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.
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 |
ПЧ для насосов оптимизированы для следующих приложений:
Несмотря на вышеуказанные применения, такие приборы пригодны и для общепромышленного применения.
Преобразователи частоты для насосов имеют преимущества:
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)
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)
Современные бытовые и промышленные насосы работают за счет использования мощностей электродвигателя. Именно электродвигатель можно считать настоящим сердцем насоса. Изначально регулировку его работы выполняло только реле давления или более сложная автоматика.
Однако в последнее время для этих целей стали использовать частотные преобразователи.
Частотный преобразователь для насоса выполняет очень полезную функцию. Дело в том, что современные насосы остаются приборами, которые нельзя изначально контролировать должным образом. Конечно, можно установить на него реле, но это только полумеры.
С таким оборудованием двигатель насоса всегда будет работать в полной мере. При максимальной подаче электричества он работает даже чересчур мощно. А ведь проблема здесь в том, что и энергии он потребляет достаточно много.
Причем образовавшееся избыточное давление в трубах ни к чему хорошему не приведет. В итоге получается ситуация, когда из-за своих конструктивных особенностей насосы работают неэффективно.
Не стоит забывать и о проблемах с подачей электричества, перепадах напряжения и других неприятных вещах. Все эти моменты могут привести к выходу насоса из строя или чересчур быстрому его износу.
Решить проблему очень легко. Нужно лишь установить на насосное оборудование частотный преобразователь. Он выполняет функции стабилизатора, автоматики и регулятора работы насоса.
Очень часто производители насосных станций еще на этапе сборки интегрируют преобразователи в схему насоса. Ярким примером являются насосы Грундфос с частотным регулированием, которые в магазинах раскупают с повышенной интенсивностью.
Выглядит это устройство, как коробка с электронной начинкой и небольшим экраном. Внутри преобразователя размещены инверторы для выравнивания напряжения, несколько плат автоматики и специальные датчики для замеров.
В дорогих моделях встроен микропроцессор. Существуют также модели с аккумуляторами дополнительными выравнивателями и т.д. Преобразователи могут быть однофазными или трехфазными.
Принцип работы преобразователя очень простой. Подача электрического тока сначала идет на платы устройства. Там его выравнивают с помощью стабилизаторов и инверторов. В то же время датчики на преобразователе оценивают уровень давления в системе, а также все другие необходимые показатели.
Данные подаются на блок автоматики. Затем преобразователь оценивает необходимую мощность насоса и подает на него ровно столько электричества, сколько потребуется для выполнения поставленных задач.
Также преобразователи могут обеспечивать плавный пуск двигателей, их аварийную остановку и т.д. Список всех функций описать очень сложно, так как разработчики постоянно совершенствуют свою продукцию.
Регулировать преобразователь можно посредством всего нескольких простых команд. Команды вводят с помощью кнопок и экрана. Чем дороже устройство, тем больше команд оно способно распознавать. Качественные преобразователи имеют десятки возможных режимов работы, скоростей и программ.
Совершенно очевидно, что плюсов у преобразователей очень много. Доказано, что они окупаются уже за первый год эксплуатации. Минусы у такого оборудования тоже имеются, но они незначительны.
Плюсы частотных преобразователей:
Минусы частотных преобразователей:
Современные производители быстро сориентировались и стали выпускать преобразователи в больших количествах. Изготовители насосов тоже не остались в стороне. Выше уже было упомянуто про насосы Grundfos с частотным регулированием, но такая практика популярна и у других популярных компаний.
Стоимость насоса с встроенным преобразователем будет еще больше. Например, насосы Wilo с частотным регулированием Stratos 40 продают за 1000—1100 долларов.
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.
Использование частотных преобразователей для управления насосами является в настоящее время необходимостью, а не роскошью. Благодаря частотному регулированию имеется возможность снизить потребление электроэнергии в моменты сниженного водопотребления, а также избавить от избыточного давления в сети, что, зачастую, является причиной аварий. Благодаря использованию частотных преобразователей появилась возможность поддержать постоянное давление воды у потребителя.
Возьмем насос, который работает от двухполюсного двигателя со скоростью вращения вала 2800 оборотов в минуту, при этом на выходе насоса мы получаем номинальный напор и производительность. Теперь, при помощи частотного преобразователя , мы понизим частоту, что повлечет за собой понижение скорости вращения двигателя, а значит, изменится производительность насоса. При помощи датчика, информация о давлении в системе поступит в блок преобразователя частоты, и следовательно, на основании данных от датчика, изменится частота, подаваемая на электродвигатель.
Существуют различные производители, предлагающие специализированные частотные преобразователи для насосов
, среди которых Vacon 100 Flow (новинка от финского производителя Vacon), INNOVERT VENT (Китай), и другие модели. Они отличаются компактностью, имеют удобный интерфейс и могут исполняться в различных степенях защиты (IP 21, IP 54, IP65). Самая высокая степень защиты- это IP 65, которая является влаго- и пылезащищенной, но при этом имеет более высокую цену.
Диапазон мощностей, в которых представлены преобразователи частоты, довольно широк: от 0,18 до 315 кВт и более, при питании 220 и 380В от сети 50-60Гц.
Для того, чтобы подобрать частотный преобразователь для скважинного насоса, необходимо учитывать глубину скважины. К примеру, при артезианской скважине более 100 м глубиной, необходимо использовать дроссели, которые позволяют увеличить износоустойчивость изоляции кабеля и уменьшить другие нежелательные эффекты.
Частотный преобразователь для скважинного насоса
Данный преобразователь (инвертор) предназначен для частотного регулирования скорости вращения ротора электродвигателя, а, следовательно, и рабочего колеса скважинного насоса.
Для этого входящий в инвертор трехфазный (напряжение 380 А, частота 50 Гц) или однофазный (напряжение 220В, частота 50Гц) ток преобразуется в трехфазный или однофазный ток, но с изменяющейся частотой и амплитудой. Преимущества применения частотного преобразователя для скважинного насоса :
Но наряду с достоинствами частотный преобразователь имеет и свои недостатки:
В настоящее время среди известных торговых марок скважинные насосы с частотным преобразователем выпускает компания Grundfos (Дания) – серия SQE, выполненная из нержавеющей стали, производительностью 3,5 – 7 м 3 /ч и напором 68 – 107 метра. Помимо плавного пуска и регулирования мощности преобразователи в этих насосах выполняет следующие защитные функции:
– от работы «всухую» (рабочая часть насоса находится вне воды);
– от скачков напряжения;
– от разного рода перегрузок.
Насосы серии Grundfos SQE надежны, долговечны и экономичны. Единственный недостаток – это их высокая стоимость. Для примера. Ориентировочная стоимость насоса SQ 2-85 (производительность 3,5 м 3 , напор 109 м, мощность 1.15 кВт) составляет 32 тыс. рублей. А точно такая же (по техническим характеристикам) модель с частотным преобразователем – SQE 2-85 стоит уже 69 тыс. рублей. То есть более, чем в 2 раза дороже!
Впрочем, множество компаний выпускают частотные преобразователи различной мощности именно для работы со скважинными насосами – ITALTECNIKA SIRIO (Италия), HYUNDAI (Южная Корея), Toshiba (Япония), SIEMENS (Германия), ООО «Завод насосного оборудования» (Россия) и т.д. Так что можно самостоятельно обеспечить себе плавный пуск двигателя для того же Grundfos SQ 2-85. И это обойдется дешевле. В подборе инвертора, в принципе, нет ничего сложного. Основные критерии – мощность двигателя насоса, необходимые входные и выходные напряжения (например, входное – однофазное, 200-230 В, выходное – трехфазное, 200-230 В).