Зачем нужен частотный преобразователь для насоса? Используемые преобразователи водоснабжения

Базовый элемент, обеспечивающий функциональность насоса, это электродвигатель. Ранее регулировка рабочего процесса происходила за счёт автоматики, теперь эту задачу решает частотный преобразователь для насосов.

Функциональное назначение преобразователя частот в конструкции насоса

Инвертор (частотный преобразователь) обеспечивает регуляцию работы насоса гораздо лучше, чем реле. Он работает в одно и то же время как стабилизатор, автоматика и регулятор рабочего процесса. Благодаря ему обеспечивается высокая эффективность прибора:

• Снижается уровень подачи электричества, при необходимости, и частоты вращения двигателя, что способствует предохранению насоса от преждевременного износа.
• Предотвращается образование в трубах избыточного давления.
• Решается проблема со скачками напряжения, что также определённо увеличивает срок эксплуатации насоса.

Преимущественно уже в процессе сборки насосной станции вживляется частотный преобразователь. К числу подобных устройств нужно отнести модели весьма известного насоса Грундфос.

Визуально он представляет собой коробку оснащённую электроникой (несколько плат, датчик, осуществляющий замеры, и инвертор, выравнивающий уровень напряжения) и малогабаритным экраном.

Более дорогие образцы оснащены микропроцессорами. Могут быть встроены аккумуляторы, дополнительные выравниватели и так далее.

Используемые преобразователи могут быть однофазного или трёхфазного типа.

По принципу работы преобразователь частоты достаточно прост. Волна электрического тока подаётся на платы прибора. Расположенные там инверторы и стабилизаторы обеспечивают его выравнивание. Одновременно с этим датчик считывает данные давления и прочую значимую информацию.

Все сведения перенаправляются к блоку автоматики. Далее, преобразователь частоты осуществляет их оценку, определяя уровень мощности, который необходимо подать, и, в соответствии с этим, подавая необходимый для продолжения работы объём электроэнергии.

Как результат, преобразователь частоты может отрегулировать плавность запуска электродвигателей, уровень давления воды и остановку работы в критической ситуации. Перечень всех возложенных на частотник “обязанностей” постоянно расширяется ввиду производимых разработчиками усовершенствований.

Процесс управления действиями преобразователя осуществляется всего лишь нажатием нужной кнопки с ориентировкой на данные, отображаемые на экране. Более дорогие устройства способны распознать большее число команд. Самые качественные модели рассчитаны на несколько десятков рабочих режимов со сменой скорости и программы.

Затраты на инсталляцию и покупку преобразователя полностью компенсируются в течение одного года эксплуатации

Перечень положительных функций преобразователя частот:

• Способность выравнивать входное напряжение.
• Обеспечение регулировки мощности насоса.
• Создание условий, позволяющих экономить электроэнергию.
• Увеличение длительности эксплуатации насосного оборудования.
• Предоставление возможности работы без гидроаккумулятора.
• Стабилизация внутрисистемного давления.
• Снижение уровня шумового воздействия насоса.

Также он работает как заместитель автоматики.

• Высокая себестоимость прибора.
• Осуществление настройки и подключения обычно доступно только специалистам.

Преобразователь частот работает в конструкции насоса следующим образом: при значительном падении уровня давления в гидробаке (определяется с помощью реле), частотник получает соответствующий сигнал и даёт команду на запуск электромотора. При этом всё осуществляется “без резких движений”, мощность нарастает постепенно, обеспечивая страховку от гидравлической перегрузки. В настоящее время модели преобразователей обеспечивают регуляцию времени разгона от 5 до 30 секунд.

Пока осуществляется разгон преобразователь непрестанно получает сведения о том, каков уровень давления в трубопроводе. Как только этот уровень достигает нужного значения, разгон прекращается, работа двигателя продолжается на достигнутой частоте.

Как выбирать и устанавливать оборудование?

Стандартная комплектация насосной станции состоит из:

• Погружного или поверхностного насоса;
• Манометра;
• Шланга, оснащённого нержавеющим покрытием;
• Гидроаккумулятора;
• Реле давления воды.

К дополнительному оборудованию относят:

• Частотные преобразователи скважинных насосов;
• Стабилизаторы напряжения;
• Источники бесперебойного питания;
• Датчик;
• Блоки;
• Управляющие реле т.д.

Если конструкция уже имеющегося насосного оборудования не оснащена преобразователем частот, то можно осуществить его самостоятельную установку. Обычно в прилагаемой к модели насоса документации имеются указания относительно того, с каким именно преобразователем может взаимодействовать насос данного типа.

В случае отсутствия подобной информации нужно, опираясь на значимые параметры, подобрать преобразователь самостоятельно:

Необходимо соответствие между мощностью электропривода и преобразователя.

1. Значение входного напряжения.

Указание на то, при какой силе тока преобразователь работает. Здесь необходимо учитывать каковы могут быть потенциальные колебания в сети (низкий уровень напряжения провоцирует остановку, высокий – поломку).

1. Категория двигателя насоса.

Однофазный, двухфазный или трёхфазный.

1. Границы диапазона частотного управления.

Для скважинного насоса требуется 200 – 600 Гц (в зависимости от того, какова первичная мощность насоса), для циркулярного насоса – 200 – 350 Гц.

1. Соответствие числа входов/выходов управления эксплуатационным потребностям.

Чем их больше, тем больше возможностей управления рабочим процессом.

1. Выбор подходящего способа управления.

В случае со скважинным насосом – управление выносного типа, позволяющее осуществлять управление напрямую из дома, а циркуляционный насос отлично работает с пультом дистанционного управления.

Определять надёжность приобретаемых устройств нужно косвенно по длительности гарантийного срока. Соответственно, чем он больше, тем лучше качество.

Где устанавливать преобразователь для насоса?

Частотные преобразователи, имеющие гидравлическое подключение, устанавливаются прямо на напорной магистрали. Без такого подключения, на магистраль крепится лишь датчик давления воды, соединённый с ПЧ.

Преобразовать располагается максимально близко к насосу, но только внутри отапливаемого помещения. Общая схема подключения к питанию проста и не вызывает затруднений.

Модели преобразователей для насоса

Преобразователи, выпускаемые компанией, расположенной в Дании и производящей насосы. Как следствие, эти частотники спроектированы в максимальном соответствии с конструкцией моделей насоса от Грундфос. Прибор отвечает за тонкую регуляцию работы всего механизма, выполнение предохраняющих и управляющих функций. Преобразователи системы Cue отличаются разнообразием высококачественных моделей (более 15-ти видов в ассортименте), однако стоимость у них соответствующая. Кроме того цена напрямую зависит от того, для механизма какой мощности требуется преобразователь частоты. Среди спектра моделей можно найти преобразователи и для однофазного насоса (Micro Drive FC 51), и для трёхфазного (Micro Drive FC101).

Преобразователи этой компании отличаются бюджетностью. Отвечают за компенсацию крутящего момента, плавность запуска, контроль давления и обладают различными режимами управления числом до 24-х. Соответствие по мощности подбирается в индивидуальном порядке. Имеется защитный корпус, предохраняющий от воздействия пыли и грязи.

Преобразователь частот однофазного типа. Можно использовать в бытовых приборах. Уровень мощности составляет 0,7-2,5 кВт. Малогабаритный, что делает его удобным для установки в любых устройствах. Примечателен тем, что обеспечивает тонкую настройку благодаря нескольким режимам настройки и 16-ти дискретным скоростям. Стоит примерно вдвое больше предыдущей модели.

Модели этой марки отличаются универсальностью и весьма популярны. Их отличительная особенность – качественный привод и векторное управление. Привод помимо прочего гасит шумы во время работы двигателя, автоматически подхватывает частоты вращения электрического двигателя, защищает весь механизм от перегрузки и перегрева, обеспечивает плавный старт. По стоимости сопоставимо с Grundfos Cue.

Использование насоса в системах автономного водоснабжения и отопления

Модели насоса данной категории считаются весьма производительными, но отличаются чрезмерно высоким уровнем энергопотребления, что, конечно, затрудняет эксплуатацию. Снизить объём энергозатрат, уровень давления и продлить срок службы позволяют конечно же частотные преобразователи.

Большая часть современных насосов спроектирована в соответствии с принципом дросселирования. Электрические моторы этих механизмов находятся в режиме работы на верхнем мощностном пределе, то есть буквально на износ. Зачастую из-за отсутствия плавности при включении наблюдаются мощные гидравлические удары, портящие конструкцию насоса. Чтобы точно настроить такой механизм тоже нужно изрядно постараться.

Расчёт данных для насосного оборудования всегда производится исходя из предельного уровня мощности, хотя максимальную нагрузку механизм испытывает лишь эпизодически при пиковом потреблении воды, что случается нечасто. В остальное время осуществление работы на пределе возможностей совершенно неоправданна. Как раз в такие моменты частотный преобразователь для циркуляционного и скважинного насоса сокращает энергопотребление на 30 – 40 %.

Помимо прочего, использование частотного преобразователя в станции насоса обеспечивающего доставку воды позволяет предотвратить проблему “сухого хода”. Она актуальна в тех случаях, когда воды внутри системы нет, а двигатель работает дальше. Из-за “сухого хода” может произойти перегрев двигателя и поломка механизма в целом. Это ещё раз доказывает необходимость использования преобразователя.

Однофазный частотный преобразователь для насоса в рамках бытовой системы водоснабжения

Эргономичность приборов является весьма значимым показателем в рамках бытового обслуживания. Улучшение данного параметра для системы водоснабжения, использующей маломощную однофазную модель насоса, затруднительно, поскольку для этого требуется преобразователь с входным/выходным уровнем напряжения 1х220В, а найти такой нелегко.

Обычно бытовые насосы не имеют нареканий по энергопотреблению, однако это не компенсирует затрат на покупку, ввиду её редкой эксплуатации.

Однако установка преобразователя при этом не теряет актуальности, поскольку он помогает поддержанию постоянного сетевого давления. Иначе говоря здесь осуществляется запрос на комфортную эксплуатацию.

Особенно важна такая опция при использовании горячей воды. То есть, применение частотника избавляет от температурных скачков и изменения силы напора.

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

Однофазный преобразователь частоты для домашнего пользования

Преобразователи стандартного типа обычно не оснащены гидравлическим подключением. Попытка самостоятельного модернизирования устройства под такие нужды может оказаться бесполезной, даже если за дело возьмётся специалист.

Осознавая данную проблему, производители, занимающиеся выпуском преобразователей частоты, создали специальный однофазный частотный преобразователь для насоса, обеспечивающего бытовые системы водоснабжения.

Одним из подобных преобразователей является SIRIO ENTRY 230, оснащённый гидравлическим подключением и способный к выполнению всех стандартных задач частотника.

Частотный преобразователь для насоса водоснабжения

Приводами насосных агрегатов служат асинхронные или синхронные электрические двигатели. Главный недостаток электрических машин переменного тока – затруднение регулировки частоты вращения ротора и высокие пусковые токи. От скорости вращения зависят основные характеристики насоса – производительность и напор.

Для регулировки рабочих параметров насосных агрегатов применяются:

• Задвижки, заслонки и вентили. Запорная арматура позволят изменять давление в сети, подачу жидкости.
• Каскадное включение и отключение. При этом несколько насосов подключают к сети параллельно, регулировка характеристик достигается изменением количества одновременно работающих агрегатов.
• Применение двигателей с фазным ротором. При этом рабочие параметры насоса регулируют путем изменения напряжения на обмотках.

Такие способы имеют ряд серьезных недостатков. При применении задвижек существенно увеличивается гидравлическое сопротивление сети и потери напора и давления, также возрастает вероятность гидравлических ударов.

Каскадная работа требует установки резервных насосов, при этом невозможно регулировать напор и расход в диапазоне производительности одного агрегата, а также плавно изменять напор и расход. Такой способ оправдан только в крупных сетях водоподачи теплоснабжения, а также в автономных системах с большим перепадом расхода.

Установка электродвигателя с фазным ротором позволяет изменять скорость вращения рабочего колеса. Это наиболее перспективой способ регулирования рабочих характеристик, однако, двигатели такого типа позволяют изменять скорость вращения в небольшом диапазоне. Кроме того, стоимость таких электрических машин существенно выше двигателей с короткозамкнутым ротором.

Для плавной регулировки производительности насосных агрегатов применяют преобразователи частоты. Принцип действия устройств основан на зависимости скорости вращения ротора от частоты тока и напряжения на обмотках электрической машины.

Регулирование напора и расхода насоса путем изменения частоты на обмотках статора лишен недостатков каскадного регулирования, изменения параметров путем регулировки пропускной способности труб запорно-регулирующей арматурой.

Преобразователи частоты могут применяться в цепях асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронных машин с обмотками и постоянными магнитами.

Принцип работы электропривода насосов с регулировкой производительности по давлению.

Самый распространенный способ регулирования подачи воды в небольших автономных водопроводных системах – изменение производительности по давлению. Насосные станции для таких систем состоят из одного или нескольких насосов с частотно-регулируемым приводом, датчика давления, напорного бака, устройства управления.

При нулевом потреблении воды в системе поддерживается постоянное давление. При открытии крана, давление в трубах падает. Датчик вырабатывает сигнал, который поступает на преобразователь частоты. Устройство плавно разгоняет двигатель насоса, увеличивая производительность агрегата, при этом давление в системе поддерживается на заданном уровне. Подача насосного агрегата изменяется пропорционально расходу.

На насосных станциях с несколькими насосами при дальнейшем увеличении производительности преобразователь частоты включает резервные агрегаты. При снижении расхода, устройство плавно снижает производительность.

В приводе циркуляционных насосов автономных систем отопления применяется частотно-регулируемая схема с изменением подачи теплоносителя по температуре и давлению. В схему добавлен датчик температуры, регулировка производительности осуществляется по 2 характеристикам.

Преимущества частотно-регулируемого привода насосов.

Устройства изменения частоты применяют как для привода насосов небольших автономных водопроводных и отопительных систем, так и для централизованных сетей отопления, горячего и холодного водоснабжения. Преобразователи частоты устанавливают также в электроприводах агрегатов подачи технологических жидкостей, высокоточных дозаторов, систем автоматического тушения пожаров и охлаждения.

Частотные преобразователи позволяют:

• Осуществлять плавный пуск. При запуске насоса на полную мощность резко увеличивается давление, что может привести к гидроударам. Кроме того, при старте на полном напряжении ток увеличивается в 3-5 раз и более. Преобразователи частоты снижают пусковые токи, а также снижают вероятность гидравлических ударов.
• Снизить потребление электроэнергии. При работе насосов на полузакрытые задвижки существенно снижается к.п.д. агрегатов. Преобразователи частоты позволяют регулировать подачу в зависимости от потребления путем изменения производительности. Это позволяет снизить потребляемую мощность на 20-70%.
• Осуществлять автоматическое управление. Современный преобразователь частоты – многофункциональное устройство. Оборудование позволяет регулировать расход и напор по нескольким характеристикам. Устройство также защищает двигатель и насос от перегрузок, перепадов напряжения, обрыва фаз, «сухого хода», заклинивания вала, других аварий и ненормальных режимов работы.
• Обеспечивать связь с удаленными пунктами управления. Промышленные преобразователи частоты, которые используют для насосных станций городского или сельского водоснабжения, централизованных сетях теплоснабжения, поддерживают базовые протоколы связи. Такие приводы встраиваются в сложные системы автоматизации.

При помощи специализированных устройств можно осуществлять групповое управление насосами на станциях, подключать и отключать резервные агрегаты, задавать алгоритмы управления.

Как выбрать преобразователи частоты.

Производители силовой электроники выпускают общепромышленные специализированные преобразователи частоты. Модельные линейки устройств специального назначения включают серии для насосных агрегатов и станций.

Частотные преобразователи такого типа имеют ряд специальных функций. Такие устройства не требуют сложной настройки, программное обеспечение, ПИД или ПИ регуляторы, опции регулирования уже содержит заводской комплект.

Для управления насосом или группой агрегатов можно приспособить общепромышленный преобразователь, однако программирование и настройка таких устройств занимает много времени, а также требует установки специального ПО. Лучше приобрести частотник специального назначения.

Примерный набор специальных функций преобразователей частоты для насосов:

• Групповое управление несколькими агрегатами.
• Режим сброса осевших загрязнений.
• Подавление механического резонанса.
• Предпусковая сушка электродвигателя.
• Защита от «сухого хода», заклинивания вала.
• Режим заполнения трубопровода.
• Пожарный режим (для устройств насосов установок или систем автоматического тушения огня).
• Специальные алгоритмы автоматического регулирования работы насосных агрегатов.

Функции оборудования зависят от модели и назначения устройства. Производители преобразователей выпускают линейки однофазных преобразователей для насосов бытового назначения с простейшим функциональным набором, серии для мощных полностью автоматизированных насосных станций.

Ряд производителей насосов, например, Wilo, Grundfos, POMPE ZANNI и другие поставляют агрегаты с приводом, куда уже встроен преобразователь частоты. Такие устройства не требуют сложной наладки. После простой адаптации к системе, оборудование полностью готово к работе.

Для модернизации электроприводов и при замене двигателей, а также при построении системы автоматизации и управления крупными насосами или станциями, преобразователь частоты подбирают по параметрам.

Устройства для частотно-регулируемого привода выбирают:

По электрическим характеристикам. Номинальное напряжение, ток, количество фаз электродвигателя должны соответствовать аналогичным параметрам устройства частотного регулирования. Мощность преобразователя лучше выбирать с запасом 10-20%. Пуск двигателей насосных агрегатов проходит в легких или средних режимах, большой запас мощности и высокая перегрузочная способность частотного преобразователя в этом случае не нужны.

По типу электродвигателя. В качестве привода насосов применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронные двигатели с пусковыми обмотками и постоянными магнитами. Преобразователь должен быть адаптирован для работы с конкретным типом электрической машины.

По диапазону частот. Для циркуляционных низкоскоростных насосов достаточно преобразователя с интервалом регулирования частоты выходного напряжения от 200 до 400 Гц, для глубинных и скважных насосов с высоким напором нужно устройство от 200-800 Гц. Производитель преобразователей обычно указывает диапазон регулировки в об/мин. Это значительно упрощает выбор.

По количеству входов и выходов для датчиков и удаленных устройств управления, поддерживаемым протоколам связи. При выборе частников для проводов, встраиваемых в системы автоматизации, нужно учитывать количество аналоговых, цифровых и релейных выходов и входов для подключения датчиков, ПК пунктов управления и контроля, панелей операторов. Количество управляющих входов и выходов должно превышать число подключаемого оборудования. Это позволит не покупать новый преобразователь при реконструкции или модернизации системы АСУТП. Преобразователь также должен поддерживать протоколы связи, применяемые в автоматизированной системе. Ведущие производители силовой электроники выпускают серии частотных преобразователей с возможностью установки карт поддержки различных протоколов обмена данными.

По классу защиты от пыли и влаги. Исполнение корпуса частотного преобразователя IP должно соответствовать условиям эксплуатации. Устройства IP20-40 размещают в сухих незапыленных помещениях или электротехнических шкафах управления. Преобразователи в корпусе IP54 и IP65 можно устанавливать в местах с высокой влажностью, запыленных помещениях. Допускается размещать устройства рядом с насосом.

Как подключать частотный преобразователь к насосу.

Подключение частотного преобразователя к двигателю насосов осуществляется в соответствии с требованиями производителя и правилами устройства электроустановок ПУЭ:

• Перед преобразователем устанавливают автоматические выключатели или контакторы и предохранители. Коммутационные и защитные аппараты необходимы для долговременного отключения электропривода и аварийного отключения при коротких замыканиях. Электроаппараты выбирают по типовой методике.
• Сечение жил кабелей силовой цепи должно соответствовать потребляемому току. Марка кабеля и диаметр жил указывают в инструкции по монтажу. Входные и выходные силовые цепи, контрольные кабели управления прокладывают раздельно.
• Заземляют преобразователь отдельным проводом сечением не меньше диаметра жил питающего кабеля. Заземление присоединяют к общему контуру напрямую. Применять для заземления нулевой проводник запрещается.
• Для подключения датчиков и удаленного оборудования управления и контроля нужно использовать экранированные кабели. При длине линии больше 50 м в разрыв цепи устанавливают фильтры электромагнитных помех.
• Перед подключением обмотки двигателей соединяют в звезду или треугольник, исходя из номинального значения напряжения частотника. Двухскоростные электродвигатели с фазным ротором включают на одну скорость.

Все соединения выполняют в соответствии с требованиями безопасности и электромагнитной совместимости. При необходимости во входную и выходную цепь преобразователей включают фильтры гармоник. Соответствие подключений схеме и качество контактных соединений проверяют до наладки преобразователя.

Настройка преобразователей для насоса.

Перед наладкой и первым пуском насосных агрегатов еще раз проверяют подключения. Далее отключают подачу напряжения на двигатель и подают напряжение на частотный преобразователь. При этом должны заработать вентиляторы, засветиться дисплей, а на экране должно отобразиться сообщение “OFF”.

Затем переводят преобразователь в режим настройки, вводят характеристики двигателей, диапазоны скоростей, время разгона и остановки, другие характеристики. Устройства с автоматическим определением параметров двигателей переводят в режим адаптации.

После ввода и сохранения рабочих параметров настраивают специальные функции и задают режимы регулирования.

Далее подают напряжение в выходную цепь, проверяют направление вращения вала, работу двигателя во всех диапазонах.

Промышленные преобразователи в автоматизированных системах настраивают совместно с оборудованием управления и контроля. После внесения корректировок и окончательной настройки и полной адаптации привода насосный агрегат вводят в эксплуатацию.

Установка преобразователей частоты в приводы насосов эффективна практически во всех случаях. Устройства обеспечивают увеличение энергоэффективности (до IE 5 по стандарту IEC 60034-30 2008 в приводах с синхронными двигателями на постоянных магнитах), существенно снижают износ трубопровода и другого оборудования.