Регулирование потока жидкости с применением частотного электропривода

О чем будем рассуждать в статье

В производственных сферах, промышленности, в сфере строительства и коммунального хозяйства в настоящее время все чаще применяются новейшие методики контроля и управления технологическими процессами любого уровня сложности.

Для качественной реализации подобных задач невозможно обойтись без применения частотного электропривода, при помощи которого осуществляется плавный запуск, высокоточное управление частотным преобразователем, а также целый комплекс встроенных защит и прикладных функций.

Ранее мы уже рассказывали в одной из наших статей о технических возможностях и преимуществах использования частотного электропривода – Частотный электропривод. Эффективность применения частотно-регулируемых приводов.

Преобразователи частоты Delta VFD-CP2000

Преобразователи частоты Innovert IHD

Преобразователи частоты Innovert IPD

Электрические двигатели INNORED

Герконовые сигнализаторы жидкости

Системы регулируемой подачи воды и водоотведения и возможности применения частотного электропривода

Частотно-регулируемые водоотливные станции вполне универсальны и схожи по принципу действия, но различаются по своей мощности и технологическому составу, а также дополнительным функциям коммуникации и управления:

1. Бытовые насосные системы применяются для эксплуатации в рамках коммунального хозяйства, квартир, офисных пространств. Для работы в подобных условиях обычно используются низковольтные системы регулируемого привода небольшой мощности с набором типовых настроек управления и индикации частотного преобразователя. Бытовые устройства имеют минимальный и понятный функционал для удобства эксплуатации оборудования технически неискушенному пользователю.
2. Промышленные установки. К их числу относятся насосные станции, компрессорные установки и котельное водонапорное оборудование средней и большой мощности. Довольно часто это системы высокого напряжения (6 и 10 кВ), которые эксплуатируются в более тяжелых условиях крупных производств.

Все технические характеристики приводного комплекса подбираются под индивидуальные требования управляемого оборудования. В связи с этим, важно обеспечить оптимальное соответствие всех частей электропривода – самого насосного агрегата, преобразователя частоты, а также электродвигателя. Грамотно подобранный техническими специалистами приводной комплекс (электропривод) позволит конструкции работать с максимальной производительностью и энергоэффективностью.

Эксплуатация в условиях промышленного комплекса накладывает повышенные требования к характеристикам частотного электропривода – точности регулирования, перегрузочной способности, возможности торможения и рекуперации, а также программному набору встроенных средств частотного преобразователя и режимам управления.

Говоря о преимуществах использования частотно-управляемого привода, очень показательно рассмотреть подобное регулирование в сравнении с прежним методом управления при помощи задвижек, открытием/закрытием которых увеличивался или уменьшался расход жидкости в трубопроводных магистралях.

Дело в том, что большинство систем регулирования (в том числе, регулирования подачи жидкости) – это технологическая конструкция с неравномерным расходом, в которой в течение определенного периода времени значения максимальной и текущей нагрузки значительно отличаются. Вследствие этого, на своей номинальной нагрузке система может работать всего около 10-15% времени.

В более ранних электроприводных комплексах, где регулирование жидкости производилось задвижками (так называемое дроссельное регулирование), а насосы подачи функционировали на своей номинальной мощности, КПД системы регулирования был крайне мал, поскольку задвижки и затворы с электроприводом осуществляли лишь фактическое уменьшение или увеличение подачи жидкости. В дополнение к этому, открытие/закрытие задвижек при постоянном давлении насосов вызывало гидроудары, повреждения трубопроводов и преждевременное устаревание оборудования.

Схема регулирования задвижкой

При таком регулировании задвижка монтируется после насоса, управляя рабочей точкой. Сопротивление увеличивается, и снижается расход. На приведенной ниже структурной схеме без установки задвижки расход будет Q2. С установленной задвижкой расход уменьшается до уровня Q1. Задвижки могут применяться для ограничения максимального расхода в системе. При регулировании характеристик сети дроссельным способом насос обеспечивает более высокий напор, чем необходимо для данной системы. Малая энергоэффективность такого метода объясняется тем, что при уменьшении подачи КПД системы тоже уменьшается, а напор увеличивается, и эти явления сопровождаются неэффективными затратами энергии электропривода.

Развитие преобразовательной техники подсказало оптимальный способ решения проблемы неэффективного регулирования – применение частотного преобразователя совместно с двигателем, частоту вращения которого можно было бы изменять в зависимости от текущей нагрузки системы. Таким образом, дроссельное регулирование уже менее применимо, поскольку при помощи частотного преобразователя можно плавно задавать необходимые характеристики для водонапорной сети исключительно регулированием работы насосов. В качестве двигательного привода насосов в настоящее время применяются, как правило, трехфазные асинхронные электродвигатели малой и средней мощности, оптимизированные по конструкции и исполнению для работы с преобразователями частоты.

Таким образом, установка частотно-регулируемого электропривода в водонапорных комплексах позволила существенно увеличить энергоэффективность всей системы, снизить затраты на эксплуатацию и ремонт оборудования, позволила внедрить модернизированные системы автоматического контроля и управления.

В качестве примера работы частотного преобразователя в системе водоотведения можно привести следующую структурную схему оборудования:

Схема водоотведения с ПЧ

В данном приводном комплексе преобразователь частоты работает в системе с обратной связью по датчикам уровня воды в резервуаре, откачивая воду с определенной производительностью, которую задает насосу преобразователь частоты. Подробнее про данную систему регулирования и ее преимущества описано в одной из наших предыдущих статей – «Герконовые датчики – особенности применения».

Частотные преобразователи как составляющая электропривода для работы в водных системах и их применение

Принципы функционирования водонасосных комплексов, в общем и целом, схожи, но мощности насосных установок и характеристики режимов их работы различаются объемами перекачиваемых жидкостей и индивидуальных требований. В качестве частотного электропривода для подобных систем рекомендуется применять комплексное решение в составе частотного преобразователя специализированного назначения для насосных механизмов и правильно подобранного электродвигателя необходимой мощности и характеристик. Рассмотрим возможные типы частотного и двигательного оборудования для работы в качестве приводной техники в системах водоподачи и водоотведения, которые будут применимы как для бытовых нужд, так и в сфере жилищно-коммунального хозяйства.

В качестве преобразователей частоты для насосного применения подойдут следующие типы ПЧ:

Delta CP2000

INNOVERT IHD

INNOVERT IPD

Они по умолчанию содержат в себе требуемый набор настроек, позволяющий быстро и качественно ввести в работу насосное оборудование заданием минимального количества исходных данных.

Данные преобразователи оптимизированы для насосных применений, включают необходимые защитные функции, а также встроенные режимы работы для водоотливной станции любого уровня:

• Функция сна/пробуждения частотного преобразователя.
  Позволит остановить электропривод в моменты отсутствия, либо фактического уменьшения потребления воды. Таким образом осуществляется экономия энергоресурсов, и уменьшается износ приводного комплекса.
• Функция защиты от "сухого хода" насоса.
  Такой режим работы возникает в случае, когда входное давление насоса не соответствует номинальным параметрам. Продолжительная работа в данном режиме может ускорить выход из строя подшипниковых узлов и уплотнений двигателя. Диагностика состояния привода производится на базе вычислений показаний с датчиков расхода и давления в трубопроводной сети, которые подключаются в систему автоматического управления насосного комплекса к программируемому логическому контроллеру (ПЛК), либо напрямую к ПЧ, осуществляя тем самым обратную связь для дальнейшей возможности регулирования частоты вращения двигателей насосов и контроля текущих значений характеристик сети.
• Компенсация потерь на трение.
  Подобная функция позволяет контролировать расход насосной установки и компенсирует потери напора поддержанием неизменного давления в рабочей точке независимо от расхода подаваемой жидкости.

INNORED

В качестве электродвигателей для применения в насосной системе отлично подойдут трехфазные асинхронные электродвигатели малой и средней мощности фирмы INNORED.

Данные двигатели имеют низкий уровень вибрации и малые значения токов холостого хода, а также широкую классификацию линейки мощностей, из которых можно подобрать необходимый двигатель персонально под требуемое применение.

В том числе, что особенно важно для удобства внедрения и эксплуатации двигателя совместно с ПЧ в условиях оптимизированных применений – двигатели INNORED имеют опцию установки частотного преобразователя марки Innovert IPD (до типоразмера мощностей 11 кВт) непосредственно на клеммную коробку двигателя. Такая конфигурация оборудования позволяет сэкономить пространство для установки приводного комплекса, упростить сервисное обслуживание и внедрить подобную насосную систему в самые ограниченные и небольшие технические помещения.

В дополнение к вышесказанному, внедрение комплексной приводной системы, состоящей из оптимально подобранных друг под друга преобразователя частоты и асинхронного электродвигателя обеспечивает следующие преимущества для заказчика при выборе электропривода:

• отсутствие необходимости дополнительных расчетов и проектных решений для подбора оборудования, поскольку преобразователь частоты и двигатель уже поставляются в готовом комплексе;
• обеспечение оптимальных характеристик работы оборудования (КПД, развиваемый момент нагрузки, диапазон регулирования скоростей вращения);
• гарантия работоспособности и совместимости приводного комплекса.

Применение для водоотливных станций преобразователя частоты совместно с электродвигателями (частотный электропривод) необходимой мощности с целью выполнения плавного запуска и регулирования работы насосов уменьшает силу и частоту гидроударов в трубопроводе, позволяет снизить количество профилактических осмотров оборудования и вероятность аварий механических узлов комплекса (износ муфтовых и редукторных соединений).

Делаем выводы по подбору компонентов электропривода

Преобразователи частоты это эффективное и довольно универсальное устройство управления электроприводом, предназначенным для работы в различных областях промышленности и производства, в том числе, в качестве привода насосных установок.

Учитывая приведенные в данной статье преимущества использования частотно-регулирующего электропривода, удобство и простоту подключения подобного приводного комплекса к уже функционирующему оборудованию на объекте, а также всецело положительный опыт использования частотного привода для управления асинхронными электродвигателями на промышленных объектах, можно с уверенностью сказать, что применение ПЧ для насосных комплексов обусловлено не только технической необходимостью, но и реальной экономической целесообразностью, что в условиях современного производства является особенно важным.

Купить частотный электропривод в комплексе с частотным преобразователем и электродвигателем
по доступным ценам вы можете в компании ООО «РусАвтоматизация»