВт	3Ф 230В 3Ф 460В	ПИД	IP20	-10…+50°С	Специализированные модели
	0,75…220 кВт	3Ф 230В 3Ф 460В	ПИД	IP20	-10…+40°С	Доступны специализированные модели
	0,4…4 кВт	1Ф 220В 3Ф 380В	Выходная частота 0…600 Гц	IP20	-10…+50°С	Для насосов и вентиляторов

Области применения преобразователей частоты для насосов

ПЧ для насосов оптимизированы для следующих приложений:

• Системы вентиляции и кондиционирования (компрессоры и т.п.)
• ЖКХ, системы водоснабжения и водоотведения, отопления (насосы горячей/холодной воды, оборудование котельных, канализация)
• Энергетика (оборудование ТЭС, ТЭЦ, котлоагрегатов)
• Технологические линии в обогатительной отрасли (песковые, пульповые насосы)
• Прочие насосные агрегаты (станции подкачки для водопроводных сетей либо силовых распределительных пунктов)
• Погружные, скважинные насосы

Несмотря на вышеуказанные применения, такие приборы пригодны и для общепромышленного применения.

Назначение частотных преобразователей для насосов

• Оптимизированное управление в насосных системах с целью поддержания определенных параметров на заданном уровне (давление, температура, уровень, расход, потребление воды)
• Групповое управление насосами
• Экономия воды и электроэнергии на предприятиях, ресурсосбережение на станциях подкачки
• Защита трубопроводов от гидроударов, увеличение срока службы арматуры
• Полная защита электродвигателей в насосных установках
• Автоматизация насосных станций

Преимущества

Преобразователи частоты для насосов имеют преимущества:

• Как правило, имеют более высокий уровень защиты
• Благодаря своей специализации реализуют наиболее эффективное управление в насосных системах
• В большинстве случаев представляют собой многофункциональные устройства, способное полностью автоматизировать насосную станцию

Недостатки

На недостатки приборов влияют используемые в них принципов регулирования. В зависимости от того скалярный это или векторный преобразователь, ему присущи те или иные недостатки. (ссылки на страницы)

Принцип работы частотных преобразователей для насосов

Преобразователь частоты для насосов преобразует входное силовое напряжение в оптимальное для выбранного режима работы насоса выходное. При этом в системе формируется контур управления с обратной связью по выбранному параметру (например, по давлению воды в системе водоснабжения). Датчик давления передает информацию в электронный блок ПЧ, а преобразователь, в свою очередь, изменяет выход (частоту, напряжение) в ту или иную сторону для поддержания постоянного давления воды в трубопроводе.

Примеры представлены на рисунках:

Насосная станция на два насоса
(автоматическое поддержание давления, пуск дополнительного насоса от сети)

В корзине пока пусто

Частотные преобразователи для насосов систем водоснабжения

Первые насосы появились ещё в античные времена. В наши дни это, пожалуй, самое распространенное устройство, которое применяется практически повсеместно. Поверните рукоятку крана, из него потечет вода, которую подает насос. В каждом автомобиле работают несколько насосов для масла, топлива, воды, охлаждающей жидкости. Велосипедист не отправится в путь, не накачав насосом шины. При изготовлении электронной лампы из нее, выкачивают воздух. Насосы накачивают, выкачивают, откачивают и перекачивают воздух, воду, нефть, молоко, бензин и даже цемент. От водопровода до ракеты, от вентилятора до атомной станции - таков диапазон применения насосов.

Но сам по себе насос работать не может. Для приведения его в действие нужен электродвигатель и устройство регулирования давления/разрежения. Самым известным и распространенным способом регулирования в насосной системе является дросселирование, когда двигатель работает на полных оборотах, а регулирование давления в системе осуществляется с помощью запорной арматуры (задвижек, вентилей, отводов, шаровых кранов и т.д.). Если проводить параллели с управлением автомобилем, то дросселирование выглядит примерно так: водитель, нажав до упора педаль газа, регулирует скорость движения педалью тормоза.

Более рационально и эффективно управлять насосами позволяют частотные преобразователи, с помощью которых на двигатель подается необходимое количество энергии для создания и поддержания необходимого уровня давления/разрежения в системе, например в трубопроводе. При этом достигается до 30% экономии потребления энергии, а если учесть, что в течение срока службы двигатель расходует электроэнергии на сумму, намного превосходящую его стоимость, то это показатель оказывается чрезвычайно актуальным. К примеру, в течение года работы по 8 часов в день двигатель мощностью 11 кВт израсходует электроэнергии на сумму около 85 тыс. руб. Частотный преобразователь при таких параметрах работы окупится в течение года, и в дальнейшем будет приносить предприятию прибыль.

Рассмотрим описанные выше методы регулирования давления в насосной системе более подробно.

Мощность насоса для конкретной системы всегда рассчитывается по уровню максимально потребления, то есть с определённым запасом. На рис.1 продемонстрирована типовая схема вычисления необходимой мощности насоса. Голубой линией показана «кривая насоса» - подающая часть системы водоснабжения, которая отражает зависимость давления нагнетания от величины расхода жидкости (протока). Красная линия - это «кривая системы» - потребляющая часть водоснабжения, так же отображающая взаимозависимость расхода и давления жидкости, но в зеркальном отображении. Пересечение этих кривых является точкой оптимума, когда насос обеспечивает необходимый проток и требуемый уровень давления.

Но фактически в таком режиме система работает крайне редко, лишь в моменты пикового потребления. В остальное время расчётная мощность насоса оказывается чрезмерной, и тогда в системах без регулирования или с применением дросселирования происходит следующее: при снижении расхода насос создаёт избыточное давление, на создание которого расходуется дополнительная энергия. На рис.2 это наглядно показано.

Применение частотных преобразователей, за счёт снижения оборотов двигателя и как следствие подаваемой мощности позволяет изменить «кривую насоса» адаптировав её под «кривую системы»

Управление насосами систем водоснабжения

Как известно, расход воды на хозяйственные и бытовые нужды очень сильно колеблется в течение суток, во время выходных и праздников. Множество людей принимают душ, стирают, моют посуду одновременно в определённые часы суток и почти не пользуются водой в другое время, например, ночью. Это создает условия для возникновения таких проблем, как плохой напор воды в утренние и вечерние часы, значительные суточные колебания давления в системе водоснабжения и, как следствие, ускоренный износ труб и запорной арматуры.

К счастью, сегодня стабилизация давления не является такой уж сложной задачей. Сегодня уже более актуален вопрос повышения общей эффективности управления системами водоснабжения, то есть достижение максимальных результатов при минимальном энергопотреблении и незначительных капиталовложениях в модернизацию оборудования. Использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на насосных станциях позволяет блестяще справиться с этой задачей. Статистика показывает, что ЧРП способен снизить потребление энергии на насосных станциях от 30 до 50%, а срок их окупаемости составляет от одного до полутора лет.

Такая экономия достигается за счет того, что частотный преобразователь способен изменять частоту вращения электродвигателя плавно в широком диапазоне. Фактически, это обозначает, что электродвигатель насоса всегда будет потреблять ровно столько энергии, сколько необходимо для поддержания стабильного давления вне зависимости от текущего потребления системы водоснабжения в данный конкретный момент. Плавные пуск, останов и изменение частоты вращения двигателя позволяет также избежать гидравлических ударов в трубопроводах, сокращая потери воды и увеличивая срок безаварийной эксплуатации насоса, трубопровода, запорно-регулирующей арматуры и измерительных приборов.

Выбор частотного преобразователя для насосов

Компания Rockwell Automation предлагает частотные преобразователи для решения самых разнообразных задач управления насосами: от управления одиночными маломощными насосами, до каскадного управления группой насосов с автозаменой. Преобразователи PowerFlex могут питаться как от однофазной, так и трехфазной сети.

Однофазные преобразователи, используя одну фазу 220В, формируют на выходе трёхфазное синусоидальное напряжение для эффективного управления трехфазными двигателями без потери мощности и без применения фазосдвигающих цепей, конденсаторов. Такое решение предлагается для преобразователей , в диапазоне мощностей от 0,2 до 2,2 кВт.

Трёхфазные преобразователи способны работать в более широком диапазоне мощностей (от 0,2 до 250 кВт), ассортимент таких преобразователей дополнен моделями PowerFlex 40P и PowerFlex 400.

Для решения самых простых задач управления маломощными насосами доступны преобразователи PowerFlex 4, PowerFlex 4М, PowerFlex 40 и . Они позволят выполнять плавный пуск и останов, управление режимами разгона/торможения, защиту от «сухого хода», энергосбережение и т.д. Кроме того, PowerFlex 40 и 40P, помимо скалярного (U/f, вольт-частотного) имеют режим бездатчикового векторного управления двигателем. Такой режим отличается повышенной точностью управления и позволяет получить высокий крутящий момент двигателя на пониженных скоростях вращения. Приводы отличаются малыми габаритами, могут монтироваться с нулевыми зазорами, вплотную друг к другу и предлагаются в исполнении для работы от однофазной и трехфазной сети.

Для решения более сложных задач (автоматическое подержание давления, каскадное управление, управление заслонкой и т.п.) рекомендуется использовать преобразователи PowerFlex 400. Частотные преобразователи этой серии имеют встроенный контур ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование). Контур ПИД используется для поддержания обратной связи процесса, например давления, потока или натяжения, в соответствии с заданным значением. А такие дополнительные встроенные функции как каскадное управление тремя дополнительными двигателями и управления заслонкой в ряде случаев позволяют использовать без управляющего контроллера.

Встроенная функция управления дополнительными двигателями позволяет запустить до трех двигателей с непосредственным пуском в дополнение к тому двигателю, работа которого управляется напрямую приводом PowerFlex 400. Выход системы может изменяться от 0% до 400%. Функция автоматической замены распределяет нагрузку между двигателями путем периодической замены управляемого приводом двигателя дополнительными двигателями.

Встроенная логическая схема управления заслонкой, позволяет сэкономить на внешнем управляющем аппаратном и программном обеспечении. При подаче команда запуска привод формирует команду открытия/закрытия заслонки и контролирует поступление сигнала готовности. Когда заслонка находится в правильном положении, производится безопасный запуск привода.

Узнать более подробно о характеристиках рассмотренных выше приводов можно здесь: