Частотный преобразователь для насоса: зачем нужен и как работает

В качестве привода насосов широко используются одно- или трехфазные электродвигатели переменного тока. При всех своих достоинствах эти электрические машины обладают одним серьезным недостатком, которым является сложность регулирования скорости и момента на валу.

Основными характеристиками насосных агрегатов являются расход и напор. Эти параметры регулируются при помощи запорно-регулирующей арматуры, включением в работу дополнительных насосов при каскадной схеме регулирования.

Принцип регулирования основан на зависимости скорости вращения ротора электрической машины от частоты питающего напряжения. Частотный преобразователь для насоса изменяет частоту питающего напряжения электропривода насосных агрегатов.

Большинство преобразователей частоты для насоса выполнены на базе схемы двойного преобразования. Переменное напряжение в сети выпрямляется, сглаживается на LC фильтрах, затем поступает на инвертор, где снова преобразуется в переменное напряжение другой частоты. Задание частоты осуществляется широтно-импульсным модулятором, сигналы с которого поочередно отпирают и запирают ключи на силовых транзисторах инвертора.

Частотные преобразователи имеют дискретные и аналоговые выходы для подключения датчиков давления, температуры, приборов измерения расхода, удаленных устройств управления и контроля, аварийной сигнализации и так далее. Обработка данных происходит в блоке управления на базе микропроцессора. Схема управления частотника генерирует сигналы на изменение производительности, включение или отключение насосных агрегатов согласно заданной программе и изменению технологических параметров в системе водоснабжения.

Например, простейшая схема регулирования производительности насосов с обратной связью по давлению в сети водоподачи работает следующим образом:

При падении давления, частотный регулятор формирует сигнал на включение насосных агрегатов. Запуск происходит в плавном режиме, что предотвращает гидроудары. При нарастании давления, сигнал с датчика поступает на частотник, который плавно изменяет скорость вращения приводного двигателя и снижет производительность насосов. Такая схема может включать дополнительные насосные агрегаты при пиковых значениях водопотребления.

Как выбрать частотный преобразователь для насоса

Многие производители насосного оборудования поставляют насосы уже укомплектованные частотными преобразователями. В паспортных данных насосов без регуляторов обычно указывают конкретные модели преобразователей, совместимых с электродвигателями агрегатов. Однако, при отсутствии этой информации, при модернизации и реконструкции насосных станций с двигателями старого образца возникает вопрос выбора частотников. Подбор регулятора осуществляется по следующим характеристикам:

• Типу электродвигателя. Количество фаз частотника для насоса должен соответствовать типу электродвигателя. При использовании трехфазного электродвигателя в однофазной сети установка частотного регулятора позволяет решить проблему запуска электрической машины без внешнего конденсатора.
• Электрическим характеристикам. Напряжение и потребляемый двигателем насоса ток должны совпадать с аналогичными параметрами частотника. Мощность преобразователя должна быть больше мощности привода насосного агрегата на 15-30%. При выборе по этим параметрам следует обратить внимание, что насосные агрегаты одной мощности могут иметь различные номинальные токи.
• Диапазону регулирования частот. Этот параметр определяет скорость вращения электродвигателя, а значит и производительность насоса. Для грамотного выбора необходимо знать характеристики сети водоподачи и другие параметры. Для циркуляционных насосов систем охлаждения и теплоснабжения обычно достаточно частотника 200–350 Гц, для скважных и глубинных насосов – от 200 до 600 Гц.
• Числу аналоговых и цифровых входов и выходов. Количество разъемов преобразователя частоты должно совпадать с числом датчиков, устройств оповещения и других подключаемых устройств. На случай модернизации системы лучше приобрести частотный преобразователь для нососа с большим количеством управляющих входов.
• По поддерживаемым протоколам связи. Для корректного обмена данными с автоматизированными устройствами управления или удаленного контроля параметров, требуется частотный преобразователь, поддерживающий используемый в САР протокол (САN, LАN или другие).
• Наличию пульта дистанционного управления. Для насосных станций и агрегатов, расположенных в труднодоступных местах, целесообразно подобрать частотный преобразователь с выносной управляющей панелью.

Внимание! При реконструкции насосных станций часто требуется программировать частотники для двигателей, долго бывших в эксплуатации. Для таких электрических машин целесообразно приобрести преобразователи с автоматической адаптацией, так как фактические характеристики этих электродвигателей могу отличаться от паспортных данных.

Преимущества использования частотного преобразователя для насосов

Комплектование электродвигателей насосных агрегатов частотными преобразователями обеспечивает:

• Плавное включение и остановку насосов, что снижает вероятность гидравлических ударов в системе.
• Упрощение автоматического регулирования с обратной связью по напору, давлению, другим параметрам сети. Аналоговые выходы расходомеров и манометров можно подключать напрямую к частотному преобразователю.
• Защиту насосных агрегатов от “сухого хода” перегрузок. Отключение электродвигателей при перегреве обмоток, обрыве одной или нескольких фаз, скачках напряжения и других авариях.
• Увеличение срока службы сети водоподачи за счет точного поддержания необходимого давления, снижения нагрузки на трубопровод.
• Снижение шума при эксплуатации насосных агрегатов.
• Возможность интеграции в многоуровневые системы автоматизации и телемеханического управления.

Сферы применения частотно-регулируемых приводов насосного оборудования

Частотными регуляторами комплектуют:

• Насосные агрегаты для подачи питьевой и хозяйственной воды. Комплектация частотными преобразователями обеспечивает оптимальный режим полива и водоснабжения. ЧП используют как в промышленных, так и в бытовых сетях. Для бытовых насосов многие производители выпускают однофазные преобразователи.
• Циркуляционные насосы систем охлаждения и отопления. Преобразователи частоты в этих системах осуществляют регулирование подачи теплоносителей по температуре, давлению, расходу и обеспечивают отвод или подачу тепла с минимальным расходом электроэнергии.
• Насосы для систем тушения пожаров. Частотные преобразователи поддерживают необходимую производительность сетевых насосов, обеспечивают запуск основных агрегатов при возгорании.
• Насосах, применяемых в других сферах. Электропривод с ЧП широко используется в насосах-дозаторах в химической промышленности, а также других областях.

Главные достоинства частотно-регулируемых приводов насосных агрегатов – снижение энергопотребления на 35 % и более, оптимизация параметров систем водоподачи, экономия воды, тепла.

К недостаткам использования частотного преобразователя для насоса обычно относят их высокую стоимость. За счет значительной экономии ресурсов и улучшения водоснабжения преобразователи частоты достаточно быстро окупают себя. Их внедрение дает хороший экономический и технический эффект.

Читайте также:

Что такое частотный преобразователь

Подключение частотного преобразователя к насосу

Виды частотных преобразователей

Ремонт частотных преобразователей