Частотный преобразователь для насоса: назначение, принцип работы и устройство

Содержание

Что собой представляют частотные преобразователи

Во многих случаях производители водяных насосов включают частотные преобразователи в свои насосы во время установки. Это относится, например, к насосам Grundfos, которые пользуются большим спросом. В более дорогих моделях в качестве преобразователей используются микропроцессоры, но не все насосы оснащены частотными преобразователями, и их, возможно, придется приобретать и устанавливать отдельно.

Поэтому можно выбрать насос, в котором уже есть частотный преобразователь для насоса и все опции, или приобрести их отдельно с возможностью подключения дополнительных функций, в зависимости от меняющихся потребностей.
Насосные инверторы представляют собой комбинацию асинхронного двигателя с фазным ротором, который работает в режиме генератора-инвертора. Он управляется микропроцессором, который оснащен множеством функций. Преобразователь частоты, несмотря на сложную конструкцию, имеет простой интерфейс, что делает его простым в использовании и эксплуатации для рядового пользователя.

Частотный преобразователь для водяного насоса устанавливается на электродвигателе, либо на месте оригинальной клеммной коробки, либо на стене, в специальном шкафу. Сами инверторы различаются по мощности и весу и оснащены надежной защитой от перегрузки.

В чём разница между частотным насосом и классическим

Обычный циркуляционный насос в условиях повышенной нагрузки продолжает работать в стандартном режиме, тем самым создавая избыточное давление нагнетания, что приводит к повышенному потреблению энергии. Частотный насос, в случае снижения мощности отопительного контура, снижает свою скорость с помощью частотного преобразователя, тем самым предотвращая создание избыточного давления на выходе насоса, что приводит к значительной экономии энергии.

При использовании обычных циркуляционных насосов в системах отопления вместе с термостатическими клапанами возникают посторонние шумы из-за перепада давления в системе отопления. Эти посторонние шумы наиболее слышны ночью и оказывают раздражающее воздействие в моменты отдыха. Закрытие клапанов создает паразитное гидравлическое сопротивление, которое увеличивает нагрузку на обычный циркуляционный насос, что не лучшим образом сказывается на его сроке службы.

Функциональное назначение преобразователя частот в конструкции насоса

Инвертор (преобразователь частоты) регулирует работу насоса гораздо лучше, чем реле. Он действует одновременно как стабилизатор, устройство автоматизации и контроллер процесса. Использование частотного преобразователя обеспечивает высокую эффективность работы устройства:

  • При необходимости подача электроэнергии уменьшается, а скорость вращения двигателя снижается, что защищает насос от преждевременного износа.
  • Избыточное давление в трубе исключено.
  • Предотвращаются проблемы, связанные со скачками напряжения, что также значительно продлевает срок службы насоса.

В большинстве случаев частотный преобразователь уже встроен в насосную станцию во время монтажа. Одним из таких агрегатов является модель известного насоса Grundfos.

Визуально это коробка, оснащенная электроникой (несколько плат, датчик, который производит измерения, и инвертор, который выравнивает уровень напряжения) и небольшим экраном.

Более дорогие модели оснащены микропроцессором. Можно интегрировать аккумуляторы, дополнительные эквалайзеры и т.д.

Используемые инверторы могут быть однофазными или трехфазными.

Принцип работы инвертора довольно прост. На платы устройства подается волна электрического тока. Расположенные там инверторы и стабилизаторы обеспечивают его выравнивание. В то же время датчик одновременно считывает данные о давлении и другую необходимую информацию.

Вся информация передается на блок автоматизации. Затем преобразователь частоты оценивает его, определяет уровень мощности, который необходимо обеспечить, и, соответственно, подает необходимое количество электроэнергии для дальнейшей работы.

Таким образом, преобразователь частоты может регулировать плавный запуск двигателей, уровень давления воды и остановку работы в аварийной ситуации. Список всех «обязанностей», возложенных на частотный преобразователь, постоянно растет благодаря усовершенствованиям, внесенным конструкторами.

Процесс управления действиями преобразователя осуществляется простым нажатием нужной кнопки, ориентируясь на данные, отображаемые на экране. Более дорогие устройства способны распознавать большее количество команд. Самые качественные модели способны поддерживать десятки режимов работы с изменением скорости и программ.

Затраты на установку и приобретение инвертора окупаются в течение одного года работы.

Перечислите положительные характеристики преобразователя частоты:

  • Возможность выравнивания входного напряжения.
  • Позволяет регулировать мощность насоса.
  • Создание условий для энергосбережения.
  • Увеличение продолжительности откачки.
  • Позволяет работать без аккумулятора давления.
  • Стабилизация давления в системе.
  • Снижение уровня шума, издаваемого насосом.

Также хорошо подходит для замены автоматического насоса.

Отрицательные стороны:

  • Высокая стоимость устройства.
  • Работы по регулировке и подключению обычно ограничиваются специалистами.

Частотный преобразователь работает в конструкции насоса следующим образом: если давление в баке слишком низкое (определяется реле), частотный преобразователь получает соответствующий сигнал и дает команду на запуск электродвигателя. Частотный преобразователь обеспечивает функцию «холостого хода» с постепенным увеличением мощности, что обеспечивает защиту от гидравлической перегрузки. Имеющиеся в настоящее время модели инверторов обеспечивают регулируемое время разгона от 5 до 30 секунд.

Во время разгона преобразователь постоянно получает информацию об уровне давления в трубопроводе. Как только давление достигает нужного значения, время разгона останавливается, и двигатель продолжает работать с достигнутой частотой.

Основные функции преобразователя частоты

Управление потоком — одно из самых распространенных применений ЧРП. В реальных условиях часто требуется уменьшение расхода жидкости, поэтому возможность изменения скорости насоса для управления расходом имеет первостепенное значение. В подавляющем большинстве случаев для снижения расхода используются затворы и клапаны, но эта стратегия не способствует экономии энергии. И наоборот, ЧРП может регулировать скорость потока, оптимизируя при этом потребление энергии.

Может возникнуть ситуация, когда оператору необходимо запустить двигатель на максимальную мощность в определенное время дня и запустить его на частичную нагрузку в другое время. Это реальная причина популярности ЧРП, поскольку работа на пониженных скоростях позволяет экономить энергию и снижать эксплуатационные расходы. Если оператору просто необходимо запустить асинхронный двигатель с постоянной скоростью, которая меньше номинальной скорости двигателя, можно использовать редуктор. Однако если привод является нагрузкой с переменным крутящим моментом, лучшим решением будет инвертор.

Например, представьте себе использование асинхронного двигателя для работы вентилятора на градирне. Чем быстрее вращается вентилятор, тем больше энергии он потребляет. Температура окружающего воздуха может снижаться из-за изменения условий окружающей среды в течение дня. По этой причине в жаркую часть дня может быть достаточно, чтобы вентилятор работал на более низкой скорости, чем требуется. Вращаясь на полной скорости, вентилятор тратит дорогостоящую энергию, в то время как он мог бы вращаться медленнее.

Комплектации частотных преобразователей

На рынке представлено множество моделей насосов с частотным регулированием с различными опциями и функциями. Существуют насосы с частотным регулированием, в которых есть все необходимое для безопасной и экономичной работы насоса, и те, которым нужна дополнительная опция.

В первом случае вы получите более дорогую, универсальную и надежную конструкцию, а во втором случае сам частотный преобразователь будет недорогим, но любой приобретенный вами вариант будет стоить немного дороже и его придется подключать и настраивать своими руками.

Преимущества частотно-регулируемого привода насосов.

Частотные преобразователи используются для привода насосов в небольших автономных системах водоснабжения и отопления, а также в системах центрального отопления, горячего и холодного водоснабжения. Частотные преобразователи также устанавливаются в приводах узлов подачи электротехнологической жидкости, прецизионных дозаторов, систем автоматического пожаротушения и охлаждения.

Преобразователи частоты позволяют:

  • Плавный запуск. При запуске насоса на полную мощность давление быстро возрастает, что может привести к гидроударам. Кроме того, при запуске при полном напряжении ток увеличивается в 3-5 и более раз. Преобразователи частоты снижают пусковые токи, а также уменьшают вероятность возникновения гидроударов.
  • Снижение потребления электроэнергии. Насосы, работающие на полузакрытых затворах, значительно снижают эффективность оборудования. Частотные преобразователи позволяют регулировать расход в зависимости от потребления путем изменения выходного сигнала. Это позволяет снизить энергопотребление на 20-70%.
  • Возможно автоматическое управление. Современный преобразователь частоты — это многофункциональное устройство. Он может управлять потоком и напором несколькими способами. Устройство также защищает двигатель и насос от перегрузок, перепадов напряжения, потери фазы, сухого хода, заклинивания вала, других аварий и ненормальных режимов работы.
  • Обеспечить связь со станциями дистанционного управления. Промышленные преобразователи частоты, используемые в городских или сельских водонасосных станциях и сетях централизованного теплоснабжения, поддерживают основные протоколы связи. Эти приводы интегрируются в сложные системы автоматизации.

Используя специализированное оборудование, можно осуществлять групповое управление насосами на станциях, подключать и отключать резервные агрегаты и задавать алгоритмы управления.

Экономия электроэнергии.

Использование FC позволяет снизить пусковые токи и регулировать потребляемую двигателем мощность в зависимости от текущей нагрузки.

Увеличение срока службы промышленного оборудования.

Плавный пуск и контроль крутящего момента на валу увеличивают межремонтные интервалы и продлевают срок службы электродвигателей.

Избегайте редукторов, дроссельных клапанов, электромагнитных тормозов и других устройств управления, которые снижают надежность и увеличивают потребление энергии.   

Широкий диапазон мощности двигателей.

Частотные преобразователи устанавливаются как на однофазные конденсаторные двигатели мощностью менее 1 кВт, так и на синхронные электрические машины мощностью несколько десятков МВт.

Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы.

ЧРП оснащены защитой от перегрузок, короткого замыкания и обрыва фазы. Инверторы также обеспечивают перезапуск при возобновлении подачи электроэнергии после сбоя питания.

Бесступенчатое, точное регулирование скорости без потери мощности, что невозможно при использовании редукторов. 

Снижение уровня шума работающего двигателя.

Повышенное частотное регулирование двигателей постоянного тока может быть заменено асинхронными двигателями с частотными регуляторами. В машинах, требующих регулирования крутящего момента и скорости, часто используются двигатели постоянного тока, скорость которых пропорциональна приложенному напряжению. Эти электрические машины дороже асинхронных машин и требуют дорогостоящих промышленных выпрямителей. Замена двигателей постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным регулированием дает хороший экономический эффект.

Недостатки

На недостатки влияют принципы управления, используемые в оборудовании. В зависимости от того, скалярный или векторный это преобразователь, существуют различные недостатки.

Принцип работы частотных преобразователей для насосов

Преобразователь частоты для насосов преобразует входное напряжение питания в оптимальное выходное напряжение для выбранного режима работы насоса. Система создает замкнутый контур управления с обратной связью по выбранному параметру (например, давление воды в системе водоснабжения). Датчик давления посылает информацию на электронный блок управления, а преобразователь, в свою очередь, изменяет выходной сигнал (частоту, напряжение) в ту или иную сторону для поддержания постоянного давления воды в трубопроводе.

Примеры показаны на иллюстрациях:

Насос (автоматическое поддержание давления, энергосбережение)
Частотные преобразователи для насосов

Двойная насосная станция
(автоматическое поддержание давления, включение дополнительных основных насосов)
Частотные преобразователи для насосов

Использование насоса в системах автономного водоснабжения и отопления

Модели насосов этой категории считаются очень эффективными, но имеют чрезвычайно высокое энергопотребление, что, очевидно, затрудняет эксплуатацию. Сокращение потребления энергии, снижение уровня давления и увеличение срока службы, конечно, могут быть достигнуты с помощью частотных преобразователей.

Большинство современных насосов сконструированы по принципу дросселирования. Электродвигатели этих машин находятся на верхнем пределе своих возможностей, т.е. буквально изношены. Часто из-за отсутствия плавности при включении происходят сильные гидравлические удары, повреждающие конструкцию насоса. Кроме того, требуется много усилий для точной настройки механизма.

Показатели для насосного оборудования всегда рассчитываются исходя из предельной мощности, хотя максимальная нагрузка возникает лишь изредка при пиковой потребности в воде, что случается нечасто. В другое время работать на максимальной мощности нецелесообразно. Именно в такие моменты частотный преобразователь для циркуляционных и погружных насосов снижает потребление энергии на 30-40 %.

Помимо прочего, использование преобразователя частоты в насосной станции водоснабжения предотвращает проблему «сухого хода». Это происходит, когда в системе нет воды, а двигатель продолжает работать. Сухой ход может привести к перегреву двигателя и повреждению всего механизма. Это еще раз доказывает необходимость конвертера.

Эффективность применения преобразователей для насосов

Суть работы частотного преобразователя заключается в бесступенчатом регулировании скорости вращения вала двигателя, передавая нагрузку на подключенные к нему механизмы. Преобразователи частоты чаще всего используются для однофазных двигателей, которые применяются в насосах и работают по принципу переменного крутящего момента. Помимо функции управления, современные преобразователи частоты способны выполнять ряд других задач, включая защитные функции, влияющие на эффективность работы насосного оборудования:

  • они защищают насосы и двигатели от перегрузок;
  • защищают от перенапряжения;
  • предотвратить возможность короткого замыкания;
  • предотвратить перегрев двигателя насосного оборудования;
  • предотвратить гидроудары в системе;
  • Одинаково эффективное управление при использовании нескольких насосов;
  • Максимально облегчить эксплуатацию насосной станции и ремонтные работы, предотвращая значительные потери водоснабжения.

Разработанное на профессиональном уровне, использующее ряд функций автоматической диагностики и настройки параметров, а также четко структурированный алгоритм работы, оборудование для частотного регулирования насосов приобрело ряд преимуществ, среди которых:

  • Автоматическое включение/выключение насосов и насосных станций по сигналу от датчиков давления;
  • Автоматическое поддержание давления при различном расходе среды;
  • Защита от включения насоса при отсутствии воды или закрытой задвижке;
  • Позволяет перекачивать различные типы жидкостей, в том числе и по температурным показателям;
  • Смягчает моменты запуска и защищает от воздействия внезапного потока воды;
  • Снижает количество энергии, необходимой для работы системы;
  • Снижает потребление электроэнергии при всех допустимых условиях работы двигателя;
  • Дистанционное управление двигателями, а значит и насосами, благодаря съемной панели управления и др.

Однофазный частотный преобразователь для насоса в рамках бытовой системы водоснабжения

В домашней энергосистеме эргономика оборудования очень важна. Улучшить этот параметр для системы водоснабжения, используя маломощную модель однофазного насоса, сложно, так как для этого требуется преобразователь уровня входного/выходного напряжения 1х220 В, найти который не так просто.

Как правило, бытовые насосы не имеют нареканий по энергопотреблению, но это не компенсирует затраты на покупку, учитывая нечастое использование.

Однако установка конвертера все равно важна, так как он помогает поддерживать постоянное давление в сети. Другими словами, существует запрос на удобное управление.

chastotnyj-preobrazovatel-dlya-nasosa

Этот параметр особенно важен при использовании горячей воды. Другими словами, использование частотного преобразователя позволяет избежать колебаний температуры и изменения силы напора.

Однофазные преобразователи частоты подходят как для погружных, так и для поверхностных насосов.

Однофазный преобразователь частоты для домашнего пользования

Стандартные инверторы, как правило, не имеют гидравлического соединения. Попытка самостоятельно переоборудовать устройство для этой цели может оказаться безуспешной, даже с помощью специалиста.

Осознавая эту проблему, производители преобразователей частоты разработали специальный однофазный преобразователь частоты для насосов, питающих бытовые системы водоснабжения.

Одним из таких преобразователей является SIRIO ENTRY 230, который оснащен гидравлическим соединением и способен выполнять все стандартные задачи частотного преобразователя.

Как подключать частотный преобразователь к насосу.

Частотный преобразователь подключается к двигателю насоса в соответствии с требованиями производителя и правилами электротехнического кодекса для электроустановок:

  • Автоматические выключатели или контакторы и предохранители устанавливаются перед преобразователем. Коммутационные и защитные устройства необходимы для длительного отключения привода и аварийного отключения в случае короткого замыкания. Электрооборудование должно быть выбрано в соответствии со стандартной процедурой.
  • Сечение проводников силовой цепи должно соответствовать потребляемому току. Информацию о марке и диаметре проводников кабеля см. в инструкции по монтажу. Прокладывайте входные и выходные силовые цепи, кабели управления отдельно.
  • Заземлите инвертор отдельным кабелем с сечением не менее диаметра проводника силового кабеля. Подключение заземления должно быть выполнено непосредственно к общему заземлению. Не используйте нейтральный провод для заземления.
  • Для подключения датчиков и устройств дистанционного управления и контроля необходимо использовать экранированные кабели. Если длина линии превышает 50 м, в коммутаторе должны быть установлены фильтры электромагнитных помех.
  • Перед подключением обмотки двигателя должны быть соединены в звезду или треугольник, в зависимости от номинального напряжения преобразователя частоты. Двухскоростные двигатели с фазным ротором включаются на одну скорость.

chastotni-chastotnogo-preobrazovatelya-k-nasu.jpg

Все соединения выполнены в соответствии с требованиями безопасности и ЭМС. При необходимости во входных и выходных цепях преобразователей предусмотрены фильтры гармоник. Перед настройкой преобразователя необходимо проверить проводку и качество контактных соединений.

Настройка преобразователей для насоса.

Перед настройкой и первым запуском насосных агрегатов необходимо еще раз проверить соединения. Затем напряжение на двигатель отключается, а на преобразователь частоты подается напряжение. Вентиляторы должны включиться, дисплей должен загореться, а на экране должно появиться сообщение «OFF».

Затем преобразователь частоты переходит в режим настройки и вводятся характеристики двигателя, диапазоны скорости, время разгона и остановки и другие характеристики. Устройства с автоматическим определением параметров двигателя переходят в режим адаптации.

После ввода и сохранения рабочих параметров устанавливаются специальные функции и режимы управления.

Затем напряжение подается на выходную цепь, проверяется направление вращения вала, и двигатель работает на всех диапазонах.

Промышленные инверторы в автоматизированных системах устанавливаются вместе с устройствами управления и контроля. После регулировки и окончательной настройки привода агрегат вводится в эксплуатацию.

Установка преобразователей частоты в приводах насосов эффективна практически во всех случаях. Устройства повышают энергоэффективность (до IE 5 согласно IEC 60034-30 2008 в приводах с синхронными двигателями с постоянными магнитами) и значительно снижают износ трубопроводов и другого оборудования.

Зачем нужен частотный преобразователь?

Практически все современные насосы, продающиеся в бюджетном и среднем ценовом диапазоне, сконструированы по принципу дросселирования. Электродвигатель таких устройств всегда работает на максимальной мощности, а расход/давление поступающей жидкости изменяется путем регулировки запорного клапана, который изменяет сечение отверстия.

Такой принцип работы имеет ряд существенных недостатков, поскольку провоцирует гидроудары, так как при включении насос начинает прокачивать воду по трубам с максимальной мощностью. Также проблемой является высокое потребление энергии и быстрый износ компонентов системы — насоса, а также запорной арматуры и труб. И тонкая настройка такой системы водоснабжения дома из скважины — не вариант.

Вышеперечисленные недостатки не присущи насосам, оснащенным преобразователем частоты. Этот компонент эффективно контролирует давление, возникающее в водопроводе или трубопроводе отопления, изменяя мощность, поступающую на двигатель.
Диаграмма насоса в различных режимах работы

Механические регуляторы

Вероятно, самым простым элементом автоматизации скважины является механический регулятор. Его также называют «реле давления». Он используется только для регулирования давления. Аккумулятор давления, который устанавливается одновременно с регулятором, выполняет следующие важные функции

  • Предотвращает слишком частый запуск насоса, делая работу агрегата рациональной и эффективной;
  • Он защищает систему от гидроударов, которые обычно возникают, когда клапан закрыт.

Реле давления

Реле давления — это недорогой и простой в установке компонент. Его функция заключается в создании давления воды внутри капсулы и автоматическом замыкании ее контактов. И они закрываются при достижении определенного значения этого давления. Когда контакты замыкаются, включается насос, и аккумулятор заполняется водой. Когда клапан закрыт, давление увеличивается, и контакты размыкаются.

Некоторые модели могут иметь манометры. Однако это является дополнительной опцией. Сами реле размещаются в любой точке трубы, так как уровень давления в сети одинаков по всей длине трубы.

Реле давления с манометром

Однако, несмотря на свою эффективность, такая автоматика, как регулятор, имеет тот недостаток, что не имеет датчика «сухого хода». Это означает, что если давление в полости скважины падает из-за отсутствия воды, реле продолжает работать и заставляет работать насос. Если владелец не будет постоянно следить за этим, оборудование просто потеряет свою функцию.

Устройство и алгоритм работы

Преобразователь частоты для водяных насосов — это электрическое устройство, преобразующее постоянное напряжение сети в переменное напряжение заданной амплитуды и частоты. Почти все современные преобразователи основаны на схеме с двойным сдвигом. Эта конструкция состоит из 3 основных частей:

  • Неуправляемый выпрямитель;
  • Импульсный инвертор;
  • Система управления.

Ключевым компонентом конструкции является импульсный инвертор, который, в свою очередь, состоит из 5-8 переключающих транзисторов. К каждому из ключей подключен соответствующий элемент обмотки статора электродвигателя. В зарубежных инверторах используются транзисторы класса IGBT, в российских — их отечественные аналоги.

Система управления представлена микропроцессором, который параллельно выполняет функции защиты (отключает насос при больших колебаниях тока в сети) и управления. В глубинных насосах управляющий элемент инвертора связан с реле давления, что позволяет насосной станции работать в полностью автоматическом режиме.
Экономия энергии за счет использования полиэтилена

Энергосбережение с помощью FC

Алгоритм работы частотного преобразователя довольно прост. Когда реле давления определяет, что уровень давления в гидравлическом баке упал ниже допустимого минимума, сигнал посылается на инвертор, который запускает электродвигатель насоса. Двигатель разгоняется плавно, что снижает гидравлические нагрузки, действующие на систему. Современные инверторы позволяют пользователю установить время разгона двигателя в диапазоне от 5 до 30 секунд.

Насосы в энергетике

В настоящее время существует множество типов центробежных насосов, используемых для различных целей. К ним относятся насосы отечественных компаний K (Km), D, SE, Kc и т.д. и насосы зарубежных компаний. Для каждого из этих типов был разработан и произведен широкий спектр различных номинальных мощностей и давлений, что позволяет выбрать необходимые характеристики в каждом конкретном случае.

Существует, по сути, два варианта гидравлических схем, в которых используются насосные агрегаты. Первая — «проточная» схема, при которой вода за насосом напрямую выводится из различных точек трубопроводной системы. Во втором случае используются циркуляционные системы, в которых забор воды из трубопровода практически отсутствует. Далее мы рассмотрим циркуляционные системы, общим примером которых являются сети централизованного теплоснабжения.

Регулирование насосов

Насосы выбираются и эксплуатируются в соответствии с гидравлическими условиями системы, для которой необходимо обеспечить желаемый расход теплоносителя или профиль давления. Это может быть система с постоянным или переменным расходом, возникающим в результате изменения гидравлического сопротивления компонентов. В реальной эксплуатации для этих и других условий обычно требуется регулировка насосов, что обусловлено двумя факторами.

Во-первых, в случае циркуляционных систем с постоянным расходом, таких как системы отопления, независимо подключенные к тепловой сети, необходимость контроля возникает из-за несоответствия номинальных характеристик насоса, которые почти всегда не полностью соответствуют гидравлическим характеристикам системы. В этом случае управление достигает необходимого соответствия путем поддержания требуемого перепада давления на входе в систему или путем непосредственного поддержания заданного расхода.

Во-вторых, в случае систем с переменным гидравлическим сопротивлением компонентов, определяемым работой различных контроллеров (например, контроллеров температуры горячей воды в системах отопления и т.д.), необходимость управления насосом определяется изменением гидравлических характеристик подключенной системы и соответствующим изменением расхода перекачиваемой воды. В этом случае задачей управления является только поддержание определенного перепада давления (доступной высоты) в подключенной системе.

При управлении насосами в циркуляционных системах давление на входе циркуляционных насосов поддерживается работой бустерных насосов. Необходимый перепад давления в системе обеспечивается за счет поддержания давления после насосов в подающей линии.

В основном существует три основных способа регулирования насосов: дросселирование развиваемой части напора, перепуск части воды с нагнетания на вход насоса (регулирование рециркуляции) и регулирование путем изменения частоты вращения вала насосного агрегата. В качестве последнего мы будем рассматривать в основном частотное управление двигателем насоса (VFD).

Для понимания организации управления вышеописанными методами ниже приведены соответствующие графики характеристик насосной муфты в зависимости от работы контроллеров и подключенной сети. Режим работы циркуляционной системы (расход воды и перепад давления) определяется точкой пересечения гидравлических характеристик насоса и сети.

Приборы для автоматического контроля

В сети водоснабжения установлены различные устройства для контроля работы насосного оборудования. Что это за датчики и каковы их функции?

Для получения списка следуйте приведенным ниже кратким инструкциям:

Название устройства Какова его функция
Реле тревоги Выключение работающей машины при нарушении заданного режима работы.
Реле напряжения Защита двигателя от колебаний сетевого напряжения.
Промежуточная эстафета Переключает электрические цепи в определенном порядке.
Таймер (реле времени). Таймер измеряет время, необходимое для выполнения операции или определенного процесса.
Электроконтактный манометр Контролирует давление в трубопроводе и управляет автоматическими контурами.
Термостат Контролирует температуру пакетов и подшипников.
Преобразователь уровня Устанавливает сигнал для включения или выключения насоса при изменении уровня воды или напора.
Вакуумное реле Контролирует вакуум внутри насоса или всасывающей трубы.
Реактивное реле Контролирует поток воды в трубопроводе.

Эти устройства четко определяют любые изменения в операционной системе. Чтобы облегчить их контроль, работа насоса или насосной системы с несколькими насосами должна постоянно регулироваться. Именно для этого используется преобразователь частоты.

Контроллер насоса (частотный преобразователь)

Подключение двигателя насоса позволяет согласовать работу всей сети. Это особенно ценно для систем с несколькими насосами.

Это также не редкость для автономных гидравлических систем. Например, если колодец находится далеко от дома, в сети необходимо также установить повысительную насосную станцию.

В таких случаях используется устройство под названием: «контроллер инвертора скважинного насоса». — это то, что вы видите на фотографии выше. Инвертор объединяет различные комбинации устройств управления, которыми не оснащен сам насос, а также имеет встроенный преобразователь частоты.

Достоинства автоматического водоснабжения

Чтобы сделать эксплуатацию оборудования как можно более незаметной, все в насосных станциях — от запуска и остановки агрегатов до контроля потока воды — автоматизировано. Устройства, которые помогают поддерживать полный контроль над системой, передают сигналы в центр управления.

Итак:

Итог: плавный запуск и остановка двигателя насоса, сводит вероятность гидроударов к нулю, а бережная эксплуатация способствует продлению срока службы каждого агрегата. В то же время снижаются расходы, связанные с эксплуатацией водяного насоса.
Особенно это сказывается на стоимости энергии.

Его цена неуклонно растет, что ощущают все — и домохозяйства, и компании. Двигатели насосов с частотным регулированием позволяют уменьшить объем накопительных баков или даже вовсе отказаться от них.

В случае промышленных насосных станций это также снижает затраты на строительство, отопление и освещение, а также уменьшает количество персонала, необходимого для обслуживания. Также возможно централизованное управление несколькими насосными станциями в одной точке. Опыт показывает, что затраты могут окупиться в течение года.

Как работает насос в паре с частотным преобразователем? (видео)

Дополнительные возможности частотного насоса

Насосы с частотным преобразователем имеют специальный дисплей, на котором отображается объем перекачиваемой среды в час. Эти насосы также оснащены кнопками управления, которые можно использовать для ручной настройки режимов работы насоса. Частотный насос можно перевести в обычный режим работы с помощью кнопок, чтобы использовать его как обычный нерегулируемый насос. Это опционально и может быть использовано в системах отопления, где термостатические клапаны не используются. Режимы работы частотного насоса также отображаются на светодиодном дисплее.

Энергопотребление и нагрев

При максимальной нагрузке частотный насос потребляет не более 20 Вт энергии. Это объясняется тем, что в этом насосе используются постоянные магниты. На самой низкой скорости частотный насос потребляет всего 12-13 Вт, в то время как обычный циркуляционный насос постоянно потребляет в среднем около 50 Вт.

Когда мощность отопительного контура снижается из-за закрытия термостатических клапанов, насос продолжает работать с нормальной скоростью, пытаясь преодолеть сопротивление. На выходе из насоса повышается давление, а в самом насосе накапливается тепло, что также негативно сказывается на сроке службы насоса. Циркуляционный насос с частотным регулированием не имеет этих недостатков, поскольку он адаптируется к сопротивлению системы отопления, и его двигатель работает комфортно без чрезмерного нагрева. Частотный насос рассчитан на эксплуатацию в течение десятилетий.

Положительное воздействие на элементы отопительной системы

Частотный насос также благотворно влияет на срок службы расширительного бака, равномерно компенсируя колебания давления в контуре отопления. Колебания давления вызывают сжатие и растяжение резиновой мембраны, из которой изготовлены расширительные баки, что со временем приводит к выходу из строя расширительного бака.

Отсутствие перепадов давления, которое гарантируется использованием насоса-преобразователя, позволяет расширительному баку работать практически в одном и том же режиме, что не вызывает растяжения или сжатия резиновой мембраны. Все, что необходимо делать, — это внимательно следить за давлением воздуха в расширительном бачке и периодически подкачивать его. Это должен делать человек, обслуживающий вашу систему отопления.

С регулируемым циркуляционным насосом радиаторы служат гораздо дольше. Это также является прямым результатом отсутствия перепадов давления в отопительном контуре, которые способствуют деформации радиаторов, что со временем приводит к появлению микротрещин, а затем и трещин.

Плюсы применения частотного преобразователя

  1. Стабилизация давления. Система VSD поддерживает давление в трубопроводе на требуемом уровне (значение, установленное пользователем) независимо от времени суток, количества открытых кранов и конфигурации шины. Это также имеет ряд других преимуществ: в случае ГВС с водонагревателем мгновенного действия температура жидкости постоянна; приборы, подключенные к сетевому водоснабжению, работают в оптимальном режиме.
  2. Защита насоса от перегрева. Частотный преобразователь включает в себя реле потока. Это означает, что насосный агрегат защищен от сухого хода.
  3. Мягкий старт. Это позволяет избежать перегрузки при подаче напряжения на двигатель.
  4. Энергосбережение. Энергопотребление насоса более экономично, поскольку он постоянно переключается с одного режима на другой. При более высокой производительности насоса этот показатель может быть снижен до 50%. По некоторым оценкам, частотный преобразователь окупается примерно за 1,5 года.
  5. Снижение риска протечек (прорыва труб). Объяснение простое — давление поддерживается в пределах нормы, что позволяет избежать аварийных ситуаций, вызванных скачками давления. Получается, что преобразователь частоты косвенно экономит материалы и время, необходимое для устранения неисправностей в системе. Соответственно, исключаются и сопутствующие потери воды (просачивание в грунт, распространение по полу подвала).
  6. Увеличение срока службы насоса. Преобразователь частоты регулирует ток и напряжение (0 — 230 В), а отсутствие скачков напряжения и тока продлевает срок службы насоса.
  7. Пульт дистанционного управления. Некоторые модели имеют порт USB (COM), и настройки можно изменять с помощью компьютера; это дополнительное удобство для пользователя.
  8. Аварийное отключение насоса. Следовательно, одной из функций преобразователя частоты является функция защиты.
  9. Нет необходимости включать в контур аккумулятор давления. Если насос и частотный преобразователь работают вместе, необходимость в одном из них просто отпадает.

Как выбирать и устанавливать оборудование?

Стандартная конфигурация насосной станции состоит из:

  • Погружной или поверхностный насос;
  • Манометр;
  • Шланг, оснащенный крышкой из нержавеющей стали;
  • Накопитель;
  • Реле давления воды.

Дополнительные аксессуары включают:

  • Частотные преобразователи для насосов выгребных ям;
  • Стабилизаторы напряжения;
  • Источники бесперебойного питания;
  • Сенсор;
  • Единицы;
  • Реле управления и т.д.

Если конструкция существующего насосного оборудования не оснащена частотным преобразователем, его можно установить самостоятельно. В документации, прилагаемой к рассматриваемой модели насоса, обычно указывается, с каким преобразователем может работать данный тип насоса.

Если эта информация недоступна, для выбора частотного преобразователя можно использовать соответствующие параметры:

  1. Уровень мощности.

Номинальная мощность привода и преобразователя должна быть согласована.

  1. Значение входного напряжения.

Индикация того, при каком токе работает преобразователь. Здесь необходимо учитывать возможные колебания в сети (низкое напряжение провоцирует простои, высокое напряжение провоцирует сбои).

  1. Категория двигателя насоса.

Однофазный, двухфазный или трехфазный.

  1. Пределы диапазона регулирования частоты.

Для погружного насоса 200 — 600 Гц (в зависимости от мощности основного насоса), а для циркуляционного насоса 200 — 350 Гц.

  1. Соотнесите количество входов/выходов управления с эксплуатационными потребностями.

Чем их больше, тем больше возможностей для управления процессом.

  1. Выберите подходящий метод контроля.

В случае со скважинным насосом именно дистанционное управление позволяет управлять им прямо из дома, а циркуляционный насос прекрасно работает с дистанционным управлением.

Надежность приобретаемого оборудования косвенно должна определяться продолжительностью гарантийного срока. Чем больше гарантийный срок, тем выше качество.

Где устанавливать преобразователь для насоса?

Частотные преобразователи с гидравлическим соединением устанавливаются непосредственно на напорную линию. Без такого соединения к сети подключен только датчик давления воды, соединенный с частотным преобразователем.

chastotnyj-preobrazovatel-dlya-nasosa

Преобразователь размещается как можно ближе к насосу, но только внутри отапливаемого помещения. Общая проводка к источнику питания проста и незамысловата.

Встроенные и внешние преобразователи частоты.

Преобразователь частоты может быть:

  • Интегрированные с электродвигателем (размещаются непосредственно на двигателе или выполнены в одном корпусе с двигателем). Эти модели производятся только самыми инновационными компаниями.
  • Внешний. Производительность насосов с внешним регулированием и преобразователями частоты практически не ограничена. Производители этих инверторов никак не связаны с насосной промышленностью, поскольку насосный сектор — не единственная область их применения.

article_crn_r1.jpg
Рис.1 Насос с преобразователем частоты, встроенным в двигатель.

article_crn_r2.jpg
Рис.2 Насос со стандартным двигателем.

Использование частотных преобразователей возможно как для поверхностных, так и для погружных насосов.

article_crn_02.jpg

Внешние преобразователи частоты имеют то преимущество, что в случае их выхода из строя насос будет продолжать работать, в то время как при использовании преобразователя частоты в двигателе насос перестанет работать.

Возможности частотно регулируемого насоса:

  • Работа при постоянной (частичной) характеристике.
  • Работа с постоянным давлением или перепадом давления (требуется датчик давления, датчик перепада давления).
  • Работа при постоянном расходе (требуется электронный расходомер).
  • Работа для поддержания постоянной температуры или разницы температур (требуется датчик температуры, датчик дифференциальной температуры).

В системах водоснабжения, например, чаще всего используется режим постоянного давления. Инвертор регулирует скорость насоса таким образом, чтобы давление в сети оставалось постоянным при изменении расхода воды.

Снижение потребления электроэнергии с использованием преобразователя частоты.

Большинство коммунальных систем в жилых домах и промышленных объектах являются системами с переменным расходом (отопление и водоснабжение, кондиционирование воздуха), где разница между пиковой и фактической нагрузкой может быть значительной. Эта разница обусловлена неравномерностью потока во времени (смена, день, сезон и т.д.). Чем больше разница, тем больше энергии могут сэкономить насосы.

Для многих стандартных объектов с переменным расходом (школы, гостиницы, жилые дома и т.д.) были составлены ежедневные графики водопотребления, из которых видно, что при пиковой нагрузке насосы работают не более 10-15% времени. Простой пример — многоэтажное здание. Максимальный поток утром и вечером, средний поток днем, минимальный поток ночью. Все это понятно без дополнительных объяснений. Именно здесь скрыт основной потенциал экономии.

Оснащение насоса, постоянно работающего в одном и том же режиме, частотным преобразователем практически не имеет экономического смысла.

Энергопотребление насоса зависит от фактического расхода, который в большинстве случаев ниже рассчитанного максимального значения. Это связано с тем, что насосы выбираются в соответствии с требованиями к максимальному расходу и напору системы, но, как уже упоминалось выше, в большинстве случаев это не так.

Оказывается, что в большинстве случаев избыточная мощность насоса просто не нужна.

При частичной нагрузке насос уже не будет работать на полную мощность, как это происходит в системах без частотного регулирования, а будет работать в промежуточном режиме на пониженной скорости. Самое главное, что насос автоматически подстраивается под требования системы.

Чтобы точно понять, почему эффективность снижается при уменьшении скорости, давайте рассмотрим характеристики насоса.

Режимы управления частотными преобразователями

Большинство современных моделей преобразователей частоты имеют несколько режимов управления:

Ручное управление.

Двигатель можно запускать и останавливать с помощью панели или пульта управления преобразователя частоты. В этом случае преобразователь автоматически регулирует скорость и останавливается в случае опасности.

Внешнее управление.

Частотный преобразователь поддерживает интерфейсы передачи данных и может быть подключен к удаленному компьютеру для контроля параметров привода и настройки режимов работы.

Модели преобразователей для насоса

  • Grundfos Cue

Инверторы, произведенные компанией, расположенной в Дании, которая производит насосы. Поэтому эти преобразователи частоты разработаны максимально близко к моделям насосов Grundfos. Этот блок отвечает за точное регулирование всего механизма, выполняя функции безопасности и управления. Инверторы Cue доступны во многих высококачественных моделях (предлагается более 15 типов), но по соответственно высокой цене. Цена также зависит от мощности машины, для которой требуется частотный преобразователь. Модельный ряд включает инверторы для однофазных насосов (Micro Drive FC 51) и для трехфазных насосов (Micro Drive FC101).

chastotnyj-preobrazovatel-dlya-nasosa

  • Эрман E-9

Их инверторы предназначены для работы в условиях низкой стоимости. Они отвечают за компенсацию крутящего момента, плавный пуск, контроль давления и имеют различные режимы управления до 24. Значения согласующей мощности выбираются индивидуально. Он оснащен защитным корпусом для защиты от пыли и грязи.chastotnyj-preobrazovatel-dlya-nasosa

  • Hyundai N 50

Это однофазный преобразователь частоты. Он подходит для использования в бытовых приборах. Уровень мощности составляет 0,7-2,5 кВт. Небольшой размер позволяет устанавливать его во всех приборах. Он отличается возможностями тонкой настройки с несколькими режимами настройки и 16 дискретными скоростями. Он стоит примерно в два раза дороже своего предшественника.

chastotnyj-preobrazovatel-dlya-nasosa

  • PowerFlex 40

Модели этой марки универсальны и очень популярны. Их отличительной чертой является высококачественный привод и векторный контроль. Привод подавляет шум при работе двигателя, автоматически повышает скорость вращения электродвигателя, защищает весь механизм от перегрузки и перегрева и обеспечивает плавный пуск. Стоимость сопоставима с Grundfos Cue.

chastotnyj-preobrazovatel-dlya-nasosa

Фирмы производители и срок окупаемости

На рынке представлены различные производители частотно-регулируемых приводов. Вы можете увидеть разнообразную продукцию известных мировых компаний, таких как ABB или SIMENS, а также образцы отечественного производства. Стоимость крупных брендов будет адекватной, но если говорить о качестве, то его вполне реально встретить в российских компаниях.

Что касается срока окупаемости, то он будет рассчитываться в каждом конкретном случае. Обычно средства полностью покрываются сбережениями на срок от шести месяцев до двух лет, но могут быть индивидуальные исключения.

Можно выявить следующую закономерность — чем мощнее насос, тем он дороже, поэтому частотно-регулируемый привод будет дороже своего менее эффективного аналога. Но такой насос потребляет больше электроэнергии — поэтому экономия будет больше и окупится быстрее.

Сферы применения

Используются частотно-регулируемые приводы:

  • Для кранов и подъемных машин. Крановые двигатели подвергаются частым пускам, остановкам и переменным нагрузкам. Частотно-регулируемые приводы обеспечивают отсутствие рывков и раскачивания груза при пуске и остановке, останавливают кран точно в требуемом положении, уменьшают нагрев электродвигателей и обеспечивают максимальный пусковой момент.
  • Для привода дутьевых вентиляторов в котлах и дымососах. Бесступенчатое управление дутьевыми вентиляторами и вентиляторами дымоудаления позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечивает максимальную эффективность котельной системы.
  • Для конвейеров, прокатных станов, транспортеров, подъемников. NC контролирует скорость транспортирующего оборудования без рывков и толчков, увеличивая срок службы механических узлов.Для насосных агрегатов. Можно обойтись без клапанов и затворов, регулирующих давление и производительность, и значительно повысить общую эффективность системы водоснабжения.
  • Для двигателей станков. Использование преобразователей частоты вместо редукторов позволяет увеличивать или уменьшать скорость станка, а также осуществлять реверс. Преобразователи частоты широко используются в станках с ЧПУ и прецизионном промышленном оборудовании.

Внедрение частотно-регулируемых приводов приносит значительные экономические выгоды. Экономия затрат достигается за счет снижения потребления электроэнергии, затрат на ремонт и обслуживание двигателей и оборудования, использования более дешевых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и снижения других производственных затрат. Средний срок окупаемости инвестиций в преобразователи частоты составляет от трех месяцев до трех лет.

Рекомендации по выбору и установке оборудования

Если используемый насос не имеет встроенного частотного преобразователя, вы можете приобрести и установить его самостоятельно. Производитель насоса обычно указывает в паспорте, какой частотный преобразователь подходит для данной модели.

Если рекомендаций нет и выбор устройства зависит только от вас, руководствуйтесь следующими критериями:

  1. Мощность — преобразователь напряжения всегда выбирается в зависимости от мощности привода, к которому он подключен.
  2. Входное напряжение — определяет величину тока, при котором инвертор остается работоспособным. Здесь необходимо учитывать колебания в энергосистеме (низкое напряжение приведет к остановке устройства, высокое напряжение может просто вывести его из строя). Также необходимо учитывать тип двигателя насоса — трехфазный, двухфазный или однофазный.
  3. Диапазон частот регулирования — для скважинных насосов оптимальным будет диапазон 200-600 Гц (в зависимости от начальной производительности насоса), для циркуляционных насосов 200-350 Гц.
  4. Количество тактов и выходов управления — чем больше тактов, тем больше команд и, соответственно, режимов работы можно задать преобразователю. Автоматика позволяет задать скорость при запуске, несколько режимов максимальной скорости, скорость ускорения и т.д.
  5. Лучший способ управления — с помощью пульта дистанционного управления, который можно установить внутри дома, а для циркуляционных насосов идеально подходит конвертер с пультом дистанционного управления.

Если вы просмотрели все оборудование на рынке и обнаружили, что нужного оборудования просто нет, вам необходимо сузить критерии выбора до ключевого фактора — потребляемого тока двигателя, на основании которого выбирается номинальная мощность инвертора.

Также при выборе частотного контроллера, особенно от отечественных или китайских производителей, следует обратить внимание на гарантийный срок. По его продолжительности можно косвенно оценить надежность оборудования.

Несколько слов о производителях. Лидером в этой области является компания Grundfoss (Дания), которая поставляет на рынок более 15 различных моделей инверторов. Так, модель Micro Drive FC101 подходит для насосов с трехфазными электродвигателями, модель FC51 — для однофазных насосов (работающих от стандартного источника питания 220 В).
PowerFlex 40

Поделиться:
Нет комментариев
×
Рекомендуем посмотреть
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности
Adblock
detector