Устройство и принцип работы шкафа управления с частотным преобразователем

Использование частотных преобразователей в электроприводе насосов и насосных установок позволяет оптимизировать управление, существенно увеличивает срок службы трубопроводной системы и самих агрегатов, повышает производительность, снижает потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы. Комплектовать каждый агрегат преобразователем частоты и индивидуальной станцией управления в большинстве случаев экономически невыгодно. На насосных станциях различного назначения используют шкафы управления.

Проектирование шкафов управления с частотным преобразователем

При проектировании учитывают мощность и количество электродвигателей, напряжение сети, способ запуска, требуемый диапазон регулирования, тип датчиков и условия эксплуатации. Для насосной станции заранее определяют рабочий и резервный агрегаты, алгоритм чередования, уставки давления или расхода, а также способ передачи аварийных сигналов.

Шкафы для преобразователей частоты подбирают с запасом по мощности и току, достаточным количеством вводов и выходов контроллера, необходимой степенью защиты корпуса и системой охлаждения. Для установки на улице дополнительно оценивают диапазон температур, наличие подогрева и защиту от конденсата.

• один частотный преобразователь может управлять одним основным агрегатом;
• несколько преобразователей позволяют раздельно регулировать насосы или подключать резерв;
• для сложных станций предусматривают контроллер, диспетчеризацию и архивирование параметров.

Сферы применения шкафов управления на базе преобразователей частоты

Шкафы управления электропроводом насосных агрегатов используют:

• В централизованных и автономных системах водоснабжения. Шкафы с преобразователями применяются на насосных станциях водозабора, орошения, подачи воды бытового и хозяйственного назначения в здания и сооружения.
• В системах подачи горячей воды и отопления. Шкафы управления обеспечивают регулирования производительности насосных агрегатов по температуре, расходу, давлению в сети.
• В промышленных системах охлаждения. Электрооборудование на базе частотных преобразователей обеспечивает отвод тепла и эффективное охлаждение промышленного оборудования.
• В технологических линиях пищевой, химической и других отраслях промышленности. Для обеспечения согласованной работы дозаторов и других элементов технологической цепочки широко применяют шкафы на базе преобразователей частоты.
• В системах пожаротушения. Шкаф управления обеспечивает оптимальный режим работы жокей-насоса, автоматический пуск основных агрегатов при пожаре и связь с другими инженерными системами.

Управление осуществляется в автоматическом режиме. При возникновении внештатных ситуаций и аварий предусмотрен ручной пуск и отключение насосных агрегатов.

Состав шкафа управления на базе частотного преобразователя

Шкафы управления насосными установками и станциями состоят из устройств автоматики, аппаратов защиты, средств индикации и других элементов. Они содержат:

• Автоматические выключатели, устройства защитного отключения. Эти устройства выполняют функцию коммутации и защиты силовых и управляющих цепей.
• Частотный преобразователь. ПЧ выполняет функцию регулирования производительности насосных агрегатов и защиты приводных электродвигателей.
• Систему автоматического включения резерва. При перебоях в электроснабжении АВР осуществляет переключение питания на резервную линию, генератор или АКБ. При появлении напряжения в сети, осуществляется обратное переключение.
• Управляющий контроллер. Это устройство используются для контроля, задания режимов работы насосного оборудования и передачи данных на высший уровень АСУТП. В шкафах управления двумя-тремя агрегатами применяется упрощенная схема без контроллера. В этом случае частотные преобразователи выполняют функции ПИД-регулятора.
• Электромонтажную арматуру. Этот элемент используется для соединения токоведущих линий.
• ЖК-панель и индикаторные лампы. Такое оборудование служит для отображения режимов работы, сигнализации о ненормальных и аварийных режимах работы, индикации состояния всех элементов станции водоподачи.
• Устройства для накопления, обработки и передачи информации. В сложных многоуровневых системах автоматизации шкафы содержат концентраторы, маршрутизаторы и другую аппаратуру для сбора и отправки данных на удаленные пункты.
• Систему вентиляции и подогрева, обеспечивающую отвод тепла от электроаппаратов и поддержание заданного температурного режима. При разработке управляющих шкафов необходимо выдерживать расстояния до других электроаппаратов и стенок для эффективного охлаждения. В отдельных случаях рекомендуется установка отдельных вентиляторов.

Схема подключения щита управления с частотным преобразователем

В типовой схеме силовая цепь проходит от вводного аппарата через аппараты защиты и частотный преобразователь к электродвигателю насоса. Управляющая цепь соединяет контроллер или встроенный регулятор с датчиками давления, расхода, уровня и аварийными контактами.

Сигнал от датчика сравнивается с заданным значением, после чего преобразователь изменяет частоту вращения двигателя. При аварии контроллер передает команду на остановку, фиксирует причину отключения и при необходимости запускает резервный агрегат.

• силовые кабели прокладывают отдельно от сигнальных линий;
• экраны кабелей подключают по требованиям производителя преобразователя;
• цепи аварийного останова и защитные контакты проверяют до пробного пуска;
• заземление шкафа, двигателя и экранированных кабелей выполняют в соответствии с проектом.

Преимущества шкафов управления

• Возможность использовать аппаратуру и оборудование в незащищенном от пыли и влаги корпусе.
• Удобный доступ для настройки, проведения технического обслуживания и ремонта оборудования.
• Контроль характеристик, режимов работы насосов и станции в целом.
• Снижение потребления электроэнергии за счет оптимизации характеристик сети.
• Экономия затрат на ремонт трубопровода, запорно-регулирующей арматуры. Удлинение промежутка между техническими обслуживаниями и ремонтами насосов.
• Снижение вероятности гидравлических ударов при пуске и отключении.
• Сокращение числа обслуживающего персонала.

При размещении частотного преобразователя в шкафу, соединения нужно выполнять экранированными кабелями. При необходимости нужно устанавливать фильтры для защиты от электромагнитных помех или применять преобразователи частоты со встроенными ЭМФ.

Функции шкафа управления

Функционал этого оборудования проектируется в соответствии с особенностями насосной станции. Обычно шкафы управления должны обеспечивать:

• Возможность переключения каждого насосного агрегата или установки в режим ручного управления.
• Плавный пуск насосов, а также ввод резервных агрегатов при пиковых нагрузках, отключении основных.
• Поддержание и регулирование заданных параметров в сети водоподачи.
• Индикацию режимов работы и вывод сообщений о неисправностях, а также передачу информации на удаленный пункт управления.
• Отключение электродвигателя при обрыве фаз, перегрузках.
• Остановку насоса при исчезновении воды в трубопроводе, заклинивании рабочего колеса, других поломках. Запрет на пуск неисправного агрегата.
• Сбор, архивирование и отправка данных о работе, количестве и причинах отказов, критических ошибках, поломках.
• Автоматический перевод на питание от резервной линии электроснабжения, аккумуляторного блока или другого источника при пропадании напряжения в сети. При возобновлении подачи электроэнергии, аппаратура, установленная в шкафу, должна выполнять обратное переключение.

Конфигурация с двумя частотными преобразователями

Шкаф управления с 2 частотными преобразователями применяют, когда требуется независимо регулировать два двигателя. Такая схема подходит для двух насосов, рабочего и резервного агрегатов, а также для станций с переменной нагрузкой.

Автоматика может чередовать насосы для равномерной наработки, включать второй агрегат при достижении предельной производительности и отключать неисправный двигатель. Для каждого канала задают собственные параметры защиты, минимальную и максимальную частоту, задержки запуска и остановки.

• в режиме каскадного управления первый преобразователь поддерживает заданный параметр, а второй подключается при росте нагрузки;
• при отказе одного канала второй может сохранить ограниченную производительность станции;
• ручной режим должен позволять проверить каждый двигатель и преобразователь отдельно;
• при проектировании учитывают суммарный ток, тепловыделение и габариты оборудования.

При помощи частотного преобразователя, коммутационных электроаппаратов, контроллера реализуются различные алгоритмы автоматического управления, ручные режимы с заданием параметров с панели или диспетчерского пункта, а также осуществляется прямой пуск.

Подключение и ввод щита управления на базе частотного преобразователя к насосам

При подключении насосов необходимо использовать силовые и контрольные кабели, рекомендуемого производителем сечения. Монтаж выполняется в следующем порядке:

• Установка и фиксация шкафа.
• Монтаж датчиков температуры и давления на трубопроводе.
• Подключение силового кабеля от вводного автомата.
• Присоединение контрольных кабелей от датчиков и к удаленным пунктам управления.
• Настройка частотного преобразователя и программирование контроллера.
• Пробный пуск и корректировка.

Другие области применения шкафа управления с частотником

Шкаф управления вентилятором с частотным преобразователем поддерживает требуемый расход воздуха по сигналу датчика давления, температуры или качества воздуха. Плавное изменение скорости снижает пусковые токи, шум и износ вентиляционного оборудования.

Шкаф управления двигателем с частотным преобразователем используют для конвейеров, мешалок, компрессоров и другого оборудования, которому требуется регулирование скорости. Настройки защиты и диапазон частот выбирают с учетом типа нагрузки и допустимого режима работы двигателя.

Шкаф управления скважиной с частотником дополнительно связывают с датчиками давления, сухого хода и уровня воды. Автоматика предотвращает работу насоса без воды, поддерживает давление в системе и передает аварийные сообщения оператору.

Шкафы на базе частотных преобразователей можно проектировать как для управления группой насосов, так и для больших станций с несколькими десятками мощных агрегатов. За счет снижения затрат на обслуживание, ремонт, электроэнергию, оптимизации управления, шкафы на базе частотных преобразователей дают хороший экономический эффект. Средний срок их окупаемости составляет 2 года.

Часто задаваемые вопросы

Чем отличается шкаф управления с частотным преобразователем от щита управления?

В технической практике термины часто используют как близкие по значению. И шкаф, и щит объединяют аппараты защиты, коммутации, автоматику и частотный преобразователь; конкретное название зависит от конструкции корпуса и принятой проектной документации.

Как выбрать шкаф управления насосом с частотным преобразователем?

Нужно учитывать мощность и ток двигателя, количество насосов, параметры сети, требуемое давление или расход, набор датчиков, резервирование, условия размещения и способ диспетчеризации.

Когда нужен шкаф управления насосом с частотным преобразователем?

Он нужен, когда требуется поддерживать постоянное давление или расход, плавно запускать насос, снижать энергопотребление и автоматически переключать агрегаты при изменении нагрузки или аварии.

Для чего применяют шкаф управления с 2 частотными преобразователями?

Такая конфигурация позволяет независимо регулировать два двигателя, чередовать рабочий и резервный насосы, подключать второй агрегат при пиковом расходе и сохранять ограниченную работоспособность при отказе одного канала.

Где используют шкаф управления вентилятором с частотным преобразователем?

Оборудование применяют в системах вентиляции, дымоудаления, охлаждения и кондиционирования. Частотное регулирование помогает поддерживать заданный расход воздуха и уменьшать энергозатраты.

Что должен обеспечивать шкаф управления двигателем с частотным преобразователем?

Он должен обеспечивать запуск и останов, регулирование скорости, защиту от перегрузки и обрыва фаз, контроль аварийных сигналов и возможность ручного управления для наладки.

Какие функции нужны шкафу управления скважиной с частотником?

Обычно предусматривают поддержание давления, защиту от сухого хода, контроль уровня и аварийных сигналов, плавный запуск насоса, переключение на резерв и передачу сообщений на диспетчерский пункт.