Регулирование давления воды частотным преобразователем

Частотные приводы используются ввиду возможности снижения энергопотребления, а также для плавной регулировки скорости вращения асинхронных двигателей. Чем ниже частота вращения, тем меньше электрической энергии будет потреблять насос. Частотники позволяют продлить срок службы технологическому оборудованию.

Описание работы насосных станций на основе частотного регулирования

Частотные приводы обеспечивают электронное бесступенчатое регулирование электродвигателем насосных и вентиляционных установок. Они рассчитаны на меняющиеся условия эксплуатации оборудования и зависят от параметров производственного процесса. Регулирование осуществляется с помощью интеллектуальных устройств, входящих в систему контроля технологического режима работы установки. Программа составлена на основе сигналов управления от датчиков.

Структура насосной станции:

• преобразователь частоты;

• программируемый логический контроллер;

• интерфейс блока;

• панель управления;
• защитные стартовые регуляторы;

• щитовое оборудование.

Конструктивно насосная станция представляет собой металлический шкаф в настенном или напольном исполнении с дверью на лицевой стороне. Шкаф оснащен центральным замком, дополнительными аксессуарами и индикаторами. Конструкция станции управления обеспечивает беспрепятственный доступ ко всем основным кабельным соединениям во время установки и ремонта. Ввод кабелей может быть расположен либо в верхней, либо нижней части шкафа. То же касается входящих сигналов датчиков.

Основные характеристики:

• высококачественные шкафы изготовляются из нержавеющей или листовой стали с защитным покрытием для максимальной стойкости;

• оборудование должно соответствовать действующим правилам безопасности и нормам.

Принцип работы частотно регулируемых насосных станций

При запуске насосного оборудования могут возникнуть скачки напряжения тока в сети, приводящие к помехам. К тому же возможны гидроудары и, как следствие, механические поломки оборудования. 

Решением проблемы станет задействование частотного преобразователя в схеме насосного привода и датчиков в сети водопровода. Сигнал подаётся на вход частотника, который должен быть настроенным в режиме работы с обратной связью. При изменении расхода воды преобразователь частоты получает сигнал от датчика и регулирует скорость вращения вала двигателя. Применение частотника с обратной связью по скорости позволяет компенсировать скольжение и стабилизировать скорость вращения вне зависимости от нагрузки.

Существуют различные варианты размещения и подключения элементов рабочей схемы: подключение датчика обратной связи от внутреннего либо от внешнего источника питания.

Станция управления выполняет следующие функции:

• плавный пуск путем управления частотой вращения мотора с помощью ручного регулятора;

• поддержание технических показателей на заданном уровне;

• механическая передача для подачи электропитания в случае отказа стартера;

• запуск двигателя и контроль за приводной системой оператором;

• автоматический запуск и остановка двигателя;

• сигнализация и аварийная остановка двигателя посредством системы автоуправления;

• насосный блок дистанционного управления через интерфейс RS 485 по одному из стандартных протоколов передачи данных внешним получателям.

Перечислим существующие виды режимов работы:

• плавный разгон электрического двигателя;

• поддержание заданной частоты вращения, нагрузки, крутящего момента вала двигателя;

• контролируемый мягкий останов мотора;

• контроль исполнительных механизмов промышленного оборудования с помощью дискретных или аналоговых датчиков;

• аварийная остановка группы электродвигателей с постепенным отключением каждого агрегата в режиме динамического торможения;

• аварийная остановка электрических двигателей в режиме свободного хода;

• дистанционное обесточивание оборудования.

Алгоритм работы частотного преобразователя 

По полученному сигналу преобразователь заводит насосный мотор. Пользователь может сам регулировать время разгона двигателя. За счёт плавности снижается воздействие гидравлических нагрузок. При достижении определённой величины частотник замедляет разгон и начинает поддерживать заданную частоту вращения. Если расход воды станет увеличиваться, преобразователю придётся повышать производительность насоса, чтобы нарастить давление. Когда уровень давления в гидравлическом баке падает ниже порогового значения срабатывает реле. Установка имеет также защиту от сбоев и помех.

Для минимизации влияния шумов на работу частотника и электродвигателя в структурную схему частотного преобразователя включают фильтр, защищающий:

• от высокочастотных помех;

• от наводимых электрооборудованием разрядов.

О возникновении последних подаёт сигнал контроллер. Для снижения воздействия помех также применяется экранизация проводки между электродвигателем и выходными клеммами преобразовательного устройства.

Экономическая эффективность использования преобразователей частоты в системах регулирования давления и расхода воды 

Шкаф управления (ШУ) водно-погружным насосом предназначен для сетей водоснабжения малых городов, поселков и сел. Датчики, кабели питания и управления обычно не входят в стандартный объем поставки и могут быть упакованы по требованию заказчика в соответствии с опросным листом. ШУ оснащен частотником, принцип действия которого основан на регулировании скорости вращения двигателя насоса в соответствии с уровнем давления. Он поддерживает заданные параметры в системе водоснабжения независимо от интенсивности накачки воды. 

В случае если на водозаборе есть несколько артезианских скважин в непосредственной близости друг от друга, то частотник в ШУ обеспечит плавный пуск и регулирование скорости вращения всех используемых насосов. Включение/выключение дополнительных насосов происходит автоматически для поддержания заданных параметров сети водоснабжения, когда расход воды изменяется.

ШУ обеспечивает возможность управления агрегатами с пульта оператора, находящегося в диспетчерском центре. Расход воды регулируется с помощью системы АСУ ТП, которая обеспечивает мониторинг и контроль работы. Связь с диспетчерским центром осуществляется по сети.

Частотник ШУ обеспечивает более высокое энергосбережение по сравнению с традиционными методами водопроводной сети регулирования давления. Он также обеспечивает все необходимые виды защиты установки.

Применение частотника в поддержании постоянного давления водоснабжения

Важно подобрать такое оборудование системы водоснабжения, которое будет эффективно справляться с конкретной задачей. К насосному оборудованию относятся шкаф управления, датчики давления и насос. Принципиальная электрическая схема ШУ включает в себя автоматический выключатель, преобразователь частоты, контактор, промежуточное реле и т. д. Частотный преобразователь при использовании внутренних ПИД предназначен для регулирования выходной частоты, поддержания постоянного давления в сети водоснабжения.

Наладка технологического оборудования включает в себя решение задач: 

• ёмкость резервуара должна быть больше, чем самая крупная поставка воды за час;

• выбор приборов и схем для преобразователей частоты определяется в зависимости от вида поставки воды и технического задания;

• контроль связи с помощью программируемых аналоговых входов и выходов;

• функция защиты сети и оборудования от перенапряжения и недонапряжения;

• защита от перегрева и короткого замыкания;

• заземление.

Особенностями применения частотника является: 

• компактная структура; 

• простота установки.

Применение частотного преобразователя при использовании внутренних ПИД позволяет значительно сэкономить время отладки, уменьшить ошибки в работе.

Область применения частотных преобразователей 

Согласно технологическим требованиям частотники предназначены для широкого спектра отраслей промышленности и применяются к различным типам нагрузок, в том числе насосным. Типичное использование выражается в поддержании постоянного давления центрального водоснабжения. Для решения специальных задач применяются оптимизированные системы. 

Циркуляционный насос — одна из главных составляющих системы отопления и горячего водоснабжения, в основе которых лежит циркуляция воды. Для электрического циркуляционного насоса применяются в основном трёхфазные электродвигатели переменного тока или дизельные агрегаты. Приводные устройства могут быть использованы для горячего водоснабжения, где в реальной эксплуатации имеют место перепады давления. Последние определяются разницей между давлением прямой и обратно подачей горячей воды. Существуют нормы минимального перепада давлений в конце теплосети.

Частотные преобразователи также широко используются:

• на промышленных предприятиях, на гидротехнических сооружениях, в противопожарных схемах;

• для поддержания постоянной величины или перепада давления охлаждающей воды в технологических системах;

• в насосных станциях очистки сточных вод и канализации;

• для аграрного полива и дренажа;

• в садах, водоемах и системе музыкальных фонтанов;

• для водоснабжения гостиниц и крупных общественных зданий;

• для водоснабжения сельского хозяйства с большими орошаемыми площадями сельхозугодий. 

Заключение

Регулирование давления с помощью частотника по сигналу датчика давления помогает управлять производительностью насосных агрегатов. Автоматическое управление осуществляется путем изменения частоты вращения насоса в зависимости от разницы заданного и фактического давлений в напорном трубопроводе.

Частотники продлевают срок службы электрических насосов. Кроме того, благодаря частотному регулированию агрегаты имеют низкий уровень шума.

ЭНЕРГОПУСК представляет порядка 14 производителей преобразователей частоты для насосов и другого технологического оборудования.