Каскадно-частотное управление асинхронными двигателями на насосных станциях
Частотное регулирование насосов.
Использование преобразователей частоты (сокращенно ПЧ) в насосной технике получает все большее распространение в виду значительных возможностей в снижении энергопотребления.
В данной статье мы рассмотрим суть частотного регулирования применительно к центробежным насосам, сравним характеристики регулируемых и нерегулируемых насосов и разберемся за счет чего можно сократить энергопотребление.
Суть оснащения насосов преобразователями частоты — снижение частоты вращения двигателя при работе с частичной нагрузкой. При снижении частоты вращения ниже номинальной, происходит заметное снижение всех основных характеристик насоса — производительности, напора и мощности. Чем ниже частота вращения, тем меньше электроэнергии потребляет насос.
Экономия энергоресурсов может достигать от 10% до 40%.
Встроенные и внешние преобразователи частоты.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ МОЖЕТ БЫТЬ:
- Встроенным в электродвигатель (расположен непосредственно на двигателе или конструктивно выполнен в едином корпусе с двигателем). Подобные модели насосов выпускаются только самыми инновационными компаниями.
- Внешним. Мощность насосов, регулируемых внешним преобразователем частоты, практически не лимитирована. Производители таких ПЧ никак не связаны с производством насосов, поскольку насосный сектор является для них далеко не единственной сферой применения.
Внешние ПЧ имеют одно очень значимое преимущество — в случае их выхода из строя насос продолжает функционировать, в то время как со встроенным в двигатель ПЧ насос становится неработоспособным.
Возможности частотно регулируемого насоса:
- Работа на постоянной характеристике (частичной).
- Работа для поддержания постоянного давления или перепада давления (требуется датчик давления, датчик перепада давления).
- Работа для поддержания постоянного расхода (требуется электронный расходомер).
- Работа для поддержания постоянной температуры или перепада температур (требуется датчик температуры, датчик перепада температур).
Например, в системах водоснабжения наибольшее распространение имеет схема работы с поддержанием постоянного давления. Преобразователь регулирует частоту вращения насоса с таким расчетом, чтобы при изменении расхода воды давление в сети оставалось неизменным.
Снижение потребления электроэнергии с использованием преобразователя частоты.
Большинство инженерных систем в жилых зданиях и производственных объектах являются системами с переменным расходом (тепло и водоснабжение, кондиционирование), где разница между пиковой и фактической нагрузкой может быть значительной. Разница эта обусловлена неравномерностью расхода с течением времени (рабочей смены, суток, сезонов года и т.п.). Причем чем больше эта разница, тем больше энергии насосам удастся сэкономить.
Для многих стандартных объектов с переменным расходом (школы, гостиницы, жилые дома и т.п.) построены суточные графики водопотребления, где можно увидеть, что при максимальной нагрузке насосы работают не более 10-15% всего времени. Простой пример — многоэтажный дом. Утром и вечером расход максимальный, днем средний, ночью минимальный. Все понятно без дополнительных разъяснений. Вот здесь и скрыт основной резерв экономии.
Экономическая целесообразность оснащения преобразователем частоты насоса, который работает все время в одном и том же режиме, практически отсутствует.
Энергопотребление насоса зависит от фактического расхода жидкости, который большую часть времени ниже расчетного максимального значения. Это вызвано тем, что насосы подбираются исходя из максимальных требований системы по расходу и напору, однако, как уже говорилось, такой режим наблюдается незначительную часть времени.
Получается, что большую часть времени избыточная мощность насоса просто не нужна.
При частичной нагрузке насос уже не будет запускаться на полную мощность, как это бывает в системах без частотного регулирования, а будет работать в каком-то промежуточном режиме, с пониженной частотой вращения. И самое главное, что насос будет подстраиваться под требования системы автоматически.
Для того, чтобы точно уяснить почему при снижении скорости вращения падает мощность, давайте обратимся к характеристикам насоса.
Характеристики насосов, оснащенных преобразователем частоты:
| НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ | РЕГУЛИРУЕМЫЕ |
|---|---|
| Электродвигатель насоса вращается с постоянной скоростью | Регулирование частоты вращения с помощью преобразователя частоты |
Нерегулируемые центробежные насосы имеют только одну кривую гидравлической характеристики, соответствующую номинальной частоте вращения вала двигателя. Расход и напор насоса изменяются в точном соответствии с этой кривой (см. рис.3).
Преобразователь частоты позволяет с одним насосом получить множество различных кривых. Таким образом, насос может работать в любой точке выделенной синим цветом зоны (см. рис.4). Частота вращения указана в процентах (%) от номинальной. Для наглядности на рис.4 характеристики представлены с шагом в 10% (соответствует 5 Гц), однако современные ПЧ могут обеспечить точность регулировки до 0,01 Гц.
Подробнее об этом можно посмотреть здесь: