Частотно-регулируемый электропривод насосных установок

Видео описание

В этом видео показано, как правильно настраивать реле давления:

Следует устанавливать автоматику только в том случае, если в ней есть необходимость. Например, для автономной системы отопления. Для полива участка в летние сезоны автоматика не нужна. Для этого хватит простого насоса. Насос, который имеет производительность выше, чем дебит скважины (отдача) будет подавать воду рывками, что может привести к поломке.

Блок управления автоматикой следует размещать в сухом месте, чтобы не окислились контакты внутри системы и не произошло замыкание. Также место должно быть легкодоступным которому, так как в случае выхода из строя или при смене настроек будет неудобно подходить к блоку, если он загорожен.

Следует проводить периодическое обслуживание блока автоматики (настройку, проверку на работоспособность, замену деталей). Это требуется потому, что при неправильной работе и не своевременном включении мотора в насосе выгорают контакты, и он перестаёт работать.

Сервисное обслуживание блока автоматикиИсточник mhs-perm.ru

Установку электронной автоматики следует проводить только при наличии опыта. Если его нет, то лучше обратиться к специалистам, так как неправильно смонтированная система быстро выйдет из строя или вообще не начнёт работать.

Если используется наружный насос, который соединён со скважиной, то для него следует установить бак-накопитель (если такого нет) и регулятор давления. Существуют наружные насосы, которые идут в комплекте с этими модулями или изначально соединены с его корпусом. Также следует поставить реле потока жидкости в виде электролитических датчиков. Это предотвратит попадания воздуха в мотор.

Дорогие системы лучше всего ставить в том случае, если требуется частое использование воды в разных объёмах, так как они смогут регулировать её поток.

Блок управления автоматикой скважиныИсточник aspekt-ekb.ru

Решение задач системы пожаротушения

В московском аэропорте «Внуково» в шкафе управления пожарными насосами одного из объектов возникала проблема: при включении резервного питания от дизель-генератора происходила перегрузка и отключение. Компания «Пожарная автоматика» нашла решение и заменила штатные устройства плавного пуска на два преобразователя частоты VLT HVAC Drive FC-102 мощностью 200 кВт каждый.

Данная серия соответствует нормам «Технического регламента о требованиях пожарной безопасности» и требованиям СП 7.13130.2013 «Отопление, ентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности». Сертификат соответствия от Singapore Green Building Products рекомендует оборудование для применения в аэропортах и гражданском строительстве. Эта линейка производится в России, что даёт возможность устанавливать её на спецобъектах.

Используя функционал частотного преобразователя, инженеры Danfoss создали готовое изделие — унифицированный пожарный шкаф. Оборудование автоматизирует работу вентиляторов и противодымных клапанов с электроприводами. Предусмотрена совмещённая эксплуатация общеобменной и противодымной вентиляции: переключение происходит по сигналам от восьми пожарных зон. Устройство контролирует температуру воздуха в электронагревателе для его подачи в безопасные зоны. Специальный «пожарный режим» обеспечивает работу до полного разрушения конструкции.

От простого к сложному

Эра массового применения преобразователей частоты началась в 1968 году, когда концерн Danfoss первым в мире приступил к серийному производству приводной техники — это была модель VLT 5. С тех пор конструкторы компании добились многого: сегодня в линейке десятки универсальных, профессиональных и специализированных серий низковольтных и высоковольтных преобразователей частоты и тысячи вариантов исполнения. За прошедшие полвека выпущено порядка 25 млн устройств.

Возможности приводной техники разнообразны. Модели представлены в диапазоне мощностей от 0,18 кВт до нескольких мегаватт с широким спектром номиналов и напряжений. Частотные преобразователи совместимы со всеми типами электродвигателей и источниками питания. Функционал позволяет иметь непосредственную связь с питающей сетью и промежуточное звено постоянного тока, возможно подключение трёхфазного двигателя в однофазную сеть. В большинстве моделей настройка конфигурации происходит автоматически.

Удобство модульной платформы — в гибком подборе необходимых силовых опций в зависимости от применения. К примеру, DC/DC-преобразователь способен повысить напряжение для потребностей привода. Выпрямитель на IGBT-транзисторах производит рекуперацию энергии в сеть. Сетевой преобразователь из постоянного тока создаёт сеть переменного тока.

На российском рынке под разными брендами представлено множество частотных преобразователей, различных по конструкции, принципу действия, способу управления. Среди производителей такие марки как Schneider Electric, ABB, Siemens, Hyundai, Toshiba, Hitachi, «Веспер» и др. Специально для отечественного рынка Danfoss разрабатывает и производит в Российской Федерации ряд наиболее востребованных моделей. В программе развития концерна — дальнейшее расширение мощностей в Подмосковье.

Пример работы схем на базе частотного преобразователя

Принципиальная схема управления циркуляционными насосными агрегатами на базе преобразователей частоты с обратной связью по давлению и температуре позволяет экономить до 30% тепловой энергии.

При увеличении температуры теплоносителя или падении давления в сети, сигнал с аналогового датчика температуры поступает на частотный преобразователь, который плавно увеличивает частоту напряжения в цепи питания электродвигателя. Скорость вращения ротора увеличивается, производительность насоса возрастает. При необходимости в работу включается резервный насос. По достижении заданной температуры, подача насоса возвращается к запрограммированной величине. Схема также обеспечивает попеременную работу насосных агрегатов, остановку двигателей при авариях, включение резервного насоса при аварийной остановке основного, запрет на запуск неисправного насоса до устранения поломки, а также индикацию режимов работы.

Для увеличения экономического эффекта в отопительных системах используют преобразователи частоты с функцией АОЕ или автоматической оптимизации энергопотребления. При этом электродвигатель поддерживает энергопотребление соответственно требуемой производительности насосного агрегата. Частотные преобразователи с такой функцией выпускает компания Danfoss, всемирно известный производитель электрооборудования и элементов автоматики.

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45) , №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47), №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).

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.

Итак:

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.

Результаты внедрения станции управления с ЧРП

На станции ведется фиксация наработки часов по каждому НА, – это дает возможность контролировать и обеспечивать равномерность выработки ресурса НА.  Опыт эксплуатации в течение нескольких отопительных сезонов показал, что САУ с ЧРП получилась достаточно функциональной. Запуск НА происходит плавно без гидравлических ударов. Оптимальная интенсивность разгона НА и настройки ПИД-регулятора подбирались в процессе наладки. Так же в процессе наладки были неоднократно проверены все функциональные возможности, заложенные в алгоритмах САУ.

Для поддержания заданного расхода уставка давления в напорном коллекторе выставлена на 8,0 кг/см3. САУ стабильно поддерживает давление в указанном пределе (7,8-8 кг/см3). Выходная частота ЧРП в установившемся режиме на каждом НА составляет 44±3 Гц.  Загрузка каждого работающего электродвигателя НА составляет 48-53 кВт (64-70% от номинала). Изменение расхода, как указано выше, зависит от количества работающих модулей вентиляции, и по факту близко к расчетному (от 363 до 443 м3/ч). Изменение нагрузки отрабатывает ЧРП (41-47 Гц). Автоматическое изменение количества работающих насосов алгоритмом не предусмотрено. При необходимости это устанавливает оператор.

Экономия электроэнергии получилась близкой к расчетной. Что касается иных эксплуатационных расходов, например, изменения расхода теплоносителя, то в данном случае система теплоснабжения компактна, замкнута, и утечек как не было раньше, так и нет.

В условиях Севера особое внимание при разработке было уделено живучести ТНС. При аварии насоса станция запускает следующий по номеру резервный насосный агрегат

В случае выхода из строя даже всех 4 преобразователей частоты, САУ запускает необходимое количество НА от сети на закрытую задвижку, с последующим ее открытием.

При провалах питающего напряжения преобразователи частоты и, соответственно, НА останавливаются. Но, благодаря правильно подобранной интенсивности разгона, и тому, что задвижки на напорных патрубках НА остаются открытыми, при восстановлении напряжения питающей сети возобновление циркуляции теплоносителя происходит за несколько секунд.

В случае полного погашения питающей сети происходит автоматический запуск аварийной дизельной электростанции (АДЭС). При питании от АДЭС САУ, согласно заданному алгоритму, запускает НА от сети на закрытую задвижку с последующим ее открытием. Для уменьшения времени восстановления циркуляции теплоносителя, САУ в этом случае запускает НА, находившиеся ранее в резерве, т.к. их напорные задвижки находятся в закрытом состоянии. При восстановлении электроснабжения от сети запускаются от ЧРП основные НА которые были заданы оператором.

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.

НА ЧТО ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ ПРИ ВЫБОРЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА

Какие требования к крутящему моменту приводов? Нет ли в системе какого-либо оборудования с большим пусковым током?  Частотно-регулируемые приводы имеют ограниченные мощности по пиковому току, поэтому для труднозапускаемых загрузок может потребоваться установка более крупного размера, дабы покрыть более высокие потребности.
Сколько двигателей будет управляться приводом? Если их будет более одного, они будут стартовать последовательно или одновременно? Рассчитайте суммарные максимальные токи всех загрузок двигателя при наихудших условиях эксплуатации вашей плановой системы. Рассортируйте двигатели и инверторы в соответствии с условиями максимального тока.
Будут ли вашим режимам необходимы быстрые запуски или аварийные остановки нагрузки? Если да, то от частотных преобразователей будут требоваться большие токи. 
Является ли перегрев двигателя потенциальной опасностью для какого-то из ваших плановых режимов ЧРП? Возможно, например для режимов с ограниченной скоростью и постоянным крутящим моментом.
В каком диапазоне размеров двигателей будет необходимо работать инвертору в вашем процессе или процессах? Помните, что маленькие двигатели не так эффективны, как более крупные, поэтому улучшения от ЧРП буду заметны сразу. Однако, поскольку большие двигатели потребляют гораздо больше энергии, даже небольшое увеличение эффективности может обеспечить ощутимую экономию в течение всего срока службы двигателя.
Будет ли система ЧРП работать в среде, содержащей летучие вещества, взвешенные частицы или при высокой температуре окружающей среды? В случае летучих веществ, следите за тем, чтобы все используемые материалы были устойчивы к химическим веществам и были надлежащим образом заземлены. В случае твердых частиц, обеспечьте надлежащую герметизацию

При высокой температуре необходимо обеспечить хорошее охлаждение.
Нуждаетесь ли вы в функциях защиты оборудования или привода, которые обеспечат непрерывность обработки? Имейте в виду, что ваш привод может быть из тех, которые мгновенно выключаются при превышении токе, или из тех, которые поддерживают постоянный крутящий момент двигателя и уменьшают скорость двигателя для поддержания необходимого тока.
Вы хотите или нуждаетесь в большом количестве диагностических возможностей в вашем аппарате? Важно ли для вас контролировать время простоя загрузки и иметь возможность детально анализировать сбои?
Имеются ли конденсаторы для повышения коэффициента мощности на загрузках двигателя, с которыми придется иметь дело вашей системе ЧРП? Когда их переключают, они, как правило, приводят к аварийному отключению, и это может отрицательно повлиять на частотный преобразователь. Может потребоваться использовать изолирующих трансформаторов или линейных реакторов.
Возможно ли, что источник питания для вашей плановой системы будет периодически переключаться во время работы преобразователя частоты? Это может произойти, например, когда нагрузки переключаются на резервные генераторы во время отключения электроэнергии

Некоторые приводы могут справляться с кратковременным отключением электроэнергии, а другие — нет.

Режимы управления частотными преобразователями

В большинстве моделей современных частотных преобразователей реализована возможность управления в нескольких режимах:

1) Ручное управление. 

Пуск и остановка электродвигателя осуществляются с панели или пульта управления частотника. При этом преобразователь осуществляет регулировку частоты вращения и остановку при возникновении аварийных ситуаций автоматически.

2) Внешнее управление. 

ЧП с поддержкой интерфейсов передачи данных можно подключать к удаленному ПК для контроля текущих параметров и задания режимов работы привода.

3) Управление по дискретным входам или “сухим контактам”. 

4) Управление по событиям. 

Некоторые модели ЧП позволяют запрограммировать время пуска или остановки, работу двигателя в другом режиме. Преобразователи такого типа применяют для полностью или частично автоматизированного технологического оборудования.

Релейные схемы автоматизации

До появления частотных преобразователей в качестве устройства управления использовались релейные блоки.

Простейшая схема регулирования по уровню построена на базе магнитного пускателя и поплавкового реле. При увеличении уровня, контакты реле замыкаются, катушка магнитного пускателя оказывается под напряжением. Электродвигатель насосного агрегата запускается. При снижении уровня жидкости, реле размыкает управляющую цепь магнитного пускателя.

Такая схема обеспечивает ручное и автоматическое включение насосов, каскадный способ управления, индикацию режимов работы, остановку насосных агрегатов при пропадании перекачиваемой жидкости.

В нормальном режиме работает основной насосный агрегат. При снижении давления при пиках водопотребления или остановке основного насоса, срабатывает реле давления, включающее резервный насос с выдержкой времени. При необходимости включение и выключение насосов можно осуществлять в ручном режиме.
Релейные схемы управления относительно просты и дешевы, однако, обладают следующими недостатками:

• Дополнительная нагрузка на электрическую сеть. Запуск электродвигателей осуществляется на полном напряжении сети. Ток при этом взрастает в несколько раз.
• Невозможность плавного изменения производительности. Регулирование давления в сети осуществляется включением резервного насоса. Ступенчатое изменение давления не всегда удовлетворяет условиям техпроцесса.
• Необходимость регулярного ремонта, технического обслуживания. Схемы такого типа содержат большое количество электроаппаратов и элементов автоматики. При частых коммутациях, контакты и механические части аппаратов быстро приходят в негодность.
• Высокая нагрузка на трубопровод. При прямом пуске насосов резко увеличивается вероятность гидравлических ударов. При их возникновении повреждается запорно-регулирующая арматура, трубы и другие элементы системы водоснабжения.

Для ограничения пусковых токов и плавного разгона электродвигателей в релейных схемах часто устанавливают устройства плавного пуска. Однако, эти устройства не обеспечивают плавное изменение подачи. Для этого на трубопровод устанавливают регулирующую арматуру, что приводит к потерям давления и снижает общий к.п.д. системы водоснабжения.