Вернуться к старому виду сайта
Задать вопрос

или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57

* - обязательные поля

Силовая электроника
+7 (495) 792-57-57

Регулирование мощности при помощи преобразователей частоты быстро окупается

Управление насосными испытательными стендами мощностью до одного мегаватта при помощи преобразователей частоты: австрийская компания Vogel Pumps доверяет проверенным технологиям управления преобразователями частоты и продвинутым техническим решениям в области активных фильтров компании Danfoss и использует их в своих лабораториях по испытанию насосов. Результаты исследований открывают дополнительные возможности для дальнейшей модернизации и оптимизации насосов и проведения комплексных функциональных и наладочных испытаний.

Новая установка по испытанию насосов компании Vogel Pumps (часть группы компаний Xylem Group) проводит испытания насосов мощностью до одного мегаватта и позволяет организовывать больше тестов по сравнению с предыдущей установкой. Инвестиции в данный объект составили около полмиллиона евро. Прежняя испытательная лаборатория была устаревшей и не подходила для тестирования мощных насосов. Модернизированная лаборатория делает возможным создание новых насосов и модернизацию имеющихся с мощностью до одного мегаватта.

Вид испытательной лаборатории со стороны двигателя
Рис.1 Вид испытательной лаборатории со стороны двигателя.

Стенд состоит из следующего оборудования. Установленный асинхронный двигатель переменного тока имеет независимую систему вентиляции, частота его вращения регулируется преобразователем частоты VLT AQUA Drive компании Danfoss. Напряжение подается на привод с помощью трансформатора, преобразующего 6 кВ в 690 В. Низкочастотные гармонические искажения на напряжении 400 В компенсируются с помощью активного фильтра Danfoss серии AAF006. Благодаря применению фильтра, в сети энергопотребления практически нет гармонических искажений, а значение коэффициента нелинейных искажений THDu не больше 2,5%. Cos Phi двигателя при этом имеет значение около 1. Дополнительный фильтр гармоник, установленный между входом преобразователя и двигателем, обеспечивает напряжение почти идеальной синусоидальной формы.

Кроме того, стандартные сетевые фильтры, входящие в состав преобразователей частоты Danfoss, сокращают ВЧ-помехи и скачки напряжения в сети на величину, не превышающую значения в соответствии с EN61800-3 и, следовательно, предотвращают поломку чувствительных измерительных устройств, расположенных около частотного преобразователя.

Диспетчерская испытательной лаборатории

Испытательная лаборатория оборудована диспетчерской, что позволяет автоматически централизованно регистрировать, оценивать и архивировать все данные измерений. Полученные данные передаются в базу данных исследований для дальнейшего использования.
Насосы весом до 8 тонн могут быть доставлены в лабораторию и испытаны в тестовой установке. Такие характеристики, как расход, давление, полная входная мощность и NPSH (допускаемый кавитационный запас насоса) могут быть проверены в следующих пределах:
- Конечное давление/максимальное давление 40 бар;
- Расход 5000 м3/ч;
- Диаметр всасывающего патрубка 600 мм;
- Диаметр выпускного трубопровода 600 мм.

Параметры и данные для преобразователей частоты VLT AQUA Drive передаются по шине Profibus. Электрическая схема испытательного стенда очень сложная из-за высокой мощности двигателя. Она включает в себя дополнительный Активный входной фильтр гармоник AAF006 с током компенсации 400 А для устранения помех в сети, и установленный привод VLT AQUA Drive FC202 с мощностью 1000 кВт. Применение фильтра позволило сделать улучшить качество сети и снизить гармонические выбросы мегаваттного привода.
Помимо механического обновления стенда, сам источник питания также был реконструирован.
Эксперты компании Danfoss совместно со специалистами компании Xylem приложили серьезные усилия для того, чтобы обеспечить «чистоту» системы. Кроме специальных алгоритмов управления фильтром были также приняты дополнительные меры, разработанные именно для данного объекта.
Компактные размеры преобразователя частоты VLT AQUA Drive и фильтра AAF006 позволили установить данные элементы в условиях в ограниченного пространства.

Измеряемые параметры и эксплуатация системы

Центральное управление и настройка испытательной установки происходит с помощью сенсорного экрана, который позволяет задать параметры каждого проводимого тестирования. Можно выбрать необходимые параметры и непосредственно порядок проведения самого тестирования:

  • Измерение давления: Измерение давления необходимо для нормальной работы системы. Значения измерений обрабатываются далее в ПЛК. Затем соответствующие измерения выбираются на экране.
  • Измерение давления воздуха: давление воздуха измеряется с помощью имеющегося измерительного прибора, а затем показания выводятся на экран.
  • Температура воды: температура воды измеряется с помощью датчиков типа PT100 в сосуде высокого давления и затем отображается на экране.
  • Температуры обмоток, температуры подшипников: температуры измеряются с помощью датчиков типа PT100 и выводятся на экран (только тестируемый двигатель).
  • Измерение расхода: расход измеряется с помощью IDM, и значения выводятся на экран.
  • Рассчитывается сумма всех измеренных значений.
  • Скорость, крутящий момент: скорость и крутящий момент передаются датчиком к ПЛК через устройство оценки и отображаются в системе управления. Мощность рассчитывается из полученных данных (только тестируемый двигатель).

Помимо диапазонов измерений можно также выбрать различные режимы или виды тестирования.

Пуск и остановка установки

Подвальное помещение испытательной лаборатории с природным источником воды
Рис.2 Подвальное помещение испытательной лаборатории: где находится
природный источник воды - тестовое приложение способно работать
с насосами до 1 МВт в реальной действующей системе.

После того, как выставлены все предварительные настройки, а система заполнена и из нее удален воздух, необходимо провести индивидуальный контроль защитных покрытий и правильной сборки оборудования, а также необходимо убедиться, что в зоне повышенной опасности находится только специально обученный высококвалифицированный персонал. Затем необходимо выставить скорость, соответствующую минимальной допустимой скорости. Работа насоса осуществляется с помощью частично открытых регулирующих клапанов. Только после этого можно нажимать кнопку запуска двигателя 1 МВт.

После запуска двигатель начинает вращаться и раскручивается до заданной скорости преобразователем частоты. Эта скорость отображается на дисплее и может быть изменена с помощью кнопок плюс/минус с дискретностью 1 оборот в минуту.
После остановки машины двигатель замедляется с помощью преобразователя частоты, пока он не достигнет скорости, равной 0 оборотов в минуту. Настройки запуска сохраняются, и поэтому двигатель может быть перезапущен, а значения вновь измерены. Если в этом нет необходимости, выберите "Закончить измерение" на панели управления, в результате чего перезапуск будет возможен только после проведения визуального контроля и нажатия кнопки запуска. Также управление преобразователем частоты может быть заблокировано с помощью кнопки "Свободный выход» - двигатель будет вращаться по инерции по полной остановки. В таком случае настройки сбрасываются, и в течение последующих 2 минут невозможен новый перезапуск. Соответственно, преобразователь частоты не будет подключен к вращающемуся двигателю. После завершения измерений все автоматические выключатели можно снова включить.

Использование установки

Внешний вид преобразователя частоты Danfoss серии AQUA Drive
Рис.3 Внешний вид преобразователя
частоты Danfoss серии AQUA Drive

Стенд позволяет компании Xylem Vogel Pumps проводить всесторонние испытания и получать данные, необходимые для модернизации насосов. Система включает в себя как усовершенствованные программные алгоритмы, так и аппаратные тесты для различных видов насосов.
Управление двигателями насосов становится все более и более важным процессом, особенно когда речь идет об энергоэффективности устройств с высокой мощностью. Компания Xylem доверяет преобразователям частоты компании Danfoss, поскольку они просты и надежны в использовании, а также имеют компактные размеры. Точный контроль скорости (что, в свою очередь, влияет на давление и пр.) обеспечивает эффективную работу.

Преобразователи частоты AQUA Drive с расширенным набором функций гарантируют чрезвычайно точное регулирование в большом количестве применений.

Частотные преобразователи VLT® AQUA Drive с диапазоном мощности от 0,37 до 1400 кВт могут быть использованы для любых насосных применений. Процедуры монтажа, эксплуатации, настройки и программирования идентичны для всех применений. При помощи удобной графической панели оператора LCP 102 возможно интуитивно понятное управление данными приводами, что значительно упрощает процесс настройки. Устройство также имеет функцию копирования для передачи параметров между различными преобразователями частоты Danfoss.

Частотные преобразователи VLT® Aqua Drive FC по умолчанию имеют безопасный вход, выполняющий функцию «Безопасное отключение крутящего момента» (Save Torque Off) в соответствии с EN 61800-5-2 с категорией безопасности SIL 2 / EN 61508 или PL d EN ISO 13849-1.
Преобразователи частоты VLT® AQUA Drive отличаются очень высокой эффективностью - около 98%. Так как температура силовой электроники имеет большое влияние на срок их службы, устройство оснащено эффективной функцией охлаждения; стандартное охлаждение воздуха возможно с помощью, так называемого, охлаждения обратного канала, внешнего охлаждения, циркуляции воздуха или охлаждения по принципу "холодная плита".

Преобразователь частоты имеет встроенный интеллектуальный контроллер. С его помощью могут быть реализованы различные простые задачи управления с необходимыми пороговыми значениями на цифровых входах. Помимо этого, преобразователь имеет ряд дополнительных функций:
- Усовершенствованное управление механическим тормозом: сокращается износ тормоза и уменьшение количества толчков;
- Свободный выбор паролей для доступа к параметрам и клавишам управления;
- ПИД - управление;
- Настраиваемые рампы разгона и замедления;
- Функция возврата кинетической энергии для преодоления коротких провалов напряжения;
- Работа с датчиками KTY, всторенных в двигатель для мониторинга температуры и оптимизации регулирования двигателя.

Преобразователи частоты VLT® AQUA Drive также подходят для управления двигателями на постоянных магнитах мощностью до 22 кВт с обратной связью и без нее.

Подведение итогов

Активные фильтры AAF006
Рис.4 Активные фильтры установлены в действительно ограниченном
пространстве и поэтому видны на фото не полностью.

Компания Xylem Vogel Pumps использует преобразователи частоты Danfoss VLT® Aqua Drive для управления двигателями, так они надежны и просты в эксплуатации. Их применение позволило эффективнее проводить испытания и упростить процесс оптимизации тестируемых насосов. Данные частотные преобразователи позволяют не только получить точные результаты измерений, но и проанализировать и задокументировать их. Необходимо также добавить, что, помимо стандартных насосов, возможно также тестирование насосов 6 кВ с макс. мощностью 1 МВт на одной испытательной установке с различными характеристиками нагрузки.

Кратко о компании Xylem Vogel Pumps

Компания Vogel Pumps была основана в 1909 году в г. Штоккерау (Австрия) и является частью американской группы компаний Xylem. Xylem - мировой лидер в области технологий обработки жидкостей. Компания насчитывает штат в 12500 сотрудников на 360 объектах в более 40 странах мира. Компания обладает широким ассортиментом продукции и множеством высококачественных и эффективных решений в области очистки, хранения и повторного использования воды в сельском хозяйстве, строительстве, производстве, горнодобывающей промышленности и коммунальном хозяйстве. Xylem предлагает широкий ассортимент продукции таких ведущих брендов, как Vogel Pumps, Lowara, Flygt, Wedeco, Godwin, Bell & Gossett, Goulds Water Technology, Jabsco и многих других.

Применение преобразователей частоты

Новая установка позволяет проводить испытания насосов мощностью от 50 кВт до 1 МВт. Двигатели, оснащенные преобразователями частоты, обеспечивают значительную потенциал экономию энергии в промышленных и непромышленных применениях. Диапазон применения приводов варьируется от производственных линий до систем охлаждения и водоснабжения. Более 2/3 потребляемой в промышленности электроэнергии приходится на электродвигатели, большинство которых не оснащены системой управления. Уровень потенциальной экономии, обеспечиваемой преобразователями частоты, является очень большим.

Технология активных фильтров

Подключение испытательной лаборатории к сети среднего напряжения 21 кВ осуществлялось через сеть напряжения 690 В и с помощью трансформатора и активного фильтра AAF006 компании Danfoss с током 400 А. Это подключение используется для подавления гармоник: благодаря хорошо спроектированному решению отпадает необходимость в использовании дополнительного трансформатора. В условиях ограниченного пространства данный фактор является немаловажным, к тому же это значительно снижает затраты. Насосы работают с частотой до 120 Гц, с активными фильтрами, которые могут автоматически полностью отключаться в условиях низкой нагрузки с переходом в спящий режим в целях экономии энергии. Фильтр AAF006 автоматически переключается на регулируемое пороговое значение, зависящее от мощности, с компенсацией обратной связи контура до значения THDi в 5%.