Применение преобразователей частоты для управления насосами

06.03.2013

В наши дни вопрос энергосбережения стоит достаточно остро, так как цены на энергоносители постоянно увеличиваются. Эта ситуация стимулирует интенсивность развития энергосберегающих технологий. Одним из методов энергосбережения является регулирование частоты вращения короткозамкнутого асинхронных двигателей. Существенный подъем в развитии данная область получила с момента появления новой элементной базы, а именно, полупроводниковых приборов IGBT структуры силового ключа.

Принцип работы преобразователя частоты

Преобразователь частоты — это статическое устройство, выполняющее преобразование одно- или трехфазного напряжения сети переменного тока с частотой 50 Гц в трехфазное напряжение с регулируемой частотой.

Принцип работы данного преобразователя основан на существующей зависимости частоты вращения асинхронного двигателя, причем как от значения напряжения прикладываемого к обмоткам электродвигателя, так и от частоты данного напряжения. Различают два типа частотных преобразователей:

• непосредственные преобразователи частоты — применяются при одноступенчатом преобразовании энергии переменного тока одной частоты в энергию переменного тока другой, как правило, более низкой частоты. Для получения синусоидальной формы кривой выходного тока (с небольшим количеством высших гармоник) питание преобразователей осуществляется от сети трехфазного напряжения.
• с промежуточным звеном постоянного тока — в этих устройствах преобразование осуществляется в два этапа. В первом контуре переменное напряжение сети, посредством диодного выпрямителя и индуктивно-емкостного фильтра, преобразуется в постоянное. А затем автономным инвертором осуществляется обратное преобразование, обеспечивая при этом возможность одновременного регулирования значений напряжения и частоты.

Сегодня метод двойного регулирования считается наиболее эффективным. Преобразователи частоты, выполненные с использованием современной элементной базы, обладают мощными интерфейсными и вычислительными возможностями. На базе такого оборудования можно формировать достаточно сложные локальные системы автоматического управления любым технологическим процессом.

Функциональные возможности преобразователя частоты определяются необходимым диапазоном регулируемой скорости и типом нагрузки. В основном, регулируемое оборудование имеет постоянный момент при любом изменении скорости вращения электродвигателя. К таковому относят компрессоры, конвекторы и поршневые насосы. Другие виды нагрузок обладают переменной механической характеристикой. Примером такого типа устройств являются вентиляторы и центробежные насосы.

Эффективность внедрения преобразователей частоты

Внедрение энергосберегающих технологий на базе частотно-регулируемого асинхронного электропривода в системах сегодня открывает безграничные возможности. Это экономия потребляемой электроэнергии, уменьшение затрат на планово-предупредительные ремонтные работы, управление ресурсом оборудования, обеспечение оперативного регулирования технологическим процессом.

Одной из основных тенденций развития данного направления является применение преобразователя частоты с целью сбережения энергетических ресурсов за счет эффективного их использования. Для решения такой задачи необходимо выполнение главного условия — это минимизация потерь в технологическом процессе.

Традиционно регулирование производительности насоса осуществлялось изменением положения задвижки, то есть дросселированием. При использовании данного метода снижение производительности, в свою очередь, приводит к увеличению гидравлического сопротивления сети привода и вращающего момента двигателя. Рост этих показателей способствует увеличению потребляемой мощности и значительному снижению коэффициента полезного действия насосного агрегата.

При использовании преобразователей частоты, эффективность регулирования производительности насоса возрастает в несколько раз. Такое устройство, получая сигнал от датчика давления, система управления автоматически регулирует частоту вращения колеса насоса, при этом осуществляется управление расходом жидкости, что стабилизирует давление в сети потребителя. Таким образом, данный процесс позволяет экономить потребление электрической энергии (от 15 до 50%), за счет исключения гидравлических потерь. К тому же, преобразование механической энергии в гидравлическую дает значительный рост КПД насоса.

Применение метода частотного регулирования электропривода позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты. Это обеспечивает снижение износа запорной арматуры, коммутационной аппаратуры, подшипников двигателя, насоса и крыльчатки, уменьшает вероятность утечки в системе водоснабжения. Кроме этого, такое оборудование снижает вероятность аварий за счет исключения гидравлических ударов и обеспечивает защиту от токов перегрузки и КЗ. Этот способ позволяет упростить последующую комплексную автоматизацию объектов систем водоснабжения. Таким образом, затраты на обслуживание оборудования стремятся к минимуму.

Современные частотные преобразователи Danfoss серии VLT drives позволяют наблюдать более двадцати параметров состояния электропривода. Последующая специализированная обработка полученных величин дает возможность проводить глубокую диагностику работы оборудования и протекающих при этом процессов. Данный контроль позволяет не только оперативно реагировать на возникшую аварийную ситуацию, но и своевременно предупреждать ее.

При принятии решения внедрения энергосберегающих технологий необходимо начинать с проведения технико-экономического обоснования. Квалифицированные специалисты выполнят расчет срока окупаемости, а также помогут грамотно организовать технологический процесс.