Частотный преобразователь для насосной станции своими руками

Классический метод управления подачей насосных установок предполагает дросселирование напорных линий и регулирование количества работающих агрегатов по какому-либо техническому параметру (например, давлению в трубопроводе). Насосные агрегаты в этом случае выбираются исходя из неких расчётных характеристик (как правило, с запасом по производительности) и постоянно функционируют с постоянной частотой вращения, без учета изменяющихся расходов, вызванных переменным водопотреблением. При минимальном расходе насосы продолжают работу с постоянной частотой вращения, создавая избыточное давление в сети (причина аварий), при этом бесполезно расходуется значительное количество электроэнергии. Так, к примеру, происходит в ночное время суток, когда потребление воды резко падает. Основной эффект достигается не за счет экономии электроэнергии, а благодаря существенному уменьшению расходов на ремонт водопроводных сетей.

Появление регулируемого электропривода позволило поддерживать постоянное давление непосредственно у потребителя. Широкое применение в мировой практике получил частотно регулируемый электропривод с асинхронным электродвигателем общепромышленного назначения. В результате адаптации общепромышленных асинхронных двигателей к их условиям эксплуатации в управляемых электроприводах создаются специальные регулируемые асинхронные двигатели с более высокими энергетическими и массогабаритностоимостными показателями по сравнению с неадаптированными. Частотное регулирование скорости вращения вала асинхронного двигателя осуществляется с помощью электронного устройства, которое принято называть частотным преобразователем. Вышеуказанный эффект достигается путём изменения частоты и амплитуды трёхфазного напряжения, поступающего на электродвигатель. Таким образом, меняя параметры питающего напряжения (частотное управление), можно делать скорость вращения двигателя как ниже, так и выше номинальной. Во второй зоне (частота выше номинальной) максимальный момент на валу обратно пропорционален скорости вращения.

Метод преобразования частоты основывается на следующем принципе. Как правило, частота промышленной сети составляет 50 Гц. Для примера возьмём насос с двухполюсным электродвигателем. С учетом скольжения скорость вращения двигателя составляет около 2800 (зависит от мощности) оборотов в минуту и даёт на выходе насосного агрегата номинальный напор и производительность (так как это его номинальные параметры, согласно паспорту). Если с помощью частотного преобразователя понизить частоту и амплитуду подаваемого на него переменного напряжения, то соответственно понизятся скорость вращения двигателя, и, следовательно, изменится производительность насосного агрегата. Информация о давлении в сети поступает в блок частотного преобразователя от специального датчика давления, установленного у потребителя, на основании этих данных преобразователь соответствующим образом меняет частоту, подаваемую на двигатель.

Современный преобразователь частоты имеет компактное исполнение, пыле- и влагозащищённый корпус, удобный интерфейс, что позволяет применять его в самых сложных условиях и проблемных средах. Диапазон мощности весьма широк и составляет от 0,18 до 630 кВт и более при стандартном питании 220/380 В и 50-60 Гц. Практика показывает, что применение частотных преобразователей на насосных станциях позволяет:

экономить электроэнергию (при существенных изменениях расхода), регулируя мощность электропривода в зависимости от реального водопотребления (эффект экономии 20-50 %);
снизить расход воды, за счёт сокращения утечек при превышении давления в магистрали, когда расход водопотребления в действительности мал (в среднем на 5 %);
уменьшить расходы (основной экономический эффект) на аварийные ремонты оборудования (всей инфраструктуры подачи воды за счет резкого уменьшения числа аварийных ситуаций, вызванных в частности гидравлическим ударом, который нередко случается в случае использования нерегулируемого электропривода (доказано, что ресурс службы оборудования повышается минимум в 1,5 раза);
достичь определённой экономии тепла в системах горячего водоснабжения за счёт снижения потерь воды, несущей тепло;
увеличить напор выше обычного в случае необходимости;
комплексно автоматизировать систему водоснабжения, тем самым снижая фонд заработной платы обслуживающего и дежурного персонала, и исключить влияние «человеческого фактора» на работу системы, что тоже немаловажно.

Источник

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.

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.

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.

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
Диаметр обсадной трубы
, 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

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 установлены асинхронные двигатели. К ним ЧП подбирается по мощности, и лучше, если эта характеристика у преобразователя будет на порядок выше, чем у насоса.

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.

В статье расскажем о том, как организовать автоматическое водоснабжение с помощью преобразователя частоты . Рассмотрим выбор преобразователя, составление системы автоматики, дополнительные возможности по контролю, управлению и защите асинхронного двигателя насоса.

Добиться эффективного водоснабжения и при этом обеспечить максимальную защиту двигателя насоса можно только с применением специализированной преобразовательной техники, выполненной на базе автономного инвертора напряжения. Данное решение позволяет организовать автоматизацию бесперебойной подачи воды, используемой как для собственных нужд, так и промышленных потребностей.

В независимости от того для каких целей используется насос (скважинный, перекачной, самовсасывающий и т. д.), практически все использующиеся в них двигатели можно разделить на два типа — однофазные и трехфазные асинхронные двигатели. Именно в зависимости от использованного в насосе приводного двигателя производится выбор требующегося преобразователя.

Что представляет из себя преобразователь

Это электрический блок, который преобразует электроэнергию сети в соответствии с поступающим заданием и выдающий на двигатель регулируемое напряжение в пределах от 0 до 220 В или от 0 до 380 В с частотой от 0 до 120 и более Гц. Внутри преобразователя находится:

Неуправляемый или полууправляемый мост Ларионова, обеспечивающий выпрямление сетевого напряжение, построенный на полупроводниковой базе из диодов или тиристоров.
Конденсаторное звено, сглаживающее полученное напряжение.
Ключ для сброса рекупирируемого при торможении напряжения.
Автономный инвертор напряжения на базе IGBT ключей, обеспечивающий получение переменного напряжения заданной величины и частоты.
Микропроцессорная система управления, отвечающая за выполнение всех операций в преобразователе и защиту двигателя.

Типичная структура трехфазного преобразователя частоты, выполненного на базе автономного инвертора напряжения

Критерии выбора преобразователя

Первое, что нужно учитывать — это соответствие преобразователя типу питающей сети (220 В или 380 В). Второе — соответствие мощности преобразователя мощности двигателя, при этом желательно иметь небольшой запас по номинальной мощности у приобретаемого преобразователя (в среднем на 20-50%), что позволит гарантировать работу при необходимости частого включения-выключения системы, а также в различных нештатных ситуациях.

Для удобства наладки преобразователь должен иметь экран управления. Большинство современных преобразователей уже в базовой комплектации имеют встроенные блоки обработки дискретных и аналоговых сигналов, что в дальнейшем позволит построить на его базе систему малой автоматизации, если их нет — нужно их заказать.

Один из возможных вариантов конструктивного исполнения клемм, использующихся для подключения дискретных и аналоговых сигналов к преобразователю

Основное, что должен обеспечивать насос — это поддержание в системе заданной величины давления при постоянно изменяющемся расходе подаваемой воды. При этом незначительное снижение скорости вращения нагнетающей части насоса, выполненное преобразователем, поскольку насос работает с «вентиляторным» типом нагрузки, приводит к более весомому снижению необходимого вращающего электромагнитного момента и как следствие — уменьшению затрат на электроэнергию.

Дополнительное обоудование для организации автоматической подачи воды

Аналоговый датчик давления.
Кнопки запуска-остановки системы.
Датчик температуры воды (для глубинных насосов).
Входные быстродействующие предохранители.
Выходной контактор.
Входной и выходной дроссель (на малых мощностях можно не устанавливать).

Кнопки «Пуск» и «Стоп» подключаются к дискретным входам преобразователя и в процессе наладки программно приобретают необходимые свойства. Аналоговый датчик давления подключается к соответствующему аналоговому входу на панели преобразователя и параметрируется для задания скорости вращения двигателя насоса.

Как работает автоматика

После нажатия кнопки «Пуск» преобразователь автоматически включает выходной контактор и в соответствии с показаниями датчика давления запускает двигатель насоса. После чего плавно доводит его скорость до необходимой для поддержания заданного давления.

В случае детектирования преобразователем аварийной ситуации или при нажатии кнопки «Стоп», преобразователь с требующейся в зависимости от ситуации интенсивностью снижает скорость вращения двигателя до минимума и отключает контактор.

Датчик температуры воды для скважинных насосов необходим для косвенного контроля температуры насоса, поскольку использование преобразователя снижает величину протока воды и, как следствие, ухудшает охлаждение. Данным контролем можно пренебречь, если температура воды гарантированно не повышается выше 15-16 градусов Цельсия.

При наличии в двигателе встроенного датчика температуры его стоит подключить к соответствующему входу на преобразователе, это гарантирует 100% защиту двигателя от перегрева в процессе работы.

Что нужно знать при сборке схемы и наладке преобразователя

Необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией на насос и преобразователь. При настройке системы в преобразователь нужно будет записать информацию по номинальной скорости двигателя, его мощности, номинальному току, напряжению и частоте питающей сети, оптимальному времени разгона и торможения, допустимой перегрузке двигателя при запуске и во время работы.

Потребуется задать функции аналоговых и дискретных входов и выхода для управления контактором. После этого выбрать закон управления, в данной системе — U/F или векторное управление. После чего потребуется включить автоматическую парамитризацию, в ходе которой преобразователь сам определит сопротивление обмоток двигателя, рассчитает все необходимые для создания его математической модели параметры.

Все необходимые настройки в современные цифровые преобразователи можно внести с помощью панели управления с жидкокристаллическим индикатором. Ряд моделей преобразователей поставляются со специальным программным обеспечением, установив которое на персональный компьютер, можно через USB или COM порт связаться с системой управления.

Панель управления преобразователем

Важно правильно подключить все составляющие системы автоматики и двигатель. В большинстве преобразователей имеется встроенный источник питания 24 В, который можно использовать при составлении схемы и создании индикации работы системы с помощью дискретных выходов и светодиодных ламп.

Плюсы использования системы преобразователь — двигатель насоса

При правильно выполненной настройке преобразователя он контролирует давление в системе водообеспечения и защищает ее от превышения заданного давления.

Преобразователь сам включает двигатель насоса и вращает его с той скоростью, при которой в соответствии с потреблением воды поддерживается требуемое давление, обычно эта скорость ниже номинальной, благодаря чему достигается экономия электроэнергии. Разгон двигателя проходит за указанное при наладке время (по так называемой рампе), данная опция позволяет не только снизить пусковой ток в системе и, как следствие, перегрузку двигателя, но и минимизировать нагрузку на механическую часть, благодаря чему продлевается срок эксплуатации насоса и снижается перерасход электроэнергии.

Только с помощью преобразователя можно эффективно использовать насосы с трехфазным асинхронным двигателем при питании от бытовой электросети 220 В.

Встроенные в преобразователь защиты постоянно контролируют потребляемый двигателем ток, его скорость вращения, температуру, что позволяет защитить от короткого замыкания, обрыва питающей фазы, заклинивания механической части, перегрузки и перегрева.

В корзине пока пусто

Первые насосы появились ещё в античные времена. В наши дни это, пожалуй, самое распространенное устройство, которое применяется практически повсеместно. Поверните рукоятку крана, из него потечет вода, которую подает насос. В каждом автомобиле работают несколько насосов для масла, топлива, воды, охлаждающей жидкости. Велосипедист не отправится в путь, не накачав насосом шины. При изготовлении электронной лампы из нее, выкачивают воздух. Насосы накачивают, выкачивают, откачивают и перекачивают воздух, воду, нефть, молоко, бензин и даже цемент. От водопровода до ракеты, от вентилятора до атомной станции — таков диапазон применения насосов.

Но сам по себе насос работать не может. Для приведения его в действие нужен электродвигатель и устройство регулирования давления/разрежения. Самым известным и распространенным способом регулирования в насосной системе является дросселирование, когда двигатель работает на полных оборотах, а регулирование давления в системе осуществляется с помощью запорной арматуры (задвижек, вентилей, отводов, шаровых кранов и т.д.). Если проводить параллели с управлением автомобилем, то дросселирование выглядит примерно так: водитель, нажав до упора педаль газа, регулирует скорость движения педалью тормоза.

Более рационально и эффективно управлять насосами позволяют частотные преобразователи, с помощью которых на двигатель подается необходимое количество энергии для создания и поддержания необходимого уровня давления/разрежения в системе, например в трубопроводе. При этом достигается до 30% экономии потребления энергии, а если учесть, что в течение срока службы двигатель расходует электроэнергии на сумму, намного превосходящую его стоимость, то это показатель оказывается чрезвычайно актуальным. К примеру, в течение года работы по 8 часов в день двигатель мощностью 11 кВт израсходует электроэнергии на сумму около 85 тыс. руб. Частотный преобразователь при таких параметрах работы окупится в течение года, и в дальнейшем будет приносить предприятию прибыль.

Рассмотрим описанные выше методы регулирования давления в насосной системе более подробно.

Мощность насоса для конкретной системы всегда рассчитывается по уровню максимально потребления, то есть с определённым запасом. На рис.1 продемонстрирована типовая схема вычисления необходимой мощности насоса. Голубой линией показана «кривая насоса» — подающая часть системы водоснабжения, которая отражает зависимость давления нагнетания от величины расхода жидкости (протока). Красная линия — это «кривая системы» — потребляющая часть водоснабжения, так же отображающая взаимозависимость расхода и давления жидкости, но в зеркальном отображении. Пересечение этих кривых является точкой оптимума, когда насос обеспечивает необходимый проток и требуемый уровень давления.

Но фактически в таком режиме система работает крайне редко, лишь в моменты пикового потребления. В остальное время расчётная мощность насоса оказывается чрезмерной, и тогда в системах без регулирования или с применением дросселирования происходит следующее: при снижении расхода насос создаёт избыточное давление, на создание которого расходуется дополнительная энергия. На рис.2 это наглядно показано.

Применение частотных преобразователей, за счёт снижения оборотов двигателя и как следствие подаваемой мощности позволяет изменить «кривую насоса» адаптировав её под «кривую системы»

Управление насосами систем водоснабжения

Как известно, расход воды на хозяйственные и бытовые нужды очень сильно колеблется в течение суток, во время выходных и праздников. Множество людей принимают душ, стирают, моют посуду одновременно в определённые часы суток и почти не пользуются водой в другое время, например, ночью. Это создает условия для возникновения таких проблем, как плохой напор воды в утренние и вечерние часы, значительные суточные колебания давления в системе водоснабжения и, как следствие, ускоренный износ труб и запорной арматуры.

К счастью, сегодня стабилизация давления не является такой уж сложной задачей. Сегодня уже более актуален вопрос повышения общей эффективности управления системами водоснабжения, то есть достижение максимальных результатов при минимальном энергопотреблении и незначительных капиталовложениях в модернизацию оборудования. Использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на насосных станциях позволяет блестяще справиться с этой задачей. Статистика показывает, что ЧРП способен снизить потребление энергии на насосных станциях от 30 до 50%, а срок их окупаемости составляет от одного до полутора лет.

Такая экономия достигается за счет того, что частотный преобразователь способен изменять частоту вращения электродвигателя плавно в широком диапазоне. Фактически, это обозначает, что электродвигатель насоса всегда будет потреблять ровно столько энергии, сколько необходимо для поддержания стабильного давления вне зависимости от текущего потребления системы водоснабжения в данный конкретный момент. Плавные пуск, останов и изменение частоты вращения двигателя позволяет также избежать гидравлических ударов в трубопроводах, сокращая потери воды и увеличивая срок безаварийной эксплуатации насоса, трубопровода, запорно-регулирующей арматуры и измерительных приборов.

Выбор частотного преобразователя для насосов

Компания Rockwell Automation предлагает частотные преобразователи для решения самых разнообразных задач управления насосами: от управления одиночными маломощными насосами, до каскадного управления группой насосов с автозаменой. Преобразователи PowerFlex могут питаться как от однофазной, так и трехфазной сети.

Однофазные преобразователи, используя одну фазу 220В, формируют на выходе трёхфазное синусоидальное напряжение для эффективного управления трехфазными двигателями без потери мощности и без применения фазосдвигающих цепей, конденсаторов. Такое решение предлагается для преобразователей , в диапазоне мощностей от 0,2 до 2,2 кВт.

Трёхфазные преобразователи способны работать в более широком диапазоне мощностей (от 0,2 до 250 кВт), ассортимент таких преобразователей дополнен моделями PowerFlex 40P и PowerFlex 400.

Для решения самых простых задач управления маломощными насосами доступны преобразователи PowerFlex 4, PowerFlex 4М, PowerFlex 40 и . Они позволят выполнять плавный пуск и останов, управление режимами разгона/торможения, защиту от «сухого хода», энергосбережение и т.д. Кроме того, PowerFlex 40 и 40P, помимо скалярного (U/f, вольт-частотного) имеют режим бездатчикового векторного управления двигателем. Такой режим отличается повышенной точностью управления и позволяет получить высокий крутящий момент двигателя на пониженных скоростях вращения. Приводы отличаются малыми габаритами, могут монтироваться с нулевыми зазорами, вплотную друг к другу и предлагаются в исполнении для работы от однофазной и трехфазной сети.

Для решения более сложных задач (автоматическое подержание давления, каскадное управление, управление заслонкой и т.п.) рекомендуется использовать преобразователи PowerFlex 400. Частотные преобразователи этой серии имеют встроенный контур ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование). Контур ПИД используется для поддержания обратной связи процесса, например давления, потока или натяжения, в соответствии с заданным значением. А такие дополнительные встроенные функции как каскадное управление тремя дополнительными двигателями и управления заслонкой в ряде случаев позволяют использовать без управляющего контроллера.

Встроенная функция управления дополнительными двигателями позволяет запустить до трех двигателей с непосредственным пуском в дополнение к тому двигателю, работа которого управляется напрямую приводом PowerFlex 400. Выход системы может изменяться от 0% до 400%. Функция автоматической замены распределяет нагрузку между двигателями путем периодической замены управляемого приводом двигателя дополнительными двигателями.

Встроенная логическая схема управления заслонкой, позволяет сэкономить на внешнем управляющем аппаратном и программном обеспечении. При подаче команда запуска привод формирует команду открытия/закрытия заслонки и контролирует поступление сигнала готовности. Когда заслонка находится в правильном положении, производится безопасный запуск привода.

Узнать более подробно о характеристиках рассмотренных выше приводов можно здесь:

Видео в этой статье поможет вам сделать это своими руками.

Достоинства автоматического водоснабжения

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

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.

Функциональность и подбор частотного преобразователя

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!

Подбор насоса для скважины

Расчёт строится на таких данных:

Глубина и
Диаметр обсадной трубы
, 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

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.

Подбор преобразователя

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

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.

Автоматизация водонапорного оборудования увеличивает бесперебойность, надежность снабжения водой, снижает затраты производства, расходы эксплуатации, величину объема резервуаров регулирования водоснабжения.

Для автоматической подачи воды кроме общего оборудования, такого как пускатели, реле, используется специальная аппаратура: контрольные реле уровня, заливки, датчики, поплавковые реле и другие.

Автоматизация водоснабжения

Работа насосов автоматизируется путем управления электронасосами погружного типа по уровню наполнения, давлению.

На рисунке изображена схема автоматизации – помпы 1, электрических соединений. Автоматизация проводится путем монтажа реле уровня. Работа ключа управления состоит из авто- и ручного режимов.

На этом рисунке видна схема автоуправления насосом по водяному уровню, находящемуся в баке водонапора. Она выполнена элементами релейного вида. Выключатель SA1 задает режим автоматизации. При включении в состояние «А» и включении автомата QF поступает напряжение. При положении воды менее отметки датчика, клеммы по схеме разомкнуты. На реле КV1 ток не поступает, контакты пускателя включены. Пускатель подключает двигатель насоса, отключается лампа сигнала НL1 и светится лампа НL2. Помпа подает воду.

Когда вода наполняется и закрывает промежуток срабатывания датчика, то цепь SL2 замыкается. Реле КV1 не подключается, последовательные контакты разомкнуты. При достижении воды до верха, цепь замыкается, а реле КV1 подключается. При этом реле, расцепив контакты обмотки пускателя, выключает контактор, замкнув контакты, остается на питании по цепи датчика. Электромотор помпы отключается, гаснет лампа сигнала НL2 и начинает светиться лампа НL1. Двигатель запустится снова, когда уровень понизится до размыкания цепи, отключится реле КV1.

Насос подключится при любом режиме, если датчик контроля уровня замкнулся. Главной отрицательной стороной такого управления стало то, что зимой электроды датчиков замерзают, насос не отключается, вода в баке переливается, разрушается башня из-за образования льда на воде.

Если управлять по давлению, то манометр устанавливают на трубе напора насосной станции. Это делает легким техосмотр датчиков, не допускает их замерзание.

Если вода отсутствует, то манометр замкнут, а концевой выключатель верхнего предела разъединен. Реле срабатывает, клеммы замыкаются, пускатель включается и запускает насос, который качает воду. Поднимается давление до тех пор, пока не замкнется манометр, который настроен до отметки верхнего уровня.

При расходе воды давление уменьшается, размыкает контакты, насос не включается, на реле нет напряжения. Насос включится, когда уровень уменьшится до критического. Цепи управления запитаны от пониженного напряжения 12 вольт от трансформатора. Это снижает опасность поражения током при обслуживании схемы.

Для ремонта насоса при поломке служит выключатель. Он при необходимости замыкает клеммы и пускатель снова соединяется с сетью питания. В разрыв управляющей цепи установлен контакт, размыкающийся когда нет фазы, катушка КМ разъединяется и помпа выключается до окончания ремонта. Силовые цепи защищены от замыканий автоматом.

Преобразователь частоты и водоснабжение

На схеме изображен процесс автоматизации погружного насоса, с обратным клапаном, расходомером. Управление работой водоснабжения выполняется по следующему сценарию. Если насос выключен, а давление снижается до минимального значения, датчик сигнализирует на запуск насоса. Привод запускается медленным повышением частоты тока мотора. Когда обороты привода насоса достигают необходимого значения, помпа выходит на нормальный режим. Частотник программируется для создания необходимого ускорения помпы. Использование привода насосов с регулированием дает возможность создать водоснабжение с прямотоком, с автоподдержанием давления.

Управляющий блок для плавной работы двигателя, датчик давления воды, дополнительные элементы.

Функции, обеспечиваемые блоком управления и частотником:

Плавный разгон и замедление насоса.
Автоуправление.
Блокировку сухого хода.
Автоотключение насоса при отсутствии одной фазы, малом напряжении, аварийной ситуации.
Блокировка от чрезмерного напряжения на частотнике.
Сигнализация об аварии, работе насоса.
Поддержание рабочей температуры в холодное время.

Автоматизация насоса с разгоном и автоподдержкой давления

Мотор . При нажатии кнопки «пуск» реле срабатывает, подключает частотник, дает возможность плавной работы по заданной программе. В аварийном положении частотника или мотора цепь замыкается, включает реле, которое отключает выход частотника. Снова включить схему защита позволит только при устранении поломки и нажатии сброса блокировки.

Датчик давления соединен с входом частотника, создавая обратную связь в уравновешивании давления. Работа стабилизации контролируется регулятором частотника. Нужное давление устанавливается потенциометром с помощью пульта частотника. При аварии горят индикаторные лампы. Шкаф с устройством управления подогревается специальными нагревателями, которые включаются от термореле. От коротких замыканий защищает автоматический выключатель.

Автоматизация водоснабжения считается в техническом развитии важнейшим аспектом. Это нашло свою актуальность не только на крупных станциях водоснабжения. Насосы с приборами автоматики создают комфортную работу отдельных водопроводов. Для организации такого водопровода необходимо рассчитать скважинный насос, подобрать по результатам расчета преобразователь частоты.

Пример работы частотника на демонстрационном стенде

Во всем мире пользуются для управления насосами достаточно давно. К сожалению, в России такая техника пока не прижилась. Расскажем, в чем прелесть этих маленьких незамысловатых коробочек, и какой огромный плюс они дают потребителю при их использовании в системе частного водоснабжения.

Что такое частотный преобразователь? Как правило, владельцы домов и коттеджей используют в своих системах водоснабжения погружные скважинные насосы. осуществляется при помощи реле давления и гидроаккумуляторов различной емкости.

Реле давления имеет два порога: верхний и нижний. При таком устройстве системы водоснабжения в момент, когда насос включается, давление падает очень сильно и потребителю это некомфортно. Он испытывает дискомфорт, потому что давление меняется. Особенно это чувствуется при приеме душа. Владельцы коттеджей это прекрасно понимают, так как они уже сталкивались с этой проблемой. Те, кому только предстоит обустроить свою систему водоснабжения, эта информация окажет помощь в представлении ожидаемого эффекта.

Как улучшить комфорт, чтобы давление в системе было постоянным? Есть решение этой проблемы. Это применение частотного преобразователя. Многие компании осуществляют поставку частотников фирмы Italtecnica. Этот концерн выпускает частотные преобразователи с монофазными насосами серии . Эти частотные преобразователи могут управлять монофазными насосами мощностью до 1,5 киловатт.

Функциональность преобразователя

Как работают преобразователи? Они изменяют частоту в сети. Частота сети в России 50 герц. SIRIO меняет частоту с 25 до 50 герц в зависимости от потребления воды. Чем больше потребляется воды, тем быстрее крутится двигатель. Чем меньше потребление воды, тем частота тока в сети меньше и двигатель замедляется, при этом потребляя меньше энергии.

На стенде смонтирована система водоснабжения с погружным скважинным насосом, частотным преобразователем и гидроаккумулятором на 5 литров. Прелесть частотных преобразователей заключается в том, что им не требуется большой гидроаккумулятор для работы. Достаточно маленького гидроаккумулятора, даже при производительности насоса 4 м 3 в час. В данном случае гидроаккумулятор не служит как накопитель, он только гасит гидроудары. Эти гидроудары очень незначительны, потому что . В момент, когда стартует насос, он подает на него частоту всего 25 герц, поэтому насос запускается очень медленно, при этом потребляет мало энергии.

В данном случае на стенде имитирована система водоснабжения из четырех кранов. Преобразователь частоты запрограммирован таким образом, что он будет поддерживать постоянно 3 атмосферы в системе водоснабжения, независимо от того, один кран открыт или четыре. При открытии крана с водой насос начинает запускаться. Происходит это плавно, в течение нескольких секунд. Насос начинает набирать обороты, которые достаточно на низком уровне. Если мы открываем остальные краны, насос начинает увеличивать свои обороты, частота сети будет меняться в сторону увеличения для того, чтобы компенсировать потерю давления на нескольких кранах.

Потребление в этом случае будет очень комфортным. Давление не будет изменяться независимо от того, сколько кранов открыто. При закрытии кранов частота вращения на двигателе начинает падать, но давление при этом останется неизменным. В нашем случае запрограммировано давление на 3 атмосферы. Независимо сколько кранов открыто это давление будет постоянным. Закрываем все краны, и видим, что происходит отключение насоса, замедление вращения двигателя. Через несколько секунд насос выключается, набрав 3 атмосферы.

Достоинства частотных преобразователей в системе водоснабжения

Плюсов несколько:

Не нужен большой гидроаккумулятор. Это экономия пространства и денежных средств.
Частотный комфортным. Вы получаете постоянное давление в системе независимо от того, сколько кранов вы открыли. Бывает так, что на первом этаже открыли душ, на втором срабатывает стиральная машина. При этом человека обдает кипятком, либо холодной водой, так как разность горячей и холодной воды обуславливается разностью давления в 0,5 атмосферы. Это чувствительно при приеме душа. В нашем случае это не зависимо, сколько человек пользуется водой, давление в системе остается постоянным.
Экономия электроэнергии. Это также очень важно. Преобразователь частоты стоит не дешево, но экономия от его использования окупается через два года.
Преобразователь защищает насос. Если в системе закончится вода, то преобразователь отключится, тем самым предотвратит сгорание насоса. Если в насосе заклинят рабочие колеса, он также выключится. Если в системе есть утечки, он будет несколько раз перезапускаться, потом отключится, так как наличие утечек может повредить насос. В частотнике предусмотрена защита от перенапряжения. Если напряжение высокое, он просто не запустится. При очень низком напряжении преобразователь тоже не запустит насос, так как двигатель может выйти из строя. Также частотник имеет защиту по току. Часто бывает, что на вал двигателя могут намотаться посторонние предметы, или попасть песок, который будет подклинивать рабочие колеса. В этом случае ток в обмотке двигателя будет расти, но тепловая защита еще не сработает, частотник также отключит насос, чтобы можно было провести чистку насоса. Обычные средства защиты не спасают от повышенного тока, потому что тепловая защита рассчитана на максимальный ток. А когда номинальный ток повышается на 20%, это незаметно, но происходит медленное убивание мотора насоса. Повышенный ток приводит к расслоению обмоток двигателя, лака на них, постепенно обмотка сгорает. Потребитель заметит этот процесс только через 2-3 месяца.

Частотник обладает большим комфортом. Его использование в частном доме позволяет получить полноценный водопровод с постоянным давлением. Занимает малые габариты, экономит электроэнергию. Это немаловажно, так как насосы обычно имеют большую мощность, 1,5 – 2 кВт. На преобразователи дается гарантия от 1 до 2-х лет заводом производителем.

Как подобрать частотный преобразователь

Технические данные должны сочетаться с мощностью и типом мотора насоса, с которым он будет работать. Нужно учесть нужный интервал регулировки, точность настраивания и поддержки момента вращения на двигателе.

Особенность конструкции инвертора, его габариты, управление, конфигурация также оказывают влияние на выбор. Чаще в скважинах монтируют асинхронные моторы. Частотник к нему выбирается исходя из мощности, чтобы ее величина была больше, чем у двигателя.

Если в сети два насоса, то лучше выбрать частотник с векторным управлением, дающим возможность поддерживать обороты мотора при изменяющихся нагрузках, функционировать без понижения оборотов. Такие устройства точнее контролируют момент двигателя и скорость работы.

Частотники разделяются на классы по напряжению: для бытовых нужд на 220 В, промышленные до 500 В, высоковольтные до 6000 В. А также устройства имеют разную степень защиты, тип управления. Крупные производители выпускают инверторные блоки насосов. В них частотники привязаны к моделям насосов, даются рекомендации по использованию. Потребителю не нужно задумываться о выборе, консультант разъяснит все особенности применения.

На видео — погружной насос.

Источник

Насосов необходимы для регулировки мощности двигателей. В результате давление в системе поддерживается на должном уровне. Качественные преобразователи способны экономить большое количество электроэнергии. И это следует учитывать. При этом насосы могут использоваться самые разнообразные. Наиболее распространенными считаются системы для подачи воды в дом. Также преобразователи необходимы для циркуляционных насосов. Дополнительно они могут устанавливаться в фонтанах и аквариумах.

Особенности преобразователей

Отличительной чертой всех преобразователей для насосов является их простота. При этом они не нуждаются в каком-либо обслуживании и работают абсолютно автоматически. Дополнительно есть возможность контролировать их через персональный компьютер. Также можно устанавливать индивидуальные графики работы устройства. При этом коэффициент полезного действия у них составляет около 90 %. Еще следует знать, что для насосов с преобразователями не нужен расширительный бак. Таким образом, давление всегда поддерживается на оптимальном уровне.

Какие характеристики есть у преобразователей?

Важными характеристиками преобразователей считается входное напряжение, а также мощность. Дополнительно производителем всегда указывается тип управления. На сегодняшний день различают скалярное и векторное регулирование устройства. Параметр номинального тока зависит от мощности модели. Еще можно выделить показатель выходной частоты. Обычно он указывается в диапазоне от 0.1 до 600 Гц. Перегрузочная способность же вычисляется в процентах. Степень защиты корпуса преобразователя обозначается специальной маркировкой. Рабочая температура устройства производителем также в обязательном порядке указывается. Помимо прочего, следует выделить параметр времени разгона, а также торможения.

Отзывы о преобразователях «Данфосс 2800»

Частотный преобразователь Danfoss довольно прост в обслуживании, а также эксплуатации. При этом допускается плотная установка оборудования. Во многом это связано с надежной системой охлаждения. Для контроля уровня давления в устройстве предусмотрены специальные датчики. Отдельно стоит упомянуть о качественном ПИД-регуляторе. Входное составляет 220 В, а мощность равняется 0.2 кВт.

Выходная частота колеблется в районе от 0.1 до 600 Гц. Управление частотным преобразователем осуществляется векторным способом. Полное время разгона занимает в среднем 30 сек. Степень защиты корпуса — класса «ИП20». Габариты у данного агрегат следующие: высота — 174 мм, ширина — 73 мм, а глубина — 135 мм. Стоит частотный преобразователь Danfoss 2800 примерно 11 тыс. руб.

Модель INVT GD10: характеристики и отзывы

Многие покупатели по достоинству оценили эти частотные преобразователи для насосов за большое количество дискретных входов. Помимо прочего следует выделить наличие релейного выхода. Использоваться данный преобразователь может при температуре от -10 до +50 градусов. Производителем предусмотрен ПИД-регулятор встроенного типа.

Также многие с положительной стороны оценили многофункциональную клавиатуру. С ее помощью можно быстро получить доступ абсолютно ко всем параметрам. Входное напряжение данного устройства Номинальная мощность двигателя составляет 0.2 кВт, а частота колеблется в районе от 0 до 400 Гц. Параметр номинального тока равняется 1.6 А. Степень защиты корпуса — класса «ИП20». Перегрузочная способность данного преобразователя составляет 150 %. Обойдется эта модель покупателю в 12 тыс. руб.

Преобразователь «Веспер Е3-8100»

Частотный преобразователь «Веспер Е3-8100» способен похвастаться своими скромными размерами. Помимо прочего у него имеются специальные коммуникационные адаптеры, которые предназначены для сети. Также следует отметить удобный опциональный пульт. Он оснащен современным программным обеспечением. Печатные платы устройства для защиты покрыты лаком.

Плотная установка приборов производителем допускается. Тип управления в этом преобразователе векторный. Номинальная мощность устройства равняется 0.75 кВт, а выходное напряжение составляет 22 В. Выходная частота прибора колеблется в районе 200 Гц. Полное время разгона составляет 30 сек., а торможения — 50 сек. Степень защиты корпуса установлена класса «ИП20». Эксплуатироваться агрегат может при температуре от -10 до +50 градусов. Стоит частотный преобразователь «Веспер Е3-8100» 13 тыс. руб.

Параметры преобразователя INVT GD15

Регулирование напряжения в данном преобразователе происходит в автоматическом режиме. Всего имеется пять дискретных входов. ПИД-регулятор установлен встроенного типа. Также производителем обеспечена поддержка всех стандартных программ. Клавиатура имеется многофункциональная и обеспечивает быстрый доступ к системе. Отдельно стоит упомянуть о фильтре ЕМС, который встроен в корпус. Данный однофазный преобразователь управление имеет скалярного типа.

Входное напряжение устройства колеблется от 205 до 235 В, а мощность двигателя составляет 0.4 кВт. Выходная частота находится на отметке 300 Гц. В свою очередь, показатель номинального тока равен 2.5 А. В течении 10 сек. перегрузочная способность преобразователя составляет 180 %. Габариты эта модель имеет следующие: высота — 140 мм, ширина — 80 мм, а глубина — 134 мм. Обойдется данный прибор покупателю в 14 тыс. руб.

Отзывы о модели INVT GD20

Эти частотные преобразователи для насосов пользуются большим спросом и имеют хорошую систему защиты. Аналоговые входы и выходы производителем предусмотрены. Также следует отметить встроенный порт С485 с поддержкой многих стандартных программ. Тормозной модуль установлен встроенного типа. ЕМС-фильтр имеется класса С2. Система защиты преобразователя довольно успешно справляется с разного рода помехами.

В случае необходимости пульт в устройстве можно легко отсоединить. Габариты преобразователя довольно компактные и при этом масса его составляет только 1.5 кг. Номинальная мощность агрегата находится на уровне 0.7 кВт, а частота колеблется в районе 200 Гц. Параметр номинального тока равняется 4.2 А. Использоваться прибор может при температуре от -10 до +40 градусов. Отдельно стоит упомянуть о хорошей перегрузочной способности. Тип управления, в свою очередь, имеется скалярного типа. Стоит данный частотный преобразователь (цена рыночная) примерно 12 тыс. руб.

Мнение покупателей об устройстве «Хундаи 700Е»

От прочих устройств данный частотный преобразователь Hyundai отличается качественным ПИД-регулятором. При этом тормозной модуль установлен встроенного типа. Панель управления довольно удобная и оснащена потенциометром для контроля частоты вращения. Подходит данная модель не только для насосов, но и для вентиляторов. Помимо прочего ее часто устанавливают на различные конвейеры. Фильтр ЕМС имеется встроенного типа.

Приводы для этой модели подходят от разных производителей, и это очень удобно. Устанавливается устройство довольно просто и в обслуживании комфортное. Для ввода в эксплуатацию можно использовать «Флешдроп». Тип управления в этой модели классифицируется как скалярный. Входное напряжение прибора колеблется от 200 до 240 В. При этом рабочая мощность однофазного двигателя составляет 0.37 кВт. Отдельно следует упомянуть о широком диапазоне выходных частот. Параметр номинального тока находится на уровне 2.4 А, а перегрузочная способность составляет 150 %. Степень защиты в преобразователе установлена класса «ИП20». Высота данного агрегата составляет 202 мм, ширина — 75 мм, а глубина — 142 мм, при массе в 1.1 кг. Стоит частотный преобразователь Hyundai 700Е в специализированном магазине 12 тыс. руб.

Характеристики преобразователя «Шнидер АТ12»

Подключение частотного преобразователя «Шнидер АТ12» к циркуляционным насосам осуществляется довольно просто. Эта модель от прочих устройств отличается компактностью и повышенной производительностью. Помимо прочего следует отметить многофункциональность прибора. Большое внимание производители дополнительно уделили системе безопасности.

Параметр перегрузочной способности оставляет 150 %. Двигатель установлен однофазный, с мощностью 0.18 кВт. При этом параметр номинального тока равен 1.4 А. Полное время разгона занимает 20 сек., а торможения — 55 сек. Показатель выходной частоты в среднем находится на отметке 250 Гц. При этом максимум он может подниматься до 400 Гц. В свою очередь, входное напряжение преобразователя составляет 220 В. Стоит эта модель в магазине 14 тыс. руб.

Модель «Ловара Н3»

Частотные преобразователи для насосов «Ловара Н3» обладают приемлемыми характеристиками, но имеют один недостаток. Связан он с образованием конденсата. Во многом это зависит от незащищенных контактов. Возможность синхронной работы в этой модели предусмотрена. Также следует отметить многофункциональность устройства. Пуск и остановку двигателя можно делать дистанционно. Прием токовых сигналов осуществляется от 4 до 20 мА.

Температура окружающей среды должна быть от 5 до 40 градусов. В зависимости от давления в системе скорость двигателя контролируется в автоматическом режиме. Показатель подводимого напряжения находится на уровне 400 В. Номинальная мощность трехфазного двигателя равняется 3 кВт. Обойдется эта модель покупателю в 15 тыс. руб.

Преобразователь FC-051

Частотный преобразователь FC-051 активно используется для насосов и систем вентиляции. Отличается эта модель качественным блоком управления. Следует отметить и хороший интерфейс устройства. Подключать данный преобразователь к персональному компьютеру можно. Блокировка механического уплотнителя происходит в автоматическом режиме.

В случае необходимости пульт можно легко отсоединять. При этом запуск устройства можно производить с любого расстояния дистанционно. При повышенном давлении моментально срабатывает защитная система и блокирует двигатель. Также она уберегает систему от различных скачков напряжения. Индикация в этой модели предусмотрена светодиодная. При этом на панели управления имеются только самые необходимые показатели. Уровень шума электродвигателя находится в пределах нормы. Во многом это было достигнуто за счет качественного вариатора, который выдает стабильную частоту на уровне 8 кГц.

Для охлаждения всего преобразователя есть мощный вентилятор. Установлен он у основания рамы и надежно закреплен. При этом устройство может эксплуатироваться продолжительное время и не перегреваться. Дополнительно следует отметить, что система слежения постоянно контролирует внешнее давление. На центробежные насосы данная модель устанавливаться может. Датчик контроля максимум выдерживает выходной сигнал до 20 мА. Стоит данный частотный преобразователь (цена рыночная) примерно 16 тыс. руб.

Насосы, используемые в системах автономного водоснабжения и отопления, являются производительным, но при этом достаточно затратным в эксплуатационном плане оборудованием из-за высокого уровня энергопотребления. Уменьшить затраты и существенно продлить срок эксплуатации насоса можно укомплектовав его частотным преобразователем, о котором мы поговорим в данной статье.

Вы узнаете, зачем нужен и какие функции выполняет частотный преобразователь. Будет рассмотрен принцип работы таких устройство, их разновидности, технические характеристики и приведены рекомендации по выбору преобразователей для скважинных и циркуляционных насосов.

1
Зачем нужен частотный преобразователь?

Практически все современные насосы, реализующиеся в бюджетной и средней ценовой категории, спроектированы по принципу дросселирования. Электромотор таких агрегатов всегда работает на максимальной мощности, а изменение расхода/давления подачи жидкости осуществляется посредством регулировки запорной арматуры, которая меняет сечение пропускного отверстия.

Такой принцип работы имеет ряд существенных недостатков, он провоцирует появление гидравлических ударов, так как сразу же после включения насос начинает качать воду по трубам на максимальной мощности. Также проблемой является высокое энергопотребление и быстрый износ компонентов системы — как насоса, так и запорной арматуры с трубопроводом. Да и о точной настройке такой системы водоснабжения дома из скважины речи быть не может.

Вышеописанные недостатки несвойственны насосам, оснащенным частотным преобразователем. Данный элемент позволяет эффективно управлять давлением, создаваемым в трубопроводе водоснабжения либо отопления, с помощью изменения величины поступающей на мотор электроэнергии.

Как можно увидеть на схеме, насосное оборудование всегда рассчитывается по параметру предельной мощности, однако в режиме максимальной нагрузки насос работает лишь в периоды пикового потребления воды, что бывает крайне редко. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования является излишней. Частотный преобразователь, как показывает статистика, позволяет экономить до 30-40% электроэнергии при работе циркуляционных и скважинных насосов.

1.1
Устройство и алгоритм работы

Частотный преобразователь для насосов водоснабжения является электротехническим прибором, который преобразует постоянное напряжение электросети в переменное по предварительно заданной амплитуде и частоте. Практически все современные преобразователи выполнены по схеме двойного изменения тока. Такая конструкция состоит из 3-ех основных частей:

неуправляемый выпрямитель;
импульсный инвертор;
система управления.

Ключевым элементом конструкции является импульсный инвертор, который в свою очередь состоит из 5-8 ключей-транзисторов. К каждому из ключей подключается соответствующий элемент обмотки статора электромотора. В зарубежных преобразователях используются транзисторы класса IGBT, в российских — их отечественные аналоги.

Система управления представлена микропроцессором, который параллельно выполняет функции защиты (отключает насос при сильных колебаниях тока в электросети) и контроля. В скважинных насосах для воды управляющий элемент преобразователя подключается к реле давления, что позволяет функционировать насосной станции в полностью автоматическом режиме.

Алгоритм работы частотного преобразователя достаточно прост. Когда реле давления определяет, что уровень давления в гидробаке упал ниже допустимого минимума, передается сигнал на преобразователь и тот запускает электромотор насоса. Движок разгоняется плавно, что снижает воздействующие на систему гидравлические нагрузки. Современные преобразователи позволяют пользователю самостоятельно устанавливать время разгона электродвигателя в пределах 5-30 секунд.

В процессе разгона датчик сигнала непрерывно передает на преобразователь данные о уровне давления в трубопроводе. После того, как оно достигает требуемой величины, блок управления останавливает разгон и поддерживает заданную частоту оборотов мотора. Если подключенная к насосной станции точка водопотребления начнет расходовать больше воды, преобразователь увеличит давление подачи путем повышения производительности насоса, и наоборот.

1.2
Работа насоса в паре с частотным преобразователем (видео)

Если используемый вами насос не обладает встроенным частотным преобразователем, то приобрести и установить такой регулятор мощности можно самостоятельно. Как правило производители насосов в техническом паспорте указывают, какой конкретно преобразователь подойдет к данном модели оборудования.

Мощность — преобразователь напряжения всегда подбирается исходя из мощности электропривода, к которому он подключается.
Входное напряжения — указывает на силу тока, при которой преобразователь остается работоспособным. Тут необходимо выбирать с оглядкой на колебания, которые могут быть в вашей электросети (пониженное напряжение приводит к остановке прибора, при повышенном он может попросту выйти из строя). Также учитывайте тип двигателя насоса — трех, двух или однофазный.
Диапазон частот регулировки — для скважинных насосов оптимальным будет диапазон 200-600 Гц (зависит от изначальной мощности насоса), для циркуляционных 200-350 Гц.
Количество ходов и выходов управления — чем их больше, тем больше команд и, как следствие, режимов работы преобразователя в сможете настроить. Автоматика позволяет задать скорость оборотов при пуске, несколько режимов максимальных оборотов, темпы разгона и т.д.
Способ управления — для скважинной насосной станции удобнее всего будет выносное управление, которое можно расположить внутри дома, тогда как для циркуляционных насосов отлично подойдет преобразователь с пультом ДУ.

Если вы отсеяли все представленные на рынке приборы и столкнулись с тем, что подходящего по характеристикам оборудования попросту нет, необходимо сузить критерии выбора до ключевого фактора — потребляемого двигателем тока, по которому подбирается номинальная мощность преобразователя.

Также выбирая блок управления частотой, особенно от отечественных либо китайских производителей, учитывайте срок гарантийного обслуживания. По его продолжительности можно косвенно судить о надежности техники.

Пару слов о производителях. Ведущей компанией в данной сфере является фирма Grundfoss (Дания), которая поставляет на рынок свыше 15 различных моделей преобразователей. Так, для насосов с трехфазным электродвигателем подойдут модель Micro Drive FC101, для однофазных (работающих от стандартной электросети 220В) — FC51.

Более доступным в ценовом плане является оборудование компании Rockwell Automation (Германия). Фирма предлагаем линейку преобразователей PowerFlex 4 и 40 для маломощных циркуляционных насосов и серию PowerFlex 400 для скважинных насосных станций (от одного преобразователя могут работать сразу 3 параллельно подключенных насоса.

Учитывайте, что цена хорошего преобразователя подчас может доходить до стоимости насоса, поэтому подключение и настройка такого прибора должна выполняться исключительно специалистами.

Любое оборудование, необходимое для эффективной работы насоса на воду и не входящее в его стандартную комплектацию, называется дополнительным. Как правило, в стандартную комплектацию насосной станции входят следующие составляющие: погружной или поверхностный насос, манометр, шланг с нержавеющим покрытием, гидроаккумулятор, реле давления воды. К дополнительному оборудованию можно отнести такие вспомогательные изделия, как частотный преобразователь для скважинного насоса, стабилизаторы напряжения, источник бесперебойного питания (ИБП), второе его название преобразователь напряжения, различные датчики, блоки, реле управления и многое другое. В нашей статье мы рассмотрим назначение и особенности использования основного дополнительного оборудования для насосов.

Для любой насосной станции очень важна защита от работы «на сухую». Такое может случиться в условиях дефицита воды в источнике. В случае полного опустошения водозабора агрегат будет работать «на сухую». Это приведёт к перегреву рабочего колеса (крыльчатки) и других важных элементов рабочей камеры. В результате тепловой деформации детали может заклинить, и агрегат выйдет из строя. Чтобы этого не происходило, понадобится блок, защищающий агрегат от сухого хода. К таким блокам можно отнести разные детали:

электронные контроллеры;
поплавковый механизм;
электромеханический регулятор (реле).

Рассмотрим особенности устройства и использования некоторых из них.

Простой контроллер

Электронное реле имеет датчик протока, который позволяет определять наличие или отсутствие водного потока в трубах. Если регулятор показывает отсутствие воды в трубопроводе, то прибор отключает насосное оборудование. В продаже есть множество разновидностей контроллеров, отличающихся функциональностью и внешним видом. Наиболее простые из них укомплектованы только датчиком протока. Наиболее усовершенствованные модели могут объединять в себе функции контроля предельного давления для включения и отключения агрегата, а также защиты от работы «на сухую».

Для насосной станции стандартной комплектации с электромеханическим регулированием давления достаточно купить простой электронный контроллер. Такой блок будет защищать агрегат от сухого хода. Он устанавливается на подающем трубопроводе.

Если вы используете насосную станцию без гидроаккумулятора, то вам также понадобится блок управления, защищающий от работы «на сухую». Этот прибор обеспечит остановку насосного оборудования при закрытых точках водопотребления. Датчик протока сработает и в этом случае, ведь проток воды прекратиться с остановкой расхода из трубопровода.

Контроллер с дополнительными опциями

Такой усовершенствованный регулятор работы насосного оборудования может:

контролировать давление при помощи встроенного манометра;
устройство может пытаться автоматически перезапускать насос по истечении определённого промежутка времени;
задавать нижний порог давления для включения агрегата;
контролировать верхний и нижний порог давления (это универсальные блоки, объединяющие в себе регулятор давления и датчик протока).

Важно знать: в некоторых модификациях новых контроллеров пользователь может самостоятельно изменять верхний и нижний порог давления в заданных пределах.

Электромеханические приборы для защиты от работы «на сухую»

Электромеханические приборы управления обозначаются буквами LP3. Они также защищают агрегат от сухого хода. По своей сути, они являются теми же реле давления. Однако есть небольшие отличия:

такой блок работает только с небольшим давлением;
этот прибор при достижении нижнего предела давления отключает насос, а при верхнем пределе – включает, в то время как обычные реле делают наоборот;
прибор практически нечувствителен к скачкам напряжения;
его надёжность и долговечность намного выше;
цена данного агрегата в сравнении со стоимостью обычного реле ниже;
в случае остановки насоса из-за срабатывания защиты от работы «на сухую» блок управления не будет перезапускать насос, пользователю придётся делать это вручную.

Поплавковый механизм

Это прибор состоит из поплавка, внутри которого находится стальной шарик, и электрического кабеля. Когда вода набирается в прибор, поплавковый блок всплывает. В это время шарик оказывается в положении, когда он замыкает электрическую цепь. Это приводит к запуску и работе насосного оборудования. Если поплавковый блок опускается из-за снижения уровня воды, шарик изменяет своё положение и размыкает цепь, что приводит к отключению прибора.

Стабилизаторы напряжения

Внимание: при запуске насосного оборудования и без того низкое напряжение в загородной сети может упасть до минимума, что приведёт к выходу из строя бытовых электрических приборов. Всё дело в том, что в таких условиях приборы будут работать на предельной мощности для компенсации недостающего напряжения.

Помимо этого нехватка напряжения негативным образом скажется на двигателе насосного оборудования, а также на возможности агрегата обеспечивать достаточный напор воды. Чтобы такого не происходило, нужно приобрести стабилизатор напряжения для агрегатов, перекачивающих воду.

Чтобы правильно выбрать стабилизатор, необходимо учитывать следующие нюансы:

Нужно знать величину пусковых токов. Её можно узнать у производителя или рассчитать по формуле. Для начала определяем рабочий ток, разделив мощность двигателя на напряжение (220 В) и умножив на коэффициент мощности, равный 0,6-0,8. После этого поученное число умножим на 4 и получим искомую величину.
Стабилизатор напряжения должен иметь мощность, позволяющую подключить к нему не только насосное оборудование.
Выбирайте такой стабилизатор, модель которого адаптирована для работы с агрегатами, которые укомплектованы электродвигателем. Для этих нужд как нельзя лучше подходят стабилизаторы релейной разновидности, имеющие повышенную скорость стабилизации.
Для трёхфазных насосов подходят трёхфазные стабилизаторы, имеющие повышенную мощность.
Как правило, стабилизатор для насоса необходимо подбирать с трёхкратным превышением мощности.
Чем ниже показатель входного напряжения, тем больший запас мощности нужно дать на стабилизатор.
Прибор при работе лучше загружать на 80 %, а не на все 100. Это позволит увеличить срок службы прибора.

Разновидности стабилизирующих устройств:

тиристорные;
релейные;
электромеханические.

Выбор той или иной разновидности стабилизатора зависит от уровня напряжения в сети, расстояния, на котором установлен объект от трансформаторной подстанции, скачка напряжения на данной линии. Если резкие скачки и высокие показатели напряжения отсутствуют, можно выбрать электромеханический прибор, имеющий плавную регулировку. Для линий с сетевыми скачками подойдут релейные или тиристорные модели.

Частотный преобразователь для насоса

Для управления насосным оборудованием используются различные приборы:

Для отключения работающего насоса из-за изменений режима работы необходимо аварийное реле.
Чтобы выполнялось переключение цепей в требуемой последовательности, нужно промежуточное реле.
Как мы уже писали выше, для защиты от скачков напряжения понадобится реле напряжения.
Для отсчёта времени на выполнение определённой операции нужен таймер.
Для контроля давления в трубопроводе и управления автоматическими цепями пригодится электроконтактный манометр.
Чтобы измерять температуру подшипников и сальников, нужно термореле.
Датчики уровня подают сигнал на запуск или остановку агрегата вследствие изменения напора или уровня жидкости.
Вакуумное реле поддерживает заданный уровень разрежения в камере прибора или во входном трубопроводе.
Для контроля движения жидкости в трубах используется струйное реле.

Важно: частотный преобразователь особенно важен в системах с несколькими насосами.

Преимущества использования частотного преобразователя для управления насосом:

Осуществляется плавный пуск двигателя. Это способствует уменьшению воздействия механических нагрузок на насосное оборудование. Кроме этого снижение пусковых токов снижает вероятность риска гидроудара. Отсутствие гидроударов благоприятно сказывается на долговечности и целостности всего гидротехнического сооружения.
Благодаря этому ресурс насосного агрегата расходуется более экономично. Это позволят продлить срок службы оборудования.
Использование частотного преобразователя способствует экономии электроэнергии.

К недостаткам частотного преобразователя для управления насосным оборудованием можно отнести следующее:

Высокая цена прибора. Даже для покупки на насосы небольшой мощности стоимость такого преобразователя получится немаленькой.
Преобразователь для управления насосом можно использовать только в том случае, если длина кабеля не более 50 м.

Источники бесперебойного питания

Для обеспечения постоянного питания насосного оборудования используются специальные источники бесперебойного питания (ИБП), второе его название преобразователь напряжения. Принцип работы этого прибора основан на том, что при наличии тока в электросети он выполняет зарядку специальных аккумуляторов. При отключении электричества агрегат потребляет электроэнергию из аккумуляторов. При этом он преобразует постоянный ток (12 в), выдавая переменный (220 В).

Иными словами, если одни дополнительные приборы нужны для управления насосом, то преобразователь обеспечивает его бесперебойную работу в случае отключения электроэнергии. Этот прибор соединяется с аккумуляторными батареями и подключается в электрическую сеть.

Частотная синусоида в источниках бесперебойного питания для насосного оборудования необходима, поскольку без неё агрегаты будут издавать много шума и перегреваться. В результате тонкая обмотка может просто-напросто перегореть. Обычно мощность ИБП составляет 1000-2000 Вт. Этой мощности хватит не только для обеспечения работы насосного оборудования, но и для поддержания работоспособности котлов отопления, телевизора и освещения во всём доме.

В нашей статье мы рассмотрели самое необходимое дополнительное оборудование, которое нужно для облегчения управления насосом, повышения его эффективности, защиты от выхода из строя в случае изменения условий работы.

Видео в этой статье поможет вам сделать это своими руками.

Достоинства автоматического водоснабжения

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

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.

Функциональность и подбор частотного преобразователя

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!

Подбор насоса для скважины

Расчёт строится на таких данных:

Глубина и
Диаметр обсадной трубы
, 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

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.

Подбор преобразователя

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

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.

Использование частотных преобразователей для управления насосами является в настоящее время необходимостью, а не роскошью. Благодаря частотному регулированию имеется возможность снизить потребление электроэнергии в моменты сниженного водопотребления, а также избавить от избыточного давления в сети, что, зачастую, является причиной аварий. Благодаря использованию частотных преобразователей появилась возможность поддержать постоянное давление воды у потребителя.

Каким же образом происходит преобразование частоты применительно к насосам?

Возьмем насос, который работает от двухполюсного двигателя со скоростью вращения вала 2800 оборотов в минуту, при этом на выходе насоса мы получаем номинальный напор и производительность. Теперь, при помощи частотного преобразователя , мы понизим частоту, что повлечет за собой понижение скорости вращения двигателя, а значит, изменится производительность насоса. При помощи датчика, информация о давлении в системе поступит в блок преобразователя частоты, и следовательно, на основании данных от датчика, изменится частота, подаваемая на электродвигатель.

Какие преобразователи частоты можно применять на насосные агрегаты?

Существуют различные производители, предлагающие специализированные частотные преобразователи для насосов
, среди которых Vacon 100 Flow (новинка от финского производителя Vacon), INNOVERT VENT (Китай), и другие модели. Они отличаются компактностью, имеют удобный интерфейс и могут исполняться в различных степенях защиты (IP 21, IP 54, IP65). Самая высокая степень защиты- это IP 65, которая является влаго- и пылезащищенной, но при этом имеет более высокую цену.
Диапазон мощностей, в которых представлены преобразователи частоты, довольно широк: от 0,18 до 315 кВт и более, при питании 220 и 380В от сети 50-60Гц.

Применение частотных преобразователей для скважинных насосов

Для того, чтобы подобрать частотный преобразователь для скважинного насоса, необходимо учитывать глубину скважины. К примеру, при артезианской скважине более 100 м глубиной, необходимо использовать дроссели, которые позволяют увеличить износоустойчивость изоляции кабеля и уменьшить другие нежелательные эффекты.

Источник

Особенности преобразователей

Какие характеристики есть у преобразователей?

Отзывы о преобразователях «Данфосс 2800»

Модель INVT GD10: характеристики и отзывы

Преобразователь «Веспер Е3-8100»

Параметры преобразователя INVT GD15

Отзывы о модели INVT GD20

Мнение покупателей об устройстве «Хундаи 700Е»

Характеристики преобразователя «Шнидер АТ12»

Модель «Ловара Н3»

Преобразователь FC-051

Частотный преобразователь для скважинного насоса

Данный преобразователь (инвертор) предназначен для частотного регулирования скорости вращения ротора электродвигателя, а, следовательно, и рабочего колеса скважинного насоса.

Для этого входящий в инвертор трехфазный (напряжение 380 А, частота 50 Гц) или однофазный (напряжение 220В, частота 50Гц) ток преобразуется в трехфазный или однофазный ток, но с изменяющейся частотой и амплитудой. Преимущества применения частотного преобразователя для скважинного насоса
:

1.
Плавное включение электродвигателя, а значит и всего насоса. Его рабочее колесо плавно, постепенно будет набирать рабочие обороты. Поэтому резко снижаются пусковые токи (для мощных, более 10 кВт электродвигателей, пусковые токи могут в 5-6 раз превышать номинальные!), механические нагрузки на насос, исключается возможность гидроудара. Тем самым экономнее расходуется ресурс насоса, и он более длительный период может служить. Не забываем и про скважину, для которой гидроудары также не есть хорошо.
2.
Если скважинный насос
напрямую подает воду, минуя мембранный гидроаккумулятор
(например, при поливе) и при этом водоразбор меньше производительности насоса, то частотный преобразователь, уменьшив частоту вращения рабочего колеса, приведет в соответствие мощность насоса требуемому водоразбору. А уменьшение мощности, это уменьшение потребление электроэнергии.

Но наряду с достоинствами частотный преобразователь имеет и свои недостатки:

1.
Длина кабеля между преобразователем и двигателем не должна превышать 50 м. Собственная емкость кабеля (которая с длиной возрастает) приводит к появлению пиковых напряжения на клеммах электродвигателя и возможен пробой между его обмотками.
2.
Достаточно высокая стоимость преобразователя ≈ 7-13 тыс. рублей (для электродвигателей малой мощности).

В настоящее время среди известных торговых марок скважинные насосы с частотным преобразователем выпускает компания Grundfos (Дания) – серия SQE, выполненная из нержавеющей стали, производительностью 3,5 – 7 м 3 /ч и напором 68 – 107 метра. Помимо плавного пуска и регулирования мощности преобразователи в этих насосах выполняет следующие защитные функции:

– от работы «всухую» (рабочая часть насоса находится вне воды);

– от скачков напряжения;

– от разного рода перегрузок.

Насосы серии Grundfos SQE надежны, долговечны и экономичны. Единственный недостаток – это их высокая стоимость. Для примера. Ориентировочная стоимость насоса SQ 2-85 (производительность 3,5 м 3 , напор 109 м, мощность 1.15 кВт) составляет 32 тыс. рублей. А точно такая же (по техническим характеристикам) модель с частотным преобразователем – SQE 2-85 стоит уже 69 тыс. рублей. То есть более, чем в 2 раза дороже!

Впрочем, множество компаний выпускают частотные преобразователи различной мощности именно для работы со скважинными насосами – ITALTECNIKA SIRIO (Италия), HYUNDAI (Южная Корея), Toshiba (Япония), SIEMENS (Германия), ООО «Завод насосного оборудования» (Россия) и т.д. Так что можно самостоятельно обеспечить себе плавный пуск двигателя для того же Grundfos SQ 2-85. И это обойдется дешевле. В подборе инвертора, в принципе, нет ничего сложного. Основные критерии – мощность двигателя насоса, необходимые входные и выходные напряжения (например, входное – однофазное, 200-230 В, выходное – трехфазное, 200-230 В).

Каким же образом происходит преобразование частоты применительно к насосам?

Какие преобразователи частоты можно применять на насосные агрегаты?

Применение частотных преобразователей для скважинных насосов

Видео в этой статье поможет вам сделать это своими руками.

Достоинства автоматического водоснабжения

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

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.

Функциональность и подбор частотного преобразователя

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!

Подбор насоса для скважины

Расчёт строится на таких данных:

Глубина и
Диаметр обсадной трубы
, 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

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.

Подбор преобразователя

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

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.

АНС с частотным преобразователем

В рубрике «Насосы» рассмотрим автоматические насосные станции с частотным преобразователем. Данные станции предназначены для подачи в системах автономного водоснабжения чистой воды, не содержащей химически агрессивных веществ, механических и длинноволокнистых включений с постоянным заданным давлением. Частотный преобразователь (инвертор) плавно изменяя частоту вращения двигателя, обеспечивает постоянное давление в системе водоснабжения независимо от расхода воды, тем самым позволяет сэкономить электроэнергию, повысит КПД и осуществить основные защитные функции (полная защита двигателя, защита насоса от работы в режиме «сухой ход»), увеличивающие ресурс работы автоматической насосной станции. Автоматическая
насосная станция с частотным преобразователем
состоит из центробежного насоса, приводимого в действие асинхронным двигателем, частотного преобразователя и . Управляет работой частотного преобразователя датчик давления с аналоговым выходом, 4-20 мА который монтируется на напорном патрубке насоса.

Основные характеристики и конструкция

Основные характеристики насосных станций с преобразователями частоты:

Температура окружающей среды: от +1ºС до +40ºС;
Максимальная относительная влажность: 50% при температуре +40ºС (без конденсата)
Класс защиты: IP-54
Температура перекачиваемой жидкости: от +1ºС до +40ºС;
Вид перекачиваемой жидкости: вода, не содержащая химически агрессивных веществ и твердых взвесей;
Номинальная мощность двигателя: до 2.2 кВт (3 HP);
Входное напряжение преобразователя частоты:

Инвертор IMTP 2,2кВт х 1~(100-244)B /для насоса 3~(100-244)B (50-60 Гц);

Инвертор ITTP 2,2кВт х 3~(200-440)B/ для насоса 3~(200-440)B/ (50-60 Гц);

Выходное напряжение преобразователя частоты: в зависимости от входного напряжения и характеристик двигателя;
Частота на выходе частотного преобразователя: 0-55 Гц;
Номинальный электрический ток на входе преобразователя: 11 А для (IMTP), 6,5 А для (ITTP);
Номинальный электрический ток на выходе преобразователя: 10 А для (IMTP), 6,0 А для (ITTP);

Конструкция насосной станции с инвертором показана на (Рис 1). Она состоит из центробежного насоса, приводимого в действие асинхронным двигателем, частотного преобразователя, аналогового датчика давления, гидроаккумулятора (емкостью 19, 20 или 24 л. в стандартной комплектации), манометра, соединительной арматуры и электрических подключений.

Насос

– это основной элемент автоматической насосной станции.
Гидроаккумулятор

используется для корректной работы датчика давления и увеличения объёма запаса питьевой воды, регулирования количества включений и выключений насоса, а также служит основание для крепления насоса.
Частотный преобразователь (инвертор)

служит для плавного пуска и остановки асинхронного двигателя, осуществляет управление приводом насоса по заданному алгоритму работы, а также обеспечивает полную защиту двигателя. Регулировка числа оборотов электрического двигателя происходит за счет изменения частоты переменного тока и величины напряжения подводимого к двигателю. Крепится инвертор непосредственно на место штатной клеммной коробки электродвигателя насоса. Охлаждение инвертора происходит за счет воздуха подаваемого вентилятором двигателя.
Пятерник

используется для удобного и быстрого монтажа датчика давления, манометра и гибкого шланга.
Гибкий шланг

с уголком используется для подключения насосного оборудования к гидроаккумулятору
Манометр

используется для визуального контроля давления включения и выключения автоматической насосной станции.
Подсоединительные кабели

используются для подключения частотного преобразователя к сетевому питанию и подключения датчика давления к инвертору.

Монтаж, электрическое подключение и настройка

Перед монтажом станции необходимо правильно выбрать место установки. Рекомендуется монтировать станцию с инвертором в приямке, цокольном этаже или подвале на горизонтальной, ровной поверхности, в сухом, проветриваемом и защищенном от непогоды месте. Станция может быть подключена напрямую к водопроводной сети или производить забор воды из емкости. Необходимо убедится в том, что суммарное давление в водопроводной сети и максимальное давление создаваемое насосом не превышает значения максимального рабочего давления (номинального давления) самого насоса и гидроаккумулятора. На всасывающем и напорном трубопроводах непосредственно перед автоматической станцией необходимо установить отсечные краны и разъемные соединения, для удобства демонтажа и ремонта.

Всасывающий трубопровод:

должен иметь такой же условный проход, что и всасывающий патрубок насоса, или, по возможности, на один типоразмер больше.
должен быть как можно короче, без усечений диаметра и резких поворотов. Чем длиннее всасывающий трубопровод, тем большее сопротивление он создает, и тем с меньшей глубины насос может поднять воду на поверхность.
должен быть расположен так, чтобы он всегда имел наклон вверх по направлению к насосу. Не допускать образования воздушных пробок во всасывающем трубопроводе.
должен быть герметичным и не допускать утечек жидкости или подсоса воздуха. Все соединения необходимо тщательно проверять на герметичность.
должен быть всегда установлен с сеточкой, чтобы предотвратить завоздушивание насоса и трубопровода после остановки насоса. Обратный клапан с сеточкой также защищает насос и расположенные далее по системе оборудование от крупных частиц, таких как листья, ветки и насекомые.

Напорный трубопровод:

Диаметр напорного трубопровода рассчитывается исходя из количества точек водоразбора и максимально возможного потребления воды.

Электрическое подключение:

Данные автоматические насосные станции с частотным преобразователем изготавливаются и настраиваются, как правило, по индивидуальному заказу и под конкретные задачи. Полная сборка монтаж и настройка станции происходит в сервисном центре. Из электрических подключений потребителю остается только включить вилку в розетку с заземлением, если частотный преобразователь монофазный IMTP, или подвести питание 380 В четырех жильным кабелем, если частотный преобразователь трех фазный ITTP. Электрические подключения частотного преобразователя ITTP показаны на (Рис. 2) силовая часть.

Частотный преобразователь имеет входной, фильтр благодаря которому, исключается возможные наводки в сети питания. Кроме того, инвертор оснащена встроенным предохранителем от перегрузки по току, гарантирующим абсолютную защиту двигателю, имеющую номинальную мощность, не превышающую номинальную мощность частотного преобразователя.

Монофазный частотный преобразователь IMTP устанавливается на асинхронные трехфазные двигатели с напряжением ~220 В, 50/60 Гц. Обмотки такого двигателя должны бить соединены по схеме «треугольник», если двигатель рассчитан на напряжение 230В в «треугольнике» / 400В в «звезде».

Трехфазный частотный преобразователь ITTP устанавливается на асинхронный трехфазный двигатель с напряжением ~200-440 В, 50/60 Гц. Обмотки такого двигателя должны бить соединены в «звезду», если двигатель рассчитаны на напряжение 230В в «треугольнике» / 400В в «звезде».

На (Рис.3) приведены схемы подключения двигателя по схеме «треугольник» и «звезда».

Инвертор может работать с насосами мощностью до 2,2 кВт (3HP) и частотой от 50 до 60 Гц. Частотный преобразователь оснащен защитой по выходному току; между инвертором и насосом нет необходимости устанавливать дополнительные устройства защиты для того, чтобы защитить двигатель в случае аварийной ситуации.

На (рис. 4) показаны разъемы для подключения управляющих сигналов: , или , а также разъем для подключения частотных преобразователей в каскад.

Станция с частотным преобразователем должна подключатся к сети электрического питания в соответствии с действующими нормам и правилами по технике безопасности. Место подключения оборудования необходимо оснастить ниже перечисленными компонентами:

Устройством защиты оборудования (УЗО) с номинальным током утечки 30 мА
Автоматическим выключателем с минимальным зазором между контактами 3 мм.
Заземлением

Настройка частотного преобразователя:

После сборки автоматической насосной станции с частотным преобразователем в сервисном центре, ее устанавливают на стенд для проведения гидравлических испытаний и настроек. Необходимо заполнить всасывающий патрубок и сам насос жидкостью и удалить весь воздух. Для автоматической настройки частотного преобразователя под параметры насоса необходимо отсоединить гидроаккумулятор, а на выходном патрубке за датчиком давления установить отсечной кран. Чтобы войти в настройки «ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ» необходимо сначала ввести ПАРОЛЬ. Затем нужно выставить номинальный ток двигателя, который указан на фирменной табличке. При первом запуске нужно проверить правильное направление вращения двигателя, наблюдая за вращением вентилятора. Направление вращения можно изменить, изменив значение параметра: «ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ», вращение с 0 на 1. При первом запуске частотный преобразователь определяет максимальные рабочие характеристики насоса. После проведения тестирования необходимо «СОХРАНИТЬ ДАННЫЕ». Для сохранения полученных при тестировании данных нужно выбрать ДА и подтвердить, нажав Enter. Затем выставляется желаемое рабочее давление «ЗАДАННОЕ ДАВЛЕНИЕ» при помощи кнопок (+) и (-).

Проверка останова двигателя при закрытой подаче:
После того как были сохранены полученные данные при первом запуске, необходимо открыть запорный вентиль на подаче, нажать кнопку Start и подождать некоторое время необходимое для стабилизации давления, а затем медленно закрыть запорный вентиль и убедится, что двигатель остановился (через время примерно 5 – 10 секунд). При этом на дисплее появится сообщение «МИНИМАЛЬНЫЙ ПРОТОК». Это значение нужно точно отрегулировать для надежной остановки двигателя. Абсолютное значение мощности остановки двигателя отображается на дисплее.
Проверка функционирования насоса по сухому ходу:
Для проверки остановки насоса по режиму «сухой ход», необходимо закрыть вентиль на подающем трубопроводе, чтобы насос поработал по «сухому ходу». По истечению примерно одной минуты (заводская настройка времени запаздывания) насос должен остановиться, сигнализируя на дисплее “СУХОЙ ХОД”. Если по истечению этого времени насос не остановился, нужно выставить более высокое значение параметра COS FI (значение по умолчанию 0.55).

На лицевой панели частотного преобразователя находятся светодиоды, дисплей и кнопки управления, назначение и описание светодиодов показаний дисплея и кнопок управления показано на (Рис. 5) .

С частотным преобразователем в комплекте находится инструкция по применению инвертора. В данном руководстве очень подробно расписано монтаж и подключение инвертора, запуск в эксплуатацию, настройки и аварийные состояния.

Перед вводом автоматической насосной станции с частотным преобразователем в эксплуатацию необходимо проверить давление в воздушной камере гидроаккумулятора, которое должно быть ниже давления включения насоса приблизительно на 0,2-0,3 бара (атм.) Контролировать уровень давления в гидроаккумуляторе можно с помощью обычного автомобильного манометра. Если давление недостаточно, его необходимо поднять до требуемого уровня при помощи насоса или компрессора. При давлении воздуха больше, чем необходимо, стравить излишки воздуха до нормы.

Эксплуатация, обслуживание и ремонт

При правильном монтаже и соблюдении условий эксплуатации автоматические насосные станции с частотным преобразователем
практически не требуют обслуживания и ремонта. Для корректной работы датчика давления примерно раз в полгода необходимо произвести обслуживание гидроаккумулятора и проверить в нем давление воздуха. Как правильно проверить давление и настроить гидроаккумулятор, можно посмотреть .
Если станция не будет использоваться в течение длительного времени (например, зимой), то рекомендуется отсоединить ее от системы водоснабжения, промыть чистой водой, затем полностью слить воду и установить в сухом, отапливаемом помещении. Перед началом эксплуатации станции необходимо всасывающий трубопровод и сам насос заполнить водой. Перед запуском автоматической насосной станции с частотным преобразователем в работу после длительного простоя необходимо убедится, что вал двигателя вращается свободно (не заклинен), провернув его за крыльчатку обдува.

И в заключение можно отметить следующее, первоначальные затраты на покупку насосной станции с частотным преобразователем значительные, но они окупаются с лихвой в процессе эксплуатации, за счет экономии электрической энергии.

Спасибо за внимание.

Источник

На чтение 9 мин.

Изготовить частотные преобразователи своими руками довольно сложно, так как необходимо очень хорошо разбираться в силовой электронике и полупроводниковой технике. Но перед тем как задуматься о проектировании данного устройства, необходимо узнать, для каких целей они используются. Также потребуется знать, какие основные составляющие у этих электронных систем.

Что такое частотный преобразователь?

Всем известно, что в сети переменный ток, и у него имеется некоторая частота. В России стандарт – это 50 Герц. В некоторых западных странах несколько иной стандарт – 60 Герц. От того, какова частота тока, зависит работа многих устройств. Преобразователи используются для питания асинхронных двигателей. Причин для использования электронных средств достаточно много. Например, в промышленности ПЧ получили широкое распространение, так как их использование позволяет избавиться от огромных механизмов.

Если подробнее, то изменить скорость вращения ленты на конвейере можно путем использования редуктора, в основе которого лежит некое подобие коробки скоростей автомобиля. Причем она может быть как механической (с использованием нескольких шестерен), так и вариаторной. Но намного эффективнее оказывается изменение параметров тока, которым питается двигатель. Поворотом переменного резистора изменяется скорость вращения транспортера. Причем частоту можно изменять в широком диапазоне.

Какие есть еще свойства у частотных преобразователей?

Кроме этого, настройки ПЧ позволяют достичь того, что электрический двигатель будет постепенно набирать обороты в течение нескольких секунд. Время задается пользователем при помощи программирования функций преобразователя частоты. Аналогично можно поступить и с временем остановки якоря двигателя. Это позволяет уменьшить нагрузки на привод, что прямо сказывается на его ресурсе.

Кроме того, для небольших предприятий, у которых нет возможности обеспечить себя трехфазной сетью, но необходимость в ней имеется, применение частотных преобразователей – это истинная панацея. Существует немало моделей таких устройств, которые подключаются к сети переменного однофазного тока, а на выходе у них вырабатывается три. Следовательно, можно в обычную розетку включить электродвигатель. И в этом случае он не потеряется мощности, работа его будет правильной.

Силовые компоненты преобразователей

Во всех частотных преобразователях использованы мощные IGBT или MOSFET-транзисторы. Они идеально подходят для данного типа работы. Они смонтированы в отдельные модули. Такой способ монтажа способен улучшить показатели электронного устройства. Работают данные транзисторы в режиме ключа, управление производится при помощи микропроцессорной системы. Дело в том, что все управление слаботочное, коммутация высоких напряжений не требуется. Поэтому обеспечить это можно при помощи самого простого микропроцессора.

Чаще всего используются специальные сборки серий IR2132 и IR2130. Они состоят из шести драйверов, которые управляют ключами. Три используются для нижнего, а три — для верхнего. Такая сборка позволяет реализовать несложный каскад частотного преобразователя. Кроме того, она имеет несколько степеней защиты. Например, от короткого замыкания и перегрузки. Более подробные характеристики всех элементов можно узнать из руководств. Но у всех силовых элементов имеется огромный недостаток – высокая стоимость изделий.

Структурная схема преобразователя

Любой частотный преобразователь для двигателя имеет в своем составе три основных блока – выпрямитель, фильтры, инвертор. Получается так, что переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем фильтруется. После всего этого оно инвертируется в переменное. Но есть еще третий блок – микропроцессорное управление инвертором. А если быть точнее, то мощными IGBT-транзисторами. Если вам случалось иметь дело с частотниками, то вы знаете, что на лицевой панели у них имеется несколько кнопок для программирования.

Инструкция частотного преобразователя подскажет вам, как провести настройки всех функций. Дело это весьма сложное, так как настроек даже в самом простом устройстве довольно много. Кроме того, что электронное устройство позволяет изменять частоту вращения якоря двигателя, регулировать время разгона и торможения, присутствует еще и несколько степеней защиты. Например, по превышению тока. В случае использования такого прибора отпадает необходимость в установке автоматических выключателей.

Выпрямительный блок

В зависимости от того, какое назначение у преобразователя частоты, используются различные выпрямительные каскады. А вариант питания может быть либо от трехфазной сети, либо от однофазной. Но на выходе ПЧ в любом случае находится трехфазное переменное напряжение. Но чтоб проводить управление током, необходимо его сначала выпрямить. Все дело в том, что управлять переменным достаточно сложно – необходимо применять крупные реостаты, что не очень удобно. Тем более, сейчас время микроэлектроники и автоматики, применять устаревшие технологии не просто неразумно, но и очень невыгодно.

Для выпрямления переменного трехфазного тока используется электронное устройство, состоящее из шести полупроводниковых диодов. Включаются они по мостовой схеме, получается так, что каждая пара диодов служит для выпрямления одной фазы. На выходе блока выпрямителя появляется постоянное напряжение, его величина равна тому, которое течет на вход. На данном этапе все преобразования закончены, никакого управления этим блоком не производится. В случае если производится питание от однофазной сети, достаточно выпрямительного каскада даже из одного диода. Но эффективнее использовать мостовую схему из четырех.

Блок фильтров

Этот модуль используется для фильтрации постоянного напряжения. Самый простой вариант блока – это катушка индуктивности, включенная в разрыв плюсового плеча. Между полюсами включается электролитический конденсатор. У него функция одна – избавиться от переменной составляющей. Все дело в том, что выпрямитель не способен полностью избавиться от пульсаций. Остается небольшая составляющая переменного тока, которая может выдать значительные помехи при работе.

Для рассмотрения принципа работы блока фильтров необходимо провести анализ, проведя замещение элементов. При работе в условиях постоянного тока индуктивность заменяется сопротивлением, конденсатор же замещается разрывом цепи. Но вот при питании переменным током емкость замещается сопротивлением. Следовательно, вся переменная составляющая исчезает, так как происходит короткое замыкание в этом случае. Понять это достаточно сложно, необходимо разбираться в теоретических основах электротехники. Но частотный преобразователь 3 фазы сделать без этого невозможно.

Инверторный каскад

И здесь начинается самое интересное – использование мощных IGBT-транзисторов. Они-то и управляются микропроцессорной системой, от качества их функционирования зависит работа всего преобразователя частоты. Такая схема преобразователя напряжения имеет широкое распространение. По сути, с помощью силовых транзисторов можно инвертировать любое напряжение. Всего используется шесть элементов в простейшей схеме – по два на каждую фазу. Частотный преобразователь 220 вольт выдает на каждой фазе по отношению к нулю.

Чтобы избавиться от возникновения обратного напряжения, необходимо использовать полупроводниковые диоды. Включаются они между коллектором и эмиттером силовых транзисторов. Управление производится по входу базы. Как говорилось ранее, частотные преобразователи, своими руками изготовленные, имеют в инверторном каскаде по два транзистора на каждую фазу. Включают их p-n-переходы последовательно. Со средней точки каждого плеча снимается фаза. В продаже имеются готовые модули, у них имеются выводы для подачи постоянного напряжения, а также три контакта для снятия трехфазного переменного. Кроме того, имеется разъем для подключения микроконтроллерной системы управления.

Микропроцессорное управление

Используется для изменения скорости вала двигателя преобразователь, напряжение, частота которого по умолчанию составляет 50 Герц, может быть изменено по амплитуде в широком диапазоне. А если конкретнее, то от нуля и до той частоты, которую может обеспечить микропроцессор. К последнему требование основное – это возможность подключения нескольких устройств. Когда вы конструируете преобразователь, напряжение, частота которого меняется переменным сопротивлением, должно контролироваться процессором. Выбирается он тщательно, у него должно быть достаточное количество портов ввода-вывода.

Немного усложнить систему можно, подключив к микроконтроллеру ЖК-дисплей. Не требуется от него высокая цветопередача, достаточно монохромного, как в простых калькуляторах. К портам ввода-вывода подключаются также и кнопки для осуществления программирования. Вот так можно сделать несложный преобразователь частоты. Цена всех элементов составит не более двух тысяч рублей. А вот стоимость ПЧ с мощностью 200-750 Ватт колеблется в интервале от 6500 до 12000 рублей. Зависит все от производителя и возможностей устройства.

Корпус для устройства

Частотные преобразователи, своими руками изготавливаемые, должны иметь надежный корпус. От него зависит не только удобство использования, но и эффективность. Основа изготавливается из алюминия. Причина использования этого материала – необходимость в качественном охлаждении. При работе IGBT-модуль сильно нагревается, температура повышается и у полупроводниковых диодов. И совершенно не имеет значения, преобразователь частотный 380 или же 220 Вольт у вас.

Остальная часть корпуса изготавливается из пластика. Необходимо, чтобы все силовые элементы были скрыты им, чтобы не произошло случайного касания высоковольтных выводов при работе. В лицевой части необходимо предусмотреть отверстие для ЖК-дисплея и кнопок. Отдельно, в удобном месте, устанавливается переменный резистор. При программировании микроконтроллера необходимо учесть, чтобы этим сопротивлением изменялась частота выходного тока.

Теплообмен элементов системы

Особое внимание следует уделить отводу тепла. Чем мощнее разрабатываемое устройство, тем надежнее должна быть система охлаждения. Как говорилось выше, основание должно быть изготовлено из алюминия. Схема преобразователя напряжения должна предусматривать защиту от перегрева. Для этой цели требуется высверлить отверстие в корпусе, в него монтируется датчик температуры. С него сигнал подается через согласующее устройство на микроконтроллер. В случае превышения максимальной температуры нагрузка должна отключиться. Следовательно, происходит выключение модуля силовых транзисторов.

Для улучшения теплоотдачи необходимо использовать вентиляторы. Их расположение выбрать нужно так, чтобы поток воздуха охлаждал ребра радиатора корпуса. Для увеличения эффективности системы охлаждения необходимо использовать термопасту. Включение вентиляторов разумнее производить в момент запуска устройства. Но можно и осуществить программирование контроллера, использовав сигнал с датчика температуры. При достижении температуры, равной половине той, при которой происходит аварийное отключение устройства, производится включение вентиляторов.

Монтажная плата

В качестве монтажной платы лучше всего использовать готовые варианты. В продаже имеются платы разных размеров с отверстиями, вокруг которых небольшие луженые контакты. В просторечии они называются «рыба». Единственное, что стоит учесть, так это возможность замены процессора и микросхем. Для этой цели использовать нужно разъемы, которые припаиваются к плате. Частотные преобразователи своими руками изготавливать лучше всего с расчетом быстрой замены элементов. Микросхема или контроллер просто устанавливаются в этот разъем, как вилка в розетку.

Выводы

Изготовить можно и самостоятельно преобразователь частоты. Цена аналогов, как мы выяснили, значительно выше. Хотя, конечно, возможностей у них больше. Но на деле, если присмотреться внимательнее, оказывается, что реально используется не больше пяти функций. При работе привода необходимо изменять частоту вращения, а также регулировать время разгона и торможения. Немного реже используется функция реверса и изменения максимально допустимого тока.

Источник

Прежде чем изготовлять частотный преобразователь своими руками необходимо ознакомиться с его функциями и принципом действия. Он предназначен для преобразования тока переменного типа одной частоты в ток переменного типа другой частоты. Применяется совместно с асинхронными электродвигателями и служит незаменимым устройством для многих типов устройств.

Принцип работы

Частотный преобразователь представляет собой разновидность механизмов электронного вида, эффективно контролирующих работу электродвигателей. Помимо мягкого пуска, с помощью представленного изделия можно сделать плавную настойку функционирования привода. Это обеспечивается выбором надлежащего показателя между частотой и напряжением по определенной формуле.

Такой подход способен практически на 50% уменьшит расход электроэнергии и рассчитать ее объем в точности такой, какой необходим в каждом конкретном случае. Осуществляется процесс в 2 этапа, описанных ниже.

Выпрямляется и фильтруется напряжение в сети за счет использования системы конденсаторов. Таким образом выполняется регулировка представленного показателя.
За счет электронного управления ток приобретает частоту, в точности соответствующую заранее заданной.

Результатом таких действий служит появление импульсов прямоугольного вида. Они корректируются специальной обмоткой на стартере электродвигателя. Это позволяет плавно вывести ее к синусоидальному виду.

Подбираем элементы

Самодельный частотный преобразователь для однофазного электродвигателя требует качественных деталей. Их список следующий:

драйвер трехфазного тока (IR2135 или IR2133);
микроконтроллер, используемый в качестве генератора PWM;
программатор (AVReAI);
транзисторы 6 шт. (IRG4BC30W);
кнопки 6 шт.;
индикатор ЖКИ.

Все представленные элементы можно приобрести в любом радиотехническом магазине. Выбирать поставщика таких товаров необходимо с крайней степенью ответственности, так как от его надежности зависит качество деталей. Если все было продумано правильно, то вы соберете качественный частотник своими руками, соответствующий по качеству многим современным приборам аналогичного действия.

Как собирать преобразователь частоты

Описываемый метод сборки подходит для прибора, рассчитанного на бытовую проводку 220 Вольт с одной фазой. Собранный прибор будет идеально подходить для электромотора, мощность которого не выше 1 кВт. Кроме того, вы уже должны быть осведомлены в виде сборки «треугольник», а также знать основы электротехники.

Первым делом соединяют обмотки мотора между собой по виду «треугольник». В основе представленного оборудования лежат 2 платы, одна из которых служит для размещения блока питания и драйвера. Кроме них устанавливаются клеммы и транзисторы. По их средствам преобразователь частоты для асинхронных электродвигателей своими руками будет работать эффективно и надежно долгое время. На вторую плату крепится индикатор и микроконтроллер. Платы соединяются между собой гибким шлейфом.

Для эффективного контроля работы электродвигателя особой нужны в подключении внешнего устройства нет, однако специалисты рекомендуют использовать для этих целей микросхему IL300. Импульсный блок изготовляется по классической схеме, которую легко найти в Интернете. Общий радиатор может быть использован для встраивания не только транзистора, но и диодного моста.

Оптроны ОС2-4 обязательны. Они дублируют кнопки управления. ОС1 выполняет ряд пользовательских функций. В случае, когда частотный преобразователь для электродвигателя имеет лишь одну фазу, то в трансформаторе он не нуждается. В качестве альтернативы можно использовать специальный токовый шунт. Он часто дополняется усилителем.

Любая работа с электротехникой сопровождается рядом потенциальных опасностей, так как мельчайшие ошибки могут обернутся существенными повреждениями для оборудования, а в худшем случае негативными последствиями для здоровья и жизни окружающих. Прежде чем преступить к созданию самодельного частотника, убедитесь в том, что представленная схема отвечает стандартам безопасности, а купленные материалы качественно исполнены. В любом случае, решение сконструировать устройство принимать вам, но не лишним будет порекомендовать купить частотный преобразователь собранный профессиональными производителями, избегая подделок и опасности аварийных ситуаций. С широким ассортиментом качественного электроприводного оборудования вы сможете ознакомится в каталоге интернет-магазина ОВК Комплект.

Источник

Для правильной и тем более безопасной работы электродвигателей, использование частотных преобразователей просто необходимо. Ведь именно их умение регулировать подаваемые на привод стабильные нагрузки сети позволяет предотвратить ряд недоброжелательных факторов. Но подбор частотника, который будет полностью соответствовать параметрам электромотора — это не единственный значимый вопрос. Процесс подключения и настройки устройства требует ответственного подхода и учёта множества нюансов, ведь именно правильно настроенный частотный преобразователь для электродвигателя позволит по максимуму улучшить производственный процесс, на который он рассчитан.

Благодаря развивающемуся стремительным путём прогрессу, последние несколько поколений преобразователей частоты имеют электронную базу, позволяющую с помощью встроенного или выносного терминала вносить все необходимые изменения в рабочие данные, к которым относятся:

длительность разгонного периода;
частота коммутации;
частота моторного питания;
закон управления двигателем;
назначение логического входа.

Все эти данные имеют свой кодовый набор, состоящий из определенных символьных значений. Содержание настройки и есть присвоение нужных значений, которые могут быть десятичными или целыми. В зависимости от параметров, некоторые из настроек дозволено вносить непосредственно от того, вращается ли двигатель или нет, а иные – только в неподвижном его состоянии. Помимо терминала, изменение свойств также возможно при помощи коммуникационной сети или ПК. Сам же терминал располагается с лицевой стороны ПЧ, поэтому вносить настройки, выполнять управление и индикацию состояний предоставляется с полным доступом даже в процессе эксплуатации.

Настройка частотного преобразователя Danfoss

Частотники Danfoss, используемые для управления лифтовым электродвижущим оборудованием и целым рядом прочих приводных агрегатов, настраивается благодаря программированию через меню графической панели дисплея. Вызов необходимого перечня режимов и команд настройки выполняется через кнопку «Main Menu». Для навигации по меню параметров и выбора необходимого, используют кнопки в виде соответствующих стрелок и «ОК». Для управления в ручном и дистанционном режиме предназначены кнопки « Hand On» и «Auto On». Текущий режим управления идентифицирует специальный индикатор

Поскольку в цифровую панель данные нельзя загружать и выгружать с использованием внешних источников переноса данных, процесс программирования выполняется вручную перед каждой новой задачей. Для внесения на преобразователь частоты Danfoss необходимых данных, используют таблицу рекомендуемых значений параметров. Для выполнения автоматического адаптирования электромотора, следует изначально выполнить шунтирование контактора двигателя и вытащить из гнезда К1 — защитное реле лифтовой станции. В целях безопасности, все операции выполняются исключительно при отключённом питании.

Перед началом программирования, в ПЧ вводятся паспортные данные электродвигателя и проводится программирование необходимой клеммы Е27 как цифрового выхода. Если нужный сигнал отсутствует, преобразователь не будет отвечать на задаваемые ему команды. Для завершения выполняемых настроек или подтверждения автоматической адаптации – используют кнопку «Off». Если автоматическая адаптация прошла неудачно, по какой-либо из причин, частотный преобразователь выдаст сигнал аварии. В таком случае следует быстро отключить питание и проверить на надёжность закрепления всех силовых и контактных элементов питания. После проверки, процедура адаптации выполняется снова.

Современный прогресс позволяет выполнять настройки при использовании ноутбука. При этом программа управления, доступная на сайте производителя Danfoss позволяет не только вносить и изменять параметральные величины, но и с помощью режима осциллографа наблюдать за их значениями в реальном времени. Главное условие – ноутбук должен работать от батареи и находиться на изолированной поверхности.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Источник

Частотный преобразователь для насосной станции своими руками

Достоинства автоматического водоснабжения

Функциональность и подбор частотного преобразователя

Подбор насоса для скважины

Подбор преобразователя

Что представляет из себя преобразователь

Критерии выбора преобразователя

Дополнительное обоудование для организации автоматической подачи воды

Как работает автоматика

Что нужно знать при сборке схемы и наладке преобразователя

Плюсы использования системы преобразователь — двигатель насоса

Достоинства автоматического водоснабжения

Функциональность и подбор частотного преобразователя

Подбор насоса для скважины

Подбор преобразователя

Автоматизация водоснабжения

Преобразователь частоты и водоснабжение

Автоматизация насоса с разгоном и автоподдержкой давления

Пример работы частотника на демонстрационном стенде

Функциональность преобразователя

Достоинства частотных преобразователей в системе водоснабжения

Как подобрать частотный преобразователь

Особенности преобразователей

Какие характеристики есть у преобразователей?

Отзывы о преобразователях «Данфосс 2800»

Модель INVT GD10: характеристики и отзывы

Преобразователь «Веспер Е3-8100»

Параметры преобразователя INVT GD15

Отзывы о модели INVT GD20

Мнение покупателей об устройстве «Хундаи 700Е»

Характеристики преобразователя «Шнидер АТ12»

Модель «Ловара Н3»

Преобразователь FC-051

1 Зачем нужен частотный преобразователь?

1.1 Устройство и алгоритм работы

1.2 Работа насоса в паре с частотным преобразователем (видео)

Простой контроллер

Контроллер с дополнительными опциями

Электромеханические приборы для защиты от работы «на сухую»

Поплавковый механизм

Стабилизаторы напряжения

Частотный преобразователь для насоса

Источники бесперебойного питания

Достоинства автоматического водоснабжения

Функциональность и подбор частотного преобразователя

Подбор насоса для скважины

Подбор преобразователя

Каким же образом происходит преобразование частоты применительно к насосам?

Какие преобразователи частоты можно применять на насосные агрегаты?

Применение частотных преобразователей для скважинных насосов

Особенности преобразователей

Какие характеристики есть у преобразователей?

Отзывы о преобразователях «Данфосс 2800»

Модель INVT GD10: характеристики и отзывы

Преобразователь «Веспер Е3-8100»

Параметры преобразователя INVT GD15

Отзывы о модели INVT GD20

Мнение покупателей об устройстве «Хундаи 700Е»

Характеристики преобразователя «Шнидер АТ12»

Модель «Ловара Н3»

Преобразователь FC-051

Каким же образом происходит преобразование частоты применительно к насосам?

Какие преобразователи частоты можно применять на насосные агрегаты?

Применение частотных преобразователей для скважинных насосов

Достоинства автоматического водоснабжения

Функциональность и подбор частотного преобразователя

Подбор насоса для скважины

Подбор преобразователя

Что такое частотный преобразователь?

Какие есть еще свойства у частотных преобразователей?

Силовые компоненты преобразователей

Структурная схема преобразователя

Выпрямительный блок

Блок фильтров

Инверторный каскад

Микропроцессорное управление

Корпус для устройства

Теплообмен элементов системы

Монтажная плата

Выводы

1
Зачем нужен частотный преобразователь?

1.1
Устройство и алгоритм работы

1.2
Работа насоса в паре с частотным преобразователем (видео)