Frekvenční měniče pro čerpadla vodovodního systému

V tradičních vodovodních systémech se obvykle používá nejjednodušší způsob regulace tlaku v systému – škrcení. V tomto případě motor čerpadla neustále pracuje při jmenovitých otáčkách a tlak v systému za čerpadlem je regulován pomocí uzavíracích ventilů. Mohou to být ventily, kulové kohouty nebo šoupátka. Metoda je poměrně neúčinná. Pokud nakreslíme analogii s autem, vypadá to, že plyn je neustále sešlápnutý a rychlost se reguluje pomocí brzdového pedálu.

Jednou z vlastností vodovodních systémů je silné kolísání spotřeby vody v závislosti na denní době, stejně jako ve všední dny a víkendy. Většina lidí myje nádobí, pere, sprchuje se a pere ráno nebo večer. Jindy, například ve dne nebo v noci, se přitom prakticky žádná voda nespotřebovává. To vede k významným denním výkyvům tlaku vody v systému. Výsledkem je zrychlené opotřebení uzavíracích ventilů, potrubí a nedostatečný tlak vody v hodinách špičkové spotřeby. Vzhledem k tomu, že pro každý konkrétní systém je výkon čerpadla odebírán s určitou rezervou (více než je maximální úroveň spotřeby) a momenty špičkového průtokového zatížení jsou obvykle 10-20 % celkové provozní doby, zůstává přebytečný výkon čerpadla nevyžádaný.

Frekvenční měniče umožňují řídit čerpadla mnohem efektivněji a racionálněji. S jejich pomocí můžete změnit rychlost otáčení motoru čerpadla, a tím upravit jeho výkon. To vám umožní vynaložit méně energie na udržení požadovaného tlaku v potrubí. Reálná úspora energie dosahuje 60 %, v důsledku čehož se instalace frekvenčního měniče vrátí během 1-2 let. Díky plynulému rozběhu a zastavení motoru se navíc zvyšuje životnost samotného čerpadla.

Podívejme se blíže na obvod ovládání čerpadla pomocí frekvenčních měničů (obr. 1)

Snímač tlaku měří tlak ve vodovodním systému a přenáší výsledek měření pomocí proudového signálu 4-20 mA do frekvenčního měniče (FC). PID regulátor vestavěný do měniče zpracovává analogový signál ze snímače a podle toho mění frekvenci napájecího napětí. Současně se také mění rychlost otáčení rotoru motoru čerpadla. Systém tak udržuje konstantní tlak, když průtok vody kolísá. S klesajícími otáčkami rotoru klesá síla proudu a tím i spotřeba elektrické energie. Použití frekvenčních měničů k řízení čerpadel umožňuje změnit „křivku čerpadla“ (závislost tlaku na průtoku v napájecí části systému) a přizpůsobit ji „křivce systému“ (závislost tlaku na průtoku v spotřební části systému), regulací otáček motoru a příkonu ( obr. 2).

Hlavní výhody zavedení invertorů pro řízení čerpadel ve vodovodních systémech:

1. Snížené provozní náklady:
   • pro elektřinu až o 60 % oproti regulaci tlaku tlumičem (škrticí klapkou), protože výkon spotřebovaný čerpadlem N je kubický závislý na otáčkách motoru (N = Nnom * n3/nnom3) a tlak vody je přímo úměrný otáčky motoru;
   • pro opravu vodovodního systému v důsledku „měkkého startu“, odstranění vodního rázu v systému a v důsledku toho prasknutí potrubí z tohoto důvodu;
   • pro opravy čerpacího zařízení díky zvýšení jeho životnosti o 1,5 – 2 krát v důsledku snížení mechanického zatížení komponent čerpadla během „měkkého startu“;
   • na platy obsluhujícího personálu z důvodu automatizace celého systému.
2. Zlepšení kvality dodávky vody, díky nepřetržitému automatickému udržování tlaku na dané úrovni, bez ohledu na změny spotřeby vody.
3. Snížení ztrát vody (úniků) o 5-10% snížením a stabilizací tlaku v síti.

Chcete-li vybrat frekvenční měnič pro váš vodovodní systém, vyplňte formulář „Získat cenovou nabídku“.

K pohonu čerpadel se široce používají jedno- nebo třífázové elektromotory na střídavý proud. Přes všechny své výhody mají tyto elektrické stroje jednu vážnou nevýhodu, kterou je obtížná regulace otáček a točivého momentu na hřídeli.

Hlavní charakteristiky čerpacích jednotek jsou průtok a tlak. Tyto parametry jsou regulovány pomocí uzavíracích a regulačních ventilů a zahrnutím dalších čerpadel do schématu kaskádového řízení.

Princip regulace je založen na závislosti otáček rotoru elektrického stroje na frekvenci napájecího napětí. Frekvenční měnič pro čerpadlo mění frekvenci napájecího napětí na elektrický pohon čerpacích jednotek.

Většina frekvenčních měničů pro čerpadla je založena na obvodu s dvojitou konverzí. Střídavé napětí v síti je usměrněno, vyhlazeno LC filtry, následně přivedeno do střídače, kde je opět přeměněno na střídavé napětí jiné frekvence. Frekvence je nastavena pulzně šířkovým modulátorem, jehož signály střídavě odemykají a zamykají klávesy na výkonových tranzistorech měniče.

Frekvenční měniče mají diskrétní a analogové výstupy pro připojení tlakových, teplotních čidel, průtokoměrů, dálkových ovladačů a monitorovacích zařízení, alarmů a tak dále. Zpracování dat probíhá v mikroprocesorové řídicí jednotce. Obvod řízení frekvence generuje signály pro změnu produktivity, zapínání nebo vypínání čerpacích jednotek podle daného programu a změnu technologických parametrů ve vodovodním řádu.

Například nejjednodušší schéma regulace výkonu čerpadel s tlakovou zpětnou vazbou ve vodovodní síti funguje takto:

Když tlak klesne, frekvenční regulátor generuje signál pro zapnutí čerpacích jednotek. Spouštění probíhá v plynulém režimu, který zabraňuje vodním rázům. S rostoucím tlakem je signál ze snímače posílán do frekvenčního měniče, který plynule mění rychlost otáčení hnacího motoru a snižuje výkon čerpadel. Takové schéma může zahrnovat další čerpací jednotky při špičkových hodnotách spotřeby vody.

Série VF-51 – univerzální a kompaktní frekvenční měnič pro čerpadlo. Přetížení – 150%, výkon – od 0,4 do 22 kW. Vhodné pro použití s ​​čerpadly, ventilátory, stroji a dopravníky.

Jak vybrat frekvenční měnič pro čerpadlo

Mnoho výrobců čerpacích zařízení dodává čerpadla již vybavená frekvenčními měniči. V datových listech čerpadel bez regulátorů jsou obvykle uvedeny konkrétní modely měničů kompatibilních s elektromotory jednotek. Při absenci těchto informací však při modernizaci a rekonstrukci čerpacích stanic se starými motory vyvstává otázka výběru frekvenčních generátorů. Regulátor je vybrán na základě následujících vlastností:

• Typ elektromotoru. Počet fází frekvenčního měniče pro čerpadlo musí odpovídat typu elektromotoru. Při použití třífázového elektromotoru v jednofázové síti vám instalace regulátoru frekvence umožňuje vyřešit problém se spuštěním elektrického stroje bez externího kondenzátoru.
• Elektrické charakteristiky. Napětí a proud odebírané motorem čerpadla musí odpovídat stejným parametrům frekvenčního měniče. Výkon měniče by měl být o 15-30% větší než hnací výkon čerpací jednotky. Při výběru na základě těchto parametrů mějte na paměti, že čerpací jednotky stejného výkonu mohou mít různé jmenovité proudy.
• Rozsah řízení frekvence. Tento parametr určuje rychlost otáčení elektromotoru a tím i výkon čerpadla. Chcete-li provést informovanou volbu, musíte znát vlastnosti vodovodní sítě a další parametry. U oběhových čerpadel chladicích a otopných soustav obvykle postačuje frekvence frekvence 200–350 Hz, u čerpadel do vrtů a hlubinných vrtů – od 200 do 600 Hz.
• Počet analogových a digitálních vstupů a výstupů. Počet konektorů frekvenčního měniče musí odpovídat počtu snímačů, výstražných zařízení a dalších připojených zařízení. V případě upgradu systému je lepší pořídit k čerpadlu frekvenční měnič s velkým počtem řídicích vstupů.
• Podle podporovaných komunikačních protokolů. Pro správnou výměnu dat s automatizovanými řídicími zařízeními nebo dálkové ovládání parametrů je nutný frekvenční měnič, který podporuje protokol používaný v ATS (CAN, LAN nebo jiné).
• Dostupnost dálkového ovládání. Pro čerpací stanice a jednotky umístěné na těžko dostupných místech je vhodné zvolit frekvenční měnič s dálkovým ovládacím panelem.

Varování! Při rekonstrukcích čerpacích stanic je často nutné naprogramovat frekvenční měniče pro motory, které jsou dlouhodobě v provozu. Pro takové elektrické stroje je vhodné zakoupit měniče s automatickou adaptací, protože skutečné vlastnosti těchto elektromotorů se mohou lišit od údajů v pasu.

Výhody použití frekvenčního měniče pro čerpadla

Vybavení elektromotorů čerpacích jednotek frekvenčními měniči zajišťuje:

• Hladký start a zastavení čerpadel, což snižuje pravděpodobnost vodních rázů v systému.
• Zjednodušení automatického řízení se zpětnou vazbou na tlak, tlak a další parametry sítě. Analogové výstupy průtokoměrů a tlakoměrů lze připojit přímo k frekvenčnímu měniči.
• Ochrana čerpacích jednotek před přetížením „během nasucho“. Vypínání elektromotorů při přehřátí vinutí, ztrátě jedné nebo více fází, přepětí a jiných nehodách.
• Zvýšení životnosti vodovodní sítě přesným udržováním požadovaného tlaku a snížením zatížení potrubí.
• Snížení hluku při provozu čerpacích jednotek.
• Možnost integrace do víceúrovňových automatizačních a telemechanických řídicích systémů.

Oblasti použití frekvenčních pohonů čerpacích zařízení

Regulátory frekvence jsou dodávány s:

• Čerpací agregáty pro zásobování pitnou a užitkovou vodou. Kompletní sada frekvenčních měničů zajišťuje optimální zavlažování a zásobování vodou. PE se používají v průmyslových i domácích sítích. Pro čerpadla pro domácnost vyrábí mnoho výrobců jednofázové měniče.
• Oběhová čerpadla pro chladicí a topné systémy. Frekvenční měniče v těchto systémech regulují dodávku chladiva teplotou, tlakem, průtokem a zajišťují odvod nebo dodávku tepla s minimální spotřebou energie.
• Čerpadla pro hasicí systémy. Frekvenční měniče podporují požadovaný výkon síťových čerpadel a zajišťují spuštění hlavních jednotek v případě požáru.
• Čerpadla používaná v jiných oblastech. Pohon CV je široce používán v dávkovacích čerpadlech v chemickém průmyslu a dalších oborech.

Hlavní předností frekvenčně řízených pohonů čerpacích agregátů je snížení energetické náročnosti o 35 % a více, optimalizace parametrů vodovodních systémů, úspora vody a tepla.

Nevýhody použití frekvenčního měniče pro čerpadlo obvykle zahrnují jejich vysokou cenu. Díky značným úsporám zdrojů a lepšímu zásobování vodou se frekvenční měniče rychle zaplatí. Jejich realizace poskytuje dobrý ekonomický a technický efekt.