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.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
