Frekvenčné meniče VLT AQUA Drive pre čerpacie jednotky

V moderných čerpacích zariadeniach je najrozšírenejší elektrický pohon s frekvenčným riadením. Základom tohto typu pohonu je polovodičový frekvenčný menič. najprv polovodičové frekvenčné meniče sa začali používať v čerpacích agregátoch koncom 60. rokov 20. storočia.

Danfoss bol jedným z prvých, ktorý použil polovodičové frekvenčné meniče v pohone odstredivých inštalácií. Ako prvá na svete (od roku 1968) vyrobila sériu frekvenčných meničov používaných v čerpacích zariadeniach.

S využitím svojich dlhoročných skúseností s používaním frekvenčných meničov v tejto oblasti techniky spoločnosť vytvorila sériu frekvenčných meničov VLT AQUA Drive určených pre použitie v čerpacích zariadeniach vodovodných a kanalizačných systémov. Pohonové meniče VLT AQUA sa vyrábajú pre pohony od 0,37 kW do 1400 kW.

Účinník meniča je tiež dosť vysoký (cosphi ≥ 0,9), takže použitie variabilného pohonu založeného na meniči VLT AQUA Drive nevyžaduje ďalšie zariadenia zvyšujúce cosphi (statické kompenzačné batérie atď.).

Na obr. 1 je schematický diagram prevodníka VLT AQUA Drive a typická schéma externého zapojenia (napájací zdroj, motor čerpadla, snímače atď.). Vonkajší pohľad na konvertory VLT AQUA Drive je znázornený na obr. 2.

Ryža. 1. Schéma zapojenia meniča VLT AQUA Drive

Ryža. 2. Frekvenčné meniče «Danfoss» radu VLT AQUA Drive

Pohon VLT AQUA Drive je určený na použitie v čerpacích zariadeniach pre zásobovanie vodou, likvidáciu odpadových vôd a zavlažovacie systémy. V tomto smere má množstvo špeciálnych funkcií, ktoré poskytujú vlastnosti potrebné na prevádzku v týchto podmienkach, ktoré sú uvedené nižšie.

1. Riadiaci systém meniča zabezpečuje automatickú reguláciu proporcionálno-integrálnych regulátorov, vďaka čomu sa zosilnenia PI regulátorov prispôsobujú v závislosti od odozvy riadiaceho objektu (vodovodná nádrž-čerpadlo-voda) na zmeny zadaného prevádzkového režimu systém variabilný pohon.

Vďaka tejto vlastnosti je PI regulátor individuálne nastavený pre každý konkrétny objekt a nevyžaduje presné nastavenie proporcionálnych (P) a integrálnych komponentov regulátora pri uvádzaní meniča do prevádzky.

2. Riadiaci systém meniča VLT AQUA Drive zabezpečuje postupné plnenie prázdneho potrubia, čím sa predchádza riziku hydraulického šoku a následného poškodenia potrubia a hydromechanického zariadenia.Táto vlastnosť je obzvlášť cenná pre zavlažovacie čerpacie jednotky, ktoré sú často zahrnuté do prevádzky prázdnych vodovodných potrubí. Plnenie prívodu vody sa vykonáva signálom tlakový snímač v niekoľkých krokoch.

3. Riadiaci systém meniča VLT AQUA Drive má schopnosť signalizovať pokles tlaku v potrubí pod nastavenú hodnotu, keď čerpadlo dosiahne menovité otáčky (bod A). Tento signál indikuje potrebu zapnúť ďalšie čerpadlo, ak na vodovodnom potrubí beží skupina čerpadiel.

Ak je jedno čerpadlo určené na prevádzku na izolovanom vodovodnom potrubí, signál indikuje prerušenie vody alebo veľký únik vody zo systému. V tomto prípade sa čerpadlová jednotka vypne a prijmú sa opatrenia na odstránenie poruchy prívodu vody.

4. Riadiaci systém meniča má schopnosť regulovať otáčky čerpadla pri jeho zastavení.Vďaka tejto vlastnosti sa rýchlosť otáčania postupne znižuje až na rýchlosť otáčania zodpovedajúcu momentu uzavretia ventilu, čo zabraňuje vzniku vodné rázy v systéme a mechanické vplyvy na samotný ventil.

5. Riadiaci systém meniča VLT AQUA Drive má schopnosť detekovať chod nasucho. Systém priebežne vyhodnocuje prevádzkové podmienky čerpadla na základe výsledkov merania parametrov pohonu (otáčky a výkon pohonu). Pri nízkej spotrebe energie, ku ktorej dochádza pri príliš malom alebo žiadnom prietoku, sa čerpadlová jednotka zastaví.

6. Frekvenčný regulátor VLT AQUA Drive môže pracovať v režime spánku.Tento režim sa chápe ako prevádzka čerpadla s veľmi nízkym prietokom, čo zodpovedá nízkej spotrebe energie. To sa zvyčajne stáva, keď čerpadlo beží pri nízkej rýchlosti.

Riadiaci systém, ktorý porovnáva rýchlosť čerpadla a ním spotrebovaný výkon, uvedie systém do «režimu spánku». Pri nízkom prietoku čerpadlo zvýši tlak na požadovanú hodnotu a zastaví sa. Okrem toho riadiaci systém monitoruje tlak vo vodovodnom systéme alebo hladinu odpadovej vody v prijímacej nádrži čistiarne odpadových vôd.

Pri poklese tlaku vo vodovodnom systéme alebo zvýšení hladiny odpadovej vody v zbernej nádrži čerpacej stanice sa čerpadlo uvedie do prevádzky. Vďaka vlastnosti riadiaceho systému zabezpečiť «spánkový režim» sa znižuje opotrebovanie čerpacej jednotky, čím sa bráni jej prevádzke s malým odberom vody alebo malým prietokom odpadovej vody v prijímacej nádrži čerpacej stanice. Prítomnosť tejto funkcie konvertora umožňuje ušetriť v priemere 5% energie spotrebovanej na zásobovanie vodou.

7. Riadiaci systém meniča VLT AQUA Drive má funkciu, vďaka ktorej sa zohľadňuje tlaková strata vo vodovodnom potrubí od čerpacej stanice po diktujúci bod vodovodnej siete. Vďaka tejto funkcii sa na výstupe z čerpacej stanice nastavuje požadovaný tlak v súlade s meniacim sa prívodom vody. Toto berie do úvahy, že tlaková strata v potrubí je úmerná druhej mocnine prietoku.

Táto vlastnosť umožňuje poskytnúť potrebnú výšku na konci vodovodného potrubia bez tlakového snímača.Môže sa však efektívne použiť iba pri absencii prechodného odtoku vody pozdĺž potrubia.

8. Spolu s uvedenými vlastnosťami meniča VLT AQUA Drive riadiaceho systému je potrebné si uvedomiť nasledovné:

• zabezpečenie plynulého štartu pri danej intenzite spúšťania a vypínania čerpadla, čo zabraňuje poškodeniu ložísk čerpadla, znižuje pravdepodobnosť hydraulického šoku v potrubiach, znižuje spúšťacie prúdy v napájacej sieti;

• zabezpečenie striedania čerpacích jednotiek ako pracovných a v pohotovostnom režime. To zaisťuje rovnomerné opotrebovanie zdroja motora čerpacích jednotiek;

• Indikácia výplaty konvertora zobrazujúca, koľko času zostáva do úplného obnovenia meniča VLT AQUA Drive.

Okrem toho si osobitne všímame špeciálne funkcie na úsporu energie pohonov s premenlivou frekvenciou založených na konvertoroch Danfoss.

1. Funkcia AEO (funkcia automatickej optimalizácie energie). Vďaka tejto funkcii pohon spotrebuje toľko energie, koľko je potrebné na dodanie kvapaliny v danom čase.

Použitie tejto funkcie ušetrí ďalších 5-10% energie. Táto funkcia navyše znižuje spotrebu pohonu jalový výkon a podľa toho aj zaťažovací prúd elektromotora. Táto funkcia je obzvlášť účinná pri mechanizmoch s odporovým momentom ventilátora (ťahový moment je úmerný druhej mocnine rýchlosti), vrátane odstredivých čerpadiel. Táto funkcia tiež znižuje akustický hluk zariadenia.

2. Funkcia automatickej adaptácie motora zabudovaná do meniča.Nastavenie frekvenčného meniča výrazne závisí od vnútorných parametrov elektromotora (odpor, indukčnosť a pod.).

Funkcia automatickej adaptácie umožňuje presne určiť parametre motora pripojeného k meniču a upraviť ho. Táto funkcia je dôležitá v prípadoch výmeny motorov čerpadiel, pri zmene parametrov motora po oprave a pri zapojení rôznych typov elektromotorov do série k rovnakému meniču.

Prítomnosť tejto funkcie znižuje spotrebu energie o 3-5% a pri použití repasovaných elektromotorov dosahuje úspora 10%. Použitie obzvlášť vysokovýkonných frekvenčných meničov je spojené s generovaním harmonických vyšších rádov.

Prítomnosť vyšších harmonických v prúde vedie k prehriatiu káblových vodičov, zvyšuje straty v transformátoroch, zhoršuje pracovné podmienky kondenzátorové banky… Okrem toho izolácia prvkov energetických sietí predčasne starne, prvky ochranných zariadení (automatické zariadenia, poistky) sa spúšťajú bezdôvodne, dochádza k rušeniu v telekomunikačných sieťach umiestnených v blízkosti silových káblov.

V súčasnosti je veľa modelov frekvenčných meničov vybavených vstavanými filtrami elektromagnetickej kompatibility (EMC). Najmä na zabránenie vstupu vyšších harmonických prúdu do externej napájacej siete sú frekvenčné meniče VLT AQUA Drive vybavené tlmivkami v medziprúdovom vedení na zníženie harmonických skreslení.