Частотный преобразователь для скважинного насоса: назначение, принцип работы и устройство

Что из себя представляет частотник для скважинного насоса и зачем он нужен

Преобразователь частоты – это прибор, регулирующий процесс эксплуатации насоса без участия человека. Включается в большинстве моделей еще на этапе изготовления конструкции. В сложные типы насосов вместо преобразователей встраивают микропроцессоры. В более простых моделях, где преобразователь отсутствует, существует необходимость в его приобретении и установке.

Назначение устройства
Принцип работы и устройство
Критерии выбора
Особенности монтажа
Преимущества и недостатки

Назначение устройства

Насосная станция с частотным преобразователем

Инвертор регулирует работу насосной системы лучше, чем реле, выполняя функционал автоматики, регулирующей рабочий процесс.

Защищает двигатель насоса от износа, снижая подачу электричества и частоту вращения.
Увеличивает срок службы насоса, ликвидируя скачки электричества.
Не допускает образования в трубах давления больше нормативного.
Экономит электроэнергию.

Частотный преобразователь выглядит как небольшой короб, укомплектованный осуществляющим замеры датчиком, платами и выравнивающим уровень напряжения инвертором.

Принцип работы и устройство

Инверторный преобразователь – сложное электротехническое устройство. В комплект входят:

датчик давления — определяет основные показатели работы системы;
логический преобразователь — сопоставляет информацию датчика давления с вводными данными;
блок управления.

При изменении давления в трубах снижается подача воды. Датчик определяет, что параметры уровня давления в гидробаке ниже установленных, и отправляет сигнал на логический преобразователь, который запускает мотор. Набор оборотов работы мотора происходит плавно, что дает системе возможность снизить гидравлические нагрузки. В современных моделях частотных преобразователей существует возможность установки времени начала работы мотора от 5 до 30 секунд.

Во время запуска мотора датчик давления постоянно отправляет информацию о давлении в трубах на логический преобразователь. Когда показатель достигнет необходимого уровня, блок управления приостанавливает набор оборотов мотора, продолжая поддерживать заданные параметры. Когда точка водозабора, использующая насос с инвертором, станет выкачивать увеличенные объемы воды, инвертор повысит обороты, что приведет к увеличению производительности и повышению давления воды в трубах.

Критерии выбора

Как правило, производители насосов в инструкции указывают варианты совместимых преобразователей. Если инструкция отсутствует, выбирать правильный инвертор можно самостоятельно, ориентируясь на следующие параметры:

мощность электропривода, к которому будет подключен преобразователь;
напряжение в точке входа, по которой определяется работоспособность инвертора — необходимо учитывать возможность скачков напряжения домашней электросети, так как его снижение приведет к остановке прибора, а повышение — к поломке; учитывается и количество фаз мотора инвертора;
уровни колебания регулировочных частот — в насосных системах, предназначенных для использования в скважинах, правильный уровень частоты диапазона от 200 до 600 Гц.;
число входных и выходных точек управления — пропорциональны количеству режимов работы инвертора, большое количество позволяет выполнять несколько операций одновременно;
расположение управления системой — для насосов, работающих со скважиной, наиболее удобно управление из дома.

В случае отсутствия инвертора, подходящего по всем параметрам, нужно сократить критерии поиска, обращая особое внимание на главный фактор – ток, который потребляет мотор насоса, и по нему подбирать устройство.

Особенности монтажа

Преобразователь устанавливается в шкаф, где сосредоточено все управление системами насосов, или в иное место с обязательным соблюдением требований, обеспечивающих функционирование инвертора. Для качественной установки необходимо соблюсти следующие условия:

инвертор необходимо устанавливать в хорошо проветриваемых местах;
диапазон температур в помещении должен быть от 10 до 45 градусов и влажность не более 90%;
нельзя допускать попадания воды на устройство;
не устанавливать преобразователь в местах с повышенной пожароопасностью;
исключить возможность воздействия прямых солнечных лучей;
устанавливать преобразователь на твердую жесткую основу, не подверженную вибрациям;
не устанавливать инвертор в местах электромагнитного излучения.

Важным нюансом является отношение места установки прибора к точке над уровнем моря. Чем выше уровень установки, тем больше мощность инвертора.

Преимущества и недостатки

Преимущества использования ЧП

Схема подключения с частотным преобразователем имеет свои преимущества:

поддержка постоянного давления в системе вне зависимости от количества потребляемой воды;
защита водопроводной магистрали от гидроударов, как следствие, возможное исключение гидроаккумулятора из системы;
использование преобразователя позволяет двигателю работать в щадящем режиме;
экономия электроэнергии до 50%;
удобство управления и простота использования.

Частотник работает, заменяя некоторые автоматические процессы. Стоимость прибора высока, но затраты на покупку и использование окупаются за год.

К недостаткам относятся:

дороговизна инвертора;
необходимость подключения и настройки при помощи специалистов.

Правильное применение автоматики делает удобным и простым процесс использования скважины для промышленных и частных нужд. Чтобы насосное оборудование служило длительное время, а эксплуатация была простой, необходимо точно следовать инструкциям.

Подбор частотного преобразователя для скважинного насоса 220 V

Отправим материал на почту

Принцип работы и правила монтажа
Причины для использования ПЧ
Комплектация и возможности ЧП
Снижение расхода электроэнергии
Правила подбора
Заключение

Частотный преобразователь для скважинного насоса 220В или ПЧ, который также называется электроприводом, используют для изменения частоты в трехфазных и однофазных сетях переменного тока. Наши ЛЭП выдают 50 Гц, но этот прибор позволяет получить на выходе от 1 до 800 Гц. Для скважинных насосов нужны приводы в виде асинхронного двигателя с фазным ротором, работающим в режиме генерирующего преобразования.

Это важно! Практикой подтверждён факт, что с установкой инвертора для скважинного насоса можно сэкономить до 50% электроэнергии, потребляемой при заборе воды.

Принцип работы и правила монтажа

Сначала следует разобраться, какой вам нужен частотник для скважинного насоса, и тогда будет проще осуществить его монтаж. Дело в том, что производители подобных агрегатов довольно-таки часто выпускают обсуждаемые устройства с предусмотренным по умолчанию ПЧ и тогда эта статья приобретёт для вас исключительно познавательный смысл. Но такая комплектация не всегда имеет место, следовательно, вам придётся покупать инвертор отдельно. Так что в магазине вы можете приобрести либо насос с частотным регулированием, либо без него.

Причины для использования ПЧ

В пользу насосов с частотным преобразователем можно назвать, как минимум, четыре причины:

Прибор защищает электродвигатель от скачков напряжения, которые особенно актуальны за городом при слабом трансформаторе на ТП.
Блокирует холостой ход агрегата.
Благодаря отладке пускового момента, инвертор сглаживает водяной удар.
Снижается потребление электроэнергии на 30-50%, тем самым повышается эксплуатационный ресурс насоса.

Важно: все преобразователи частоты для скважинного насоса оснащены датчиками давления для автоматического пуска-отключения двигателя. Такая функция поддерживает заданный баланс в системе (при заводских настройках по умолчанию стоит 2,5 атм, но этот показатель можно изменить в любую сторону).

Комплектация и возможности ЧП

Каким бы ни был частотник для насоса (интегрированным или внешним), вам всё рано придётся оборудовать место для небольшой насосной станции, чтобы установить там гидроаккумулятор, реле давления, фильтры и т.д., так что место для ЧП всегда найдётся. Как правило, такую НС размещают в котельной, но в тех случаях, когда монтаж осуществляется в домашних условиях (частный сектор), то это может быть любая комната или утепленная яма.

Теперь немного подробнее о преобразователях, в зависимости от места размещения:

Интегрированные. Для таких моделей не нужно отдельно покупать электрический привод – он уже либо закреплен на корпусе насоса, либо интегрирован в схему двигателя. Безусловно, такое оборудование стоит дороже, но, увы, за качество приходится платить.
Внешние. У таких узлов есть некоторые преимущества, и они больше востребованы в промышленности. Дело в том, что в данном случае двигатели не ограничиваются по мощности, поэтому могут быть задействованы при бурении полезных ископаемых. Следует отметить, что наружные преобразователи никак не связаны с производством обговариваемых насосов, так как ЧП задействованы в разных сферах электротехники и электроники.

Если говорить о возможностях частотника для скважинного насоса, а также узла в целом, то это работа:

узла с постоянной определенной характеристикой;
с возможностью компенсировать перепады давления (плюс датчик давления);
с поддержанием регулируемого объема жидкости (плюс расходомер).

Пояснение: к примеру, для поддержания постоянного давления в системе холодного водоснабжения лопасти турбины должны вращаться с определённой скоростью. Если кто-то открыл кран, они завертятся быстрее, а если закрыл – сбавят обороты или вообще остановятся.

Снижение расхода электроэнергии

Подавляющее большинство инженерных коммуникаций в промышленном и жилом секторе, на подпитку которых нужна электроэнергия, используют её в разном количестве. Это означает, что разница между пиковой и потенциальной фазой потребления меняется чуть ли не в два раза. Это зависит от времени суток (день или ночь), времени года (потребность кондиционирования и/или отопления), дней недели (рабочие или выходные дни). Но это не только бытовые электроприборы, но также водопотребление.

Например, в учебных заведениях во время каникул показатели чуть ли не нулевые, зато в это же время (особенно, на юге) резко возрастает приток жильцов в отелях и гостиницах. Все эти люди хотят пить, мыться, готовить еду, мыть посуду, делать влажную уборку и т.д, но для этого нужна вода. По понятным причинам в таких местах устанавливают наиболее мощное оборудование, но вот, пик спадает, и что делать с этими мощностями? Вот здесь как раз и помогает частотное регулирование насосов.

Важно: потребность работы электрического насоса в одном режиме при разном потреблении воды, благодаря ЧП, отпадает автоматически.

Технические характеристики насосов hp Technik разной модификации с интегрированными электроприводами:

Марка	Агрегат	Произв. на 30 об/мин, л/час	Мощность двигателя, kW	Тип BG	Соединение G	Нагрев, W	Ø вала, мм	Артикул
hp Technik UMG	hp Technik UHE	Произв. на 30 об/мин, л/час	Мощность двигателя, kW	Тип BG	Соединение G	Нагрев, W	Ø вала, мм	Артикул
1105	A2-PZ	155	0,55	80	1/2ˮ	110	12	039905002
1106	A3-P	260	0,55	80	1/2ˮ	110	12	039905006
1107	A4-M	425	0,75	80	1/2ˮ	110	12	039905011
1108	A5-GZ	500	0,75	80	1/2ˮ	110	12	039905016

Правила подбора

Пожалуй, вы уже убедились в технической и экономической пользе от преобразователя частоты для насоса, но это ещё не все – нужно научиться правильно подбирать такие приборы. Это не так сложно, как может показаться на первый взгляд, во всяком случае, здесь достаточно среднего образования (если оно, конечно, полноценно). Итак, нужно принять во внимание следующие факторы:

номинальную мощность электрического двигателя и ток пусковой обмотки. Если вам известны эти показатели, то выбирайте преобразователь частоты для скважинного насоса, где аналогичные данные больше, как минимум, на 20-25%:
обязательно проверьте, чтобы была возможность подключить датчик обратной связи по давлению с системой трубопрода-скважины;
обратите внимание, достаточно ли просто для вас осуществлять контроль режима собранного узла, а также как привод реагирует на аварийные ситуации (можно протестировать).

Еще следует обращать внимание на факторы, связанные с местом назначения, или где будут пользоваться насосами с частотным преобразователем. Это в первую очередь указывает на напряжение: в частном секторе, магазинах, небольших предприятиях, больницах, учебных заведениях и т.п. напряжение обычно составляет 220 V. В таких условиях используют насосы средней, а чаще малой мощности, следовательно, подобрать электропривод будет легче. Есть, конечно, исключения, но они всего лишь подтверждают правило.

Российский рынок бытовой и электронной техники предлагает потребителям частотные преобразователи разного назначения, от отечественных и зарубежных производителей. Это говорит о том, что можно выбрать для себя какую-либо недорогую серию, например, hp Technik, о которой упоминалось выше или любую другую марку. Вам останется только сделать несложные расчеты по мощности и приобрести подходящий товар.

Заключение

Если вы живете за городом либо владеете каким-то офисом или торговым заведением, где нет централизованного водоснабжения, то насос с частотным преобразователем (интегрированным/внешним) вам очень может понадобиться.

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.

Частотный преобразователь для скважинного насоса: помощник для систем водоснабжения

Частотный преобразователь для скважинного насоса

Автоматизацию работы насосного оборудования, можно считать самым важным аспектом в области технического развития систем водоснабжения и водоотведения. Это важно не только для станций, обеспечивающих водой населённые пункты.

Умный насос для скважины сделает так же комфортной эксплуатацию автономного водопровода. Для этого очень важно правильно произвести расчёт скважинного насоса, и соответственно полученным расчётам, подобрать для него преобразователь частот.

Видео в этой статье поможет вам сделать это своими руками.

Достоинства автоматического водоснабжения

Чтобы добиться максимально щадящего режима эксплуатации оборудования, на насосных станциях автоматизируют всё – начиная от запуска и остановки агрегатов, и заканчивая контролем расхода воды. Приборы, помогающие осуществлять тотальный контроль над системой, передают сигналы на табло в диспетчерском пункте.

Примерно тоже, только в меньших масштабах, происходит и в случае автоматизации домашнего насоса. Давайте рассмотрим, какие преимущества даёт системе автоматика.

Наиболее важно вот что: плавный запуск и остановка двигателя насоса, сводит до нуля вероятность возникновения гидроударов, а бережный режим эксплуатации способствует продлению срока службы любого оборудования. При этом снижаются расходы, связанные с эксплуатацией водозабора.
Прежде всего, это расход электроэнергии. Её цена неуклонно растёт, и это ощущают все: как частные лица, так и предприятия. Частотное регулирование работы двигателей насосов даёт возможность уменьшить объёмы накопительных резервуаров, и даже полностью от них отказаться.

Для промышленных насосных станций – это ещё и возможность сокращения расходов на строительство, отопление и освещение технических помещений, а так же снижение числа персонала для их обслуживания. Причём, в одном пункте можно сосредоточить управление несколькими насосными станциями. Практика показывает, что все расходы, связанные с автоматизацией, окупаются уже в течение года.

Какие есть недостатки

Следует отметить, что несмотря на положительные качества, имеются тут также и некоторые недостатки:

Превышение кабеля по длине от устройства до двигателя не должно быть больше 50 метров. Следует отметить при этом, что у кабеля его собственная емкость способна приводить к возникновению между обмотками пробоев;
Немалая стоимость преобразователя. Несмотря на то, что даже если его применение будет осуществляться на небольших по мощности электрических двигателях.

Внимание: Следует также выделить тот факт, что независимо от места использования частотного преобразователя и при правильном его подборе под оборудование, срок его окупаемости составит всего лишь несколько месяцев. Именно благодаря этому качеству частотного преобразователя они завоевали широкое распространение и применение в большинстве сфер промышленности.

Приборы для автоматического контроля

Чтобы осуществлять контроль над работой насосного оборудования, в систему водоснабжения, внедряются различные приборы. Что это за датчики, и каковы их функции?

Ознакомиться с их перечнем вам поможет небольшая инструкция, приведённая ниже:

Наименование прибора	Какие функции на него возложены
Аварийное реле	Отключение работающего агрегата в случае нарушения заданного режима работы.
Реле напряжения	Защита двигателя от перепадов напряжения в сети.
Реле промежуточное	Переключение электрических цепей в определённой последовательности.
Таймер (реле времени)	Отсчёт времени, необходимого на выполнение операции, или протекания конкретного процесса.
Электроконтактный манометр	Контролирует давление в трубопроводе, и управляет автоматическими цепями.
Термореле	Контроль температуры сальников и подшипников.
Датчик уровня	Подача сигнала на включение или остановку насоса, при изменении уровня, либо напора воды.
Вакуумное реле	Поддержание заданного уровня разрежения в рабочей камере насоса или во всасывающей трубе.
Струйное реле	Контролирует движение воды в трубопроводе.

Данные приборы чётко фиксируют любые изменения, происходящие в работающей системе. Чтобы их легче было отслеживать, режим работы насоса, либо насосной установки, включающей в себя несколько насосов, должен непрерывно регулироваться. Вот для этого и нужен частотный преобразователь.

Блок управления насосом (инвертор)

Электродвигатель насоса подключается через него, что позволяет привести в соответствие работу всей сети. Это особенно ценно для систем, в которых используется несколько насосов.

Для автономных водопроводов это тоже не редкость. Допустим, в случае большой удалённости скважины от дома, в сеть приходится внедрять ещё и повысительную насосную станцию.

В таких случаях, используют прибор, который называется: «инверторный блок управления для скважинного насоса» — именно его вы видите на фото сверху. Инвертор объединяет в себе различные комбинации контрольных приборов, которыми не оснащён сам насос, и в том числе, имеет встроенный преобразователь частот.

Функциональность и подбор частотного преобразователя

Понятно, что максимальное потребление воды происходит только в определённые моменты, а большую часть времени мощность насоса оказывается излишней. Частотный преобразователь позволяет настроить систему так, чтобы в «час пик» насос выдавал полную мощность, а в остальное время снижал обороты.

От количества вращений в определённый промежуток времени колеса насоса, зависит развиваемый им напор, и, соответственно, производительность. Суть применения частотного преобразователя заключается в том, чтобы заставить вращаться вал двигателя в заданном темпе. При этом частота переменного тока, получаемого из электросети, меняет свою величину.
Современные преобразователи имеют широчайший диапазон, и способны преобразовать напряжение как выше, так и ниже характеристик питающей электросети. Схема данного прибора разделена на две части: силовую, состоящую из группы транзисторов либо тиристоров, и управляющую, по сути, являющуюся электронным ключом.
Состоит управляющая часть из цифровых микропроцессоров, и выполняет все контрольные и защитные функции. Так как структура силовой части имеет характерные различия, частотные преобразователи подразделяются на две группы. Одна из них, включает в себя приборы с промежуточным звеном постоянного тока.

Вторая группа этого звена не имеет, и называется «преобразователи частот с непосредственной связью». Приборы без промежуточного звена обладают более высоким КПД, и способны «обуздать» самый мощный высоковольтный двигатель. Не смотря на то, что цена данного варианта более высокая, система, в которую он внедрён, по затратам получается на порядок экономичнее.
За счёт чего получается экономия? Дело в том, что такие преобразователи имеют малый диапазон частот, причём он не может быть равным, или превышать характеристики питающей сети. Нормативная частота тока в сети равна 50Гц, а прибор преобразует её до 30Гц и ниже, вплоть до нуля. Следовательно, снижается потребление электроэнергии – вот вам и экономия!

Столь ограниченный диапазон не позволяет использовать преобразователи данного типа в промышленных масштабах. Зато для бытовых насосов это как раз то, что надо.

Как рассчитать мощность насоса для скважины, и, соответственно, подобрать к нему инвертор? Об этом поговорим в следующей части нашей статьи.

Подбор насоса для скважины

Прежде всего, нужно иметь в виду, что мощностные характеристики насоса должны превышать расчётное потребление. То есть, всегда должен быть запас мощности.

Расчёт строится на таких данных:

Глубина и дебит скважины
Диаметр обсадной трубы
Динамический уровень, а если проще — расстояние от зеркала воды в скважине, до поверхности земли при работающем насосе
Суммарный суточный расход воды на семью, содержание животных и полив (рассчитывается исходя из существующих нормативов)
Удалённость скважины от дома
Высота подачи воды (учитывается этажность здания)
Диаметр напорного трубопровода

Чем дальше насосу приходится транспортировать воду, тем выше будут потери напора. При выполнении расчётов, нужно помнить, что 1 метр вертикальной трассы трубопровода равен 10 метрам по горизонтали.

Напор насоса для скважины, из которой вода будет подаваться непосредственно в дом, представляет собой сумму протяжённости вертикальных и горизонтальных расстояний, умноженную на сопротивление трубопровода — этот коэффициент является величиной постоянной, и равен 1,15.

Если же в системе водоснабжения присутствует накопительная ёмкость, то к сумме расстояний добавляется ещё и давление гидробака. Давление выражается в атмосферах, а каждая атмосфера приравнивается к 10 вертикальным метрам.
Рассмотрим, как будет выглядеть расчёт на конкретном примере. Допустим, у вас есть скважина с динамическим уровнем в 35 м. Находится она в 20м от двухэтажного дома высотой 7 м. При этом в доме установлен гидроаккумулятор ёмкостью 60л и давлением в 3 атм.

Расчёт напора будет выглядеть так: Н = (35+20+7+(3*10))*1,15 = 105 метров.

Если учесть небольшой запас, то можно купить насос с напорной характеристикой 110-115м. Как видите, особой сложности данный расчёт не представляет. Теперь поговорим о критериях подбора частотного преобразователя, сокращённо ЧП.

Подбор преобразователя

Что касается технических характеристик ЧП, то они должны соотноситься с типом и мощностью электродвигателя, к которому он будет подключаться. Далее, нужно учитывать необходимый диапазон регулирования, а так же уровень точности настройки и поддержания крутящего момента на валу мотора.

Конструктивные особенности инвертора, то есть, его габариты, конфигурация, встроенное или выносное управление, так же имеют значение. В подавляющем большинстве насосов для скважин установлены асинхронные двигатели. К ним ЧП подбирается по мощности, и лучше, если эта характеристика у преобразователя будет на порядок выше, чем у насоса.

Скважинный насос с подключенным инвертором

Существуют преобразователи с векторным управлением, которые позволяют поддерживать скорость вращения при переменных нагрузках, а так же работать, не снижая оборотов в нулевом диапазоне. Такие преобразователи наиболее точно контролируют крутящий момент и частоту вращения вала. Это особенно важно, когда в сети работает два насоса.
Вообще, частотные преобразователи имеют свою классификацию. Как и любое другое электрическое оборудование, они могут быть однофазными и трёхфазными. Вариант исполнения инверторов может быть бытовым, для сети 220В. Есть так же промышленные преобразователи, мощностью до 500В, и высоковольтные – до 6000В.
Степень защиты IP, тоже бывает разной. По типу управления, ЧП делятся на векторные и скалярные. Все ведущие производители насосного оборудования, предлагают потребителю и инверторные блоки. Обычно производители привязывают модели преобразователей к конкретным модификациям насосов, и дают рекомендации по их применению.

Покупателю и думать-то особо не надо над выбором: консультант-продавец укажет вам модель преобразователя, подходящую к данному насосу, и разъяснит вам, в чём заключаются особенности его использования.

Частотный преобразователь – виды, принцип действия, схемы подключения

Ротор любого электродвигателя приводится в движение под действием сил, вызванных вращающимся электромагнитным полем внутри обмотки статора. Скорость его оборотов обычно определяется промышленной частотой электрической сети.

Ее стандартная величина в 50 герц подразумевает совершение пятидесяти периодов колебаний в течение одной секунды. За одну минуту их число возрастает в 60 раз и составляет 50х60=3000 оборотов. Такое же число раз проворачивается ротор под воздействием приложенного электромагнитного поля.

Если изменять величину частоты сети, приложенной к статору, то можно регулировать скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Этот принцип заложен в основу управления электродвигателями.

Виды частотных преобразователей

По конструкции частотные преобразователи бывают:

1. индукционного типа;

Асинхронные электродвигатели, выполненные по схеме с фазным ротором и запущенные в режим генератора, являются представителями первого вида. Они при работе обладают низким КПД и отмечаются маленькой эффективностью. Поэтому они не нашли широкого применения в производстве и используются крайне редко.

Способ электронного преобразования частоты позволяет плавно регулировать обороты как асинхронных, так и синхронных машин. При этом может быть реализован один из двух принципов управления:

1. по заранее заданной характеристике зависимости скорости вращения от частоты (V/f);

2. метод векторного управления.

Первый способ является наиболее простым и менее совершенным, а второй используется для точного регулирования скоростей вращения ответственного промышленного оборудования.

Особенности векторного управления частотным преобразованием

Отличием этого способа является взаимодействие, влияние устройства управления преобразователя на «пространственный вектор» магнитного потока, вращающийся с частотой поля ротора.

Алгоритмы для работы преобразователей по этому принципу создаются двумя способами:

1. бессенсорного управления;

Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей широтно-импульсной модуляции (ШИМ) инвертора для заранее подготовленных алгоритмов. При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора.

Этим способом пользуются при управлении несколькими электродвигателями, подключенными параллельно к преобразователю частоты. Потокорегулирование подразумевает контроль рабочих токов внутри двигателя с разложением их на активную и реактивную составляющие и внесение корректив в работу преобразователя для выставления амплитуды, частоты и угла для векторов выходного напряжения.

Это позволяет повысить точность работы двигателя и увеличить границы его регулирования. Применение потокорегулирования расширяет возможности приводов, работающих на малых оборотах с большими динамическими нагрузками, такими как подъемные крановые устройства или намоточные промышленные станки.

Использование векторной технологии позволяет применять динамическую регулировку вращающихся моментов к трехфазным асинхронным двигателям.

Принципиальную упрощенную электрическую схему асинхронного двигателя можно представить следующим видом.

На обмотки статора, обладающие активным R1 и индуктивным X1 сопротивлениями, приложено напряжение u1. Оно, преодолевая сопротивление воздушного зазора Хв, трансформируется в обмотку ротора, вызывая в ней ток, который преодолевает ее сопротивление.

Векторная диаграмма схемы замещения

Ее построение помогает понять происходящие процессы внутри асинхронного двигателя.

Энергия тока статора разделяется на две части:

iµ — потокообразующую долю;

iw — моментообразующую составляющую.

При этом ротор обладает активным сопротивлением R2/s, зависящим от скольжения.

Для бессенсорного управления измеряются:

По их значениям рассчитывают:

iµ — потокообразующую составляющую тока;

iw — моментообразующую величину.

В алгоритм расчета уже заложили электронную эквивалентную схему асинхронного двигателя с регуляторами тока, в которой учтены условия насыщения электромагнитного поля и потерь магнитной энергии в стали.

Обе этих составляющих векторов тока, отличающиеся по углу и амплитуде, вращаются совместно с системой координат ротора и пересчитываются в стационарную систему ориентации по статору.

По этому принципу подстраиваются параметры частотного преобразователя под нагрузку асинхронного двигателя.

Принцип работы частотного преобразователя

В основу этого устройства, которое еще называют инвертором, заложено двойное изменение формы сигнала питающей электрической сети.

Вначале промышленное напряжение подается на силовой выпрямительный блок с мощными диодами, которые убирают синусоидальные гармоники, но оставляют пульсации сигнала. Для их ликвидации предусмотрена батарея конденсаторов с индуктивностью (LC-фильтр), обеспечивающая стабильную, сглаженную форму выпрямленному напряжению.

Затем сигнал поступает на вход преобразователя частоты, который представляет собой мостовую трехфазную схему из шести силовых транзисторов серии IGBT или MOSFET с диодами защиты от пробоя напряжений обратной полярности. Используемые ранее для этих целей тиристоры не обладают достаточным быстродействием и работают с большими помехами.

Для включения режима «торможения» двигателя в схему может быть установлен управляемый транзистор с мощным резистором, рассеивающим энергию. Такой прием позволяет убирать генерируемое двигателем напряжение для защиты конденсаторов фильтра от перезарядки и выхода из строя.

Способ векторного управления частотой преобразователя позволяет создавать схемы, осуществляющие автоматическое регулирование сигнала системами САР. Для этого используется система управления:

2. ШИМ (широтного импульсного моделирования).

Метод амплитудного регулирования основан на изменении входного напряжения, а ШИМ — алгоритма переключений силовых транзисторов при неизменном напряжении входа.

При ШИМ регулировании создается период модуляции сигнала, когда обмотка статора подключается по строгой очередности к положительным и отрицательным выводам выпрямителя.

Поскольку частота такта генератора довольно высокая, то в обмотке электродвигателя, обладающего индуктивным сопротивлением, происходит их сглаживание до синусоиды нормального вида.

Способы ШИМ управления позволяют максимально исключить потери энергии и обеспечивают высокий КПД преобразования за счет одновременного управления частотой и амплитудой. Они стали доступны благодаря развитию технологий управления силовыми запираемыми тиристорами серии GTO или биполярных марок транзисторов IGBT, обладающих изолированным затвором.

Принципы их включения для управления трехфазным двигателем показаны на картинке.

Каждый из шести IGBT-транзисторов подключается по встречно-параллельной схеме к своему диоду обратного тока. При этом через силовую цепь каждого транзистора проходит активный ток асинхронного двигателя, а его реактивная составляющая направляется через диоды.

Для ликвидации влияния внешних электрических помех на работу инвертора и двигателя в конструкцию схемы преобразователя частоты может включаться помехозащитный фильтр, ликвидирующий:

наводимые работающим оборудованием электрические разряды.

Их возникновение сигнализирует контроллер, а для уменьшения воздействия используется экранированная проводка между двигателем и выходными клеммами инвертора.

С целью улучшения точности работы асинхронных двигателей в схему управления частотных преобразователей включают:

ввода связи с расширенными возможностями интерфейса;

информационный Led-дисплей, отображающий основные выходные параметры;

тормозной прерыватель и встроенный ЭМС фильтр;

систему охлаждения схемы, основанную на обдуве вентиляторами повышенного ресурса;

функцию прогрева двигателя посредством постоянного тока и некоторые другие возможности.

Эксплуатационные схемы подключения

Частотные преобразователи создаются для работы с однофазными или трехфазными сетями. Однако, если есть промышленные источники постоянного тока с напряжением 220 вольт, то от них тоже можно запитывать инверторы.

Трехфазные модели рассчитываются на напряжение сети 380 вольт и выдают его на электродвигатель. Однофазные же инверторы питаются от 220 вольт и на выходе выдают три разнесенных по времени фазы.

Схема подключения частотного преобразователя к двигателю может быть выполнена по схемам:

Обмотки двигателя собираются в «звезду» для преобразователя, запитанного от трехфазной сети 380 вольт.

По схеме «треугольник» собирают обмотки двигателя, когда питающий его преобразователь подключен к однофазной сети 220 вольт.

Выбирая способ подключения электрического двигателя к преобразователю частоты надо обращать внимание на соотношение мощностей, которые может создать работающий двигатель на всех режимах, включая медленный, нагруженный запуск, с возможностями инвертора.

Нельзя постоянно перегружать частотный преобразователь, а небольшой запас его выходной мощности обеспечит ему длительную и безаварийную работу.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Насос с частотным преобразователем: что это такое, зачем нужен в частных системах водоснабжения

С ростом потребностей современных инженерных систем в высокотехнологичном оборудовании, растет и ассортимент насосов с частотным преобразователем. Так как именно эти агрегаты наиболее удовлетворяют запросам частных систем водоснабжения по техническим, эксплуатационным и экономическим параметрам. При помощи специалиста компании DAB рассмотрим, как выбрать насос с частотным преобразователем с оптимальными показателями и узнаем его особенности.

Содержание:

Принцип работы частотного преобразователя
Расширенный функционал оборудования
Установка оборудования, степени защиты, удаленное управление

Что собой представляет насос с частотным преобразователем, основной функционал оборудования

Частотный преобразователь в насосе регулирует интенсивность работы агрегата, обеспечивает ее стабильность и автоматизирует управление. Он позволяет подстраивать частоту напряжения таким образом, чтобы увеличить эффективность, повысить экономичность и продлить срок службы оборудования.

Главная задача насоса с частотным преобразователем – обеспечение стабильного давления в системе водоснабжения. Важнейшей функцией агрегата является возможность точной регулировки.

Настройки насоса с «частотником» дают возможность максимально точно задать параметры необходимого давления в различных инженерных системах в частной сфере. Это и водоснабжение в доме, и системы очистки и фильтрации, включая обратный осмос, и даже капельный или сплинкерный полив теплицы, огорода или сада.

Не менее важна и финансовая составляющая, а именно – возможность экономии энергоносителей.

Чтобы понять принцип работы ЧП нужно изучить электротехнику и узнать о пусковых токах, а так, просто поверьте, что частотный преобразователь в насосе экономит электроэнергию.

Важнейшая функция современного насосного оборудования с частотным преобразователем – экономия электроэнергии. Вся информация о количестве потребленной и сбереженной электроэнергии выводится на дисплей. На нем же отражены и все рабочие данные (количество циклов объем перекачанной жидкости, количество рабочих часов и др.).

Расширенный функционал

Основная масса насосов с частотниками не может похвастаться дополнительными возможностями, и их функционал исчерпывается регулировкой параметров давления и экономией электричества. У более же совершенного оборудования есть и другие функции.

Универсальная настройка – оптимизация системы водоснабжения может понадобиться на любом этапе, как при оснащении нового водопровода на базе полимерных труб, так и при модернизации старого, с металлическими магистралями. Частотник одинаково эффективно работает как в «мягкой» (полимерной), так и в «жесткой» (металлической) системе. Плюс, для взаимодействия с системой, в которую интегрирован гидроаккумулятор, у насоса специальная настройка (мягкая система).

Взаимодействие с фильтрационными системами – обычный частотник, установленный в водопровод с системой очистки, будет автоматически срабатывать при подаче воды на мембрану установки обратного осмоса. Это негативно скажется как на сроке службы, так и на акустическом комфорте домочадцев – мало приятного среди ночи вздрагивать от периодического включения станции. Инновационное же оборудование можно настроить так, чтобы количество включений было минимальным. Достаточно задать параметры перепада давления.

А что делать, если осмос устанавливается уже после монтажа и настройки насоса, как в этом случае избежать постоянных включений.

У насоса предусмотрено два вида защиты от утечек – функцию антициклирования можно отключить, включить, либо включить в специальном режиме «smart». Активация этой функции при профессиональной установке не оказывает негативного воздействия на насосное оборудование даже при изменениях в настройках в процессе эксплуатации. Регулярные включения насоса при минимальном водозаборе в режиме «smart» воспринимаются системой не как утечка, провоцирующая остановку насоса, а как постоянный незначительный расход. Происходит автоматическая подстройка и ограничение количества включений.

Возможность установки в магистральный водопровод в качестве повысителя давления – в современных централизованных системах водоснабжения с нестабильным давлением простейшие частотники малоэффективны. Из-за перепадов давления в системе, насос долго адаптируется, неравномерно выходит на заданные характеристики и напор на выходе из насоса «плавает». Высокотехнологичный насос настраивается под параметры любой системы, что позволяет задать оптимальный режим работы, следуя инструкции.

Сложные условия эксплуатации – далеко не всегда параметры воды в частных системах соответствуют стандартам, зачастую количество твердых примесей превышает допустимые пределы. У простейших частотников с высокой скоростью вращения двигателя при перекачке воды с большим содержанием песка достаточно быстро «летит» гидравлика. В станции с полноценным частотником можно снизить максимальную частоту вращения, и уберечь гидравлику от быстрого износа.

Установка оборудования, степени защиты, удаленное управление

Эффективность оборудования измеряется не только его возможностями, но и сложностью монтажа – чем проще и вариативнее установка, тем удобнее. Насосную станцию с расширенным функционалом можно интегрировать в работающую систему водоснабжения в любом положении.

Станцию можно смонтировать и горизонтально, и вертикально, в комплектацию входят антивибрационные опоры. При монтаже в подвальных помещениях с возможностью подтопления, актуален настенный монтаж. Сам процесс присоединения к трубопроводу максимально упрощен благодаря двум входным и двум выходным патрубкам. Никаких кардинальных переделок контура не потребуется, оборудование встраивается за считанные часы.

Степени защиты

Так как распространена ситуация, когда насосное оборудование устанавливается в неотапливаемых помещениях вне дома, первостепенное значение имеет степень защиты корпуса от мелких частиц и жидкости, и наличие защиты от заморозки. Степени защиты IPX4 достаточно для работы в сложных условиях, даже при наличии прямых брызг. А вероятность замерзания станции исключена полностью – как только температура «за бортом» опускается ниже +5 ˚С, насос автоматически запускается и без водозабора. Вращение на низких оборотах предотвращает возможность образования льда внутри системы.

Синхронизация

Немаловажно, что при необходимости высокотехнологичные насосные станции можно объединять в каскад, до четырех штук включительно. Встроенный WiFi модуль синхронизирует работу оборудования, автоматическая настройка заложена в заводской программе и дополнительной регулировки не требуется. Однако внесение корректировок при возникновении надобности возможно.

Удаленное управление и мониторинг

Логично, что со встроенным WiFi модулем насосной станцией или каскадом станций можно дистанционно управлять, отслеживать и контролировать все параметры работы.

Наша система диспетчеризации позволяет взаимодействовать с оборудованием как непосредственно через браузер онлайн, так и посредством бесплатного мобильного приложения для смартфонов. Кроме того, что в режиме реального времени на экран выводятся все текущие показатели, которые можно регулировать, также система выдает архивную аналитику и оповещает в случае возникновения ошибок.

Частотный преобразователь с расширенным функционалом в насосной станции – полноценная защита от блокировки, сухого хода, перепадов напряжения, утечек и др. Это оптимизация частной системы водоснабжения, повышение ее эффективности и экономичности.

Подробнее о насосных станциях последнего поколения можно прочитать в одном из предыдущих материалов. Обсуждение насосного оборудования в общем и конкретно частотников – в профильной ветке на форуме.