Частотные преобразователи для насосов систем водоснабжения. Автоматические насосные станции с частотным преобразователем

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

Частотные преобразователи для насосов систем водоснабжения

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.