Что из себя представляет частотник для скважинного насоса и зачем он нужен

Пути решения

Обойти проблему отключения электроэнергии можно, просто встроив в существующую систему трубы большего диаметра. Жидкость в данной системе циркулирует естественным образом – за счет силы гравитации. Однако такая система не удобна в регулировании.

Можно воспользоваться и генератором. Однако генератор требует особых условий эксплуатации: поддержание одного уровня топлива, наличия специального места. Все это, как правило, требует финансов, и кроме того — небезопасно. При работе есть вероятность скачков напряжения, которые могут привести к поломке системы электронного управления котлом.

Гораздо удобнее и проще решить вопрос при помощи ИБП – источника бесперебойного питания. «Бесперебойник» автоматически включается при отсутствии электроэнергии, благодаря чему система будет работать в любом случае. Оборудование ИБП можно установить в любом помещении без какого-либо специального обслуживания — аккумуляторные батареи заменяются раз в 2-3 года. Функционирует такое устройство практически бесшумно. Нужно отметить и то, что установка ИБП обходится намного дешевле, чем покупка, например, генератора.

Как выбрать частотный преобразователь?

Следует выделить несколько основных параметров, на которые нужно обращать внимание  при выборе частотного преобразователя:

Мощность. Данный параметр частотного преобразователя должен соответствовать мощности двигателя, с которым он будет использоваться. Следует выбирать устройство, мощность которого будет соответствовать номинальному току. Покупать частотный преобразователь с очень завышенными характеристиками попросту бессмысленно, ведь он обойдется намного дороже, да и с наладкой могут возникнуть проблемы.
Тип нагрузки. Тут все зависит от того, как осуществляется работа агрегата, к которому будет подключен частотный преобразователь. Например, при вентиляторных нагрузках не бывает перегрузок, а в случае с работой пресса – ток может превышать номинальные значения  на 60 и более процентов. Соответственно, необходимо учитывать это при выборе и оставлять определенный запас «хода».
Тип охлаждения двигателя. Двигатели могут оснащаться принудительными системами охлаждения либо иметь самообдув. Во втором случае к крыльчатке ротора прикрепляются специальные лопасти, которые вращаются вместе с ним и обдувают двигатель. Соответственно, нормальная степень обдува в данном случае напрямую зависит от частоты вращения. Если двигатель продолжительное время будет работать на пониженной частоте, то это может привести к перегреву. Соответственно, лучше позаботиться о дополнительном охлаждении, если изменение частоты будет больше 10% от номинального значения.
Входное напряжение. Данный показатель определяет, при каком напряжении способен работать преобразователь частот. Тут мало знать, что в сети напряжение обычно составляет около 380 В. Часто происходят скачки в диапазоне +-30%. Кроме того, в сетях, куда подключено большое количество силового оборудования, часто случаются выбросы в 1 кВ. Соответственно, чем шире диапазон рабочих напряжений у преобразователя частот, тем надежнее он будет работать.
Способ торможения. Остановка двигателя может осуществляться либо инверторным мостом, либо электродинамическим способом. Первый метод больше подходит для точного и быстрого торможения, а второй – в механизмах с частым торможением либо при необходимости постепенной остановки

На это обязательно следует обратить внимание.
Окружающая среда и защита. Обычно в паспорте преобразователя частоты указаны условия, при которых должно использоваться устройство. Например, влагозащищенные модели соответствуют стандарту IP 54 – они устойчивы к воздействию влаги и могут использоваться в помещениях с паровыми испарениями и повышенной влажностью.
Тип управления и интерфейсы

Обязательно необходимо обратить внимание на наличие подходящих для подключения разъемов, а также возможностей правления – некоторые модели предназначены для монтажа на месте, а другие – в отдельной рубке управления.

Например, влагозащищенные модели соответствуют стандарту IP 54 – они устойчивы к воздействию влаги и могут использоваться в помещениях с паровыми испарениями и повышенной влажностью.
Тип управления и интерфейсы

Обязательно необходимо обратить внимание на наличие подходящих для подключения разъемов, а также возможностей правления – некоторые модели предназначены для монтажа на месте, а другие – в отдельной рубке управления.. Если вы никогда не работали с преобразователями частоты, лучше обратиться за консультацией к специалисту.

Если вы никогда не работали с преобразователями частоты, лучше обратиться за консультацией к специалисту.

Монтирование автоматики

Для монтажа автоматики на насос требуется знать, как правильно подключать узлы. Для разных блоков схема может отличаться, а её особенности чаще всего находятся в сопроводительной документации к блоку. Для примера можно рассмотреть установку системы первого поколения, так как она самая простая.

Вначале следует надеть на резьбу гидроаккумулятора «американку» (специальный фитинг), чтобы потом подключить к ней тройник. Также она пригодится для удобной замены составляющих, так как фитинг легко снимается. В резьбу тройника нужно установить датчик регулировки и измерения давления.

Все соединения следует уплотнить фум-лентой для предотвращения протечки и падения давления. Далее один конец трубы нужно закрепить на гидроаккумуляторе, а другой – на насосе.

Трубу с насосом следует уложить на ровной поверхности. В петли на корпусе устройства нужно продеть трос для страховки от падения длинной в 3 м, после чего прикрепить его и кабель питания на трубе с промежутками в 150 см. Вторую часть троса нужно зацепить рядом со скважиной.

Пример монтажа погружного насоса Источник dovidkam.com

Промежуточная цепь

Промежуточная цепь выполняет роль своеобразного хранилища, из которого электродвигатель получает энергию через инвертор. В зависимости от комбинации инвертора и выпрямителя промежуточная цепь может иметь одну из следующих формаций:

1. Инвертор-источник питания. В данном случае промежуточная цепь имеет в составе мощную индуктивную катушку, которая преобразует напряжение выпрямителя в изменяющийся постоянный ток. Само напряжение двигателя определяется по нагрузке. Такой тип цепей может работать только с управляемыми выпрямителями.
2. Инверторы — источники напряжения. В данном случае в промежуточной цепи используется фильтр, в состав которого входит конденсатор. Он сглаживает напряжение, поступающее от выпрямителя. Такие цепи способны работать с любыми типами выпрямителей.
3. Цепь изменяющегося постоянного напряжения. В данном случае перед фильтром устанавливается прерыватель, в котором имеется транзисторы, выключающий и включающий подачу напряжения от выпрямителя. В данном случае фильтр обеспечивает сглаживает прямоугольные напряжения после прерывателя, а также поддерживает постоянное напряжение на заданной частоте.

Преимущества частотно-регулируемого привода насосов.

Устройства изменения частоты применяют как для привода насосов небольших автономных водопроводных и отопительных систем, так и для централизованных сетей отопления, горячего и холодного водоснабжения. Преобразователи частоты устанавливают также в электроприводах агрегатов подачи технологических жидкостей, высокоточных дозаторов, систем автоматического тушения пожаров и охлаждения.

Частотные преобразователи позволяют:

• Осуществлять плавный пуск. При запуске насоса на полную мощность резко увеличивается давление, что может привести к гидроударам. Кроме того, при старте на полном напряжении ток увеличивается в 3-5 раз и более. Преобразователи частоты снижают пусковые токи, а также снижают вероятность гидравлических ударов.
• Снизить потребление электроэнергии. При работе насосов на полузакрытые задвижки существенно снижается к.п.д. агрегатов. Преобразователи частоты позволяют регулировать подачу в зависимости от потребления путем изменения производительности. Это позволяет снизить потребляемую мощность на 20-70%.
• Осуществлять автоматическое управление. Современный преобразователь частоты – многофункциональное устройство. Оборудование позволяет регулировать расход и напор по нескольким характеристикам. Устройство также защищает двигатель и насос от перегрузок, перепадов напряжения, обрыва фаз, «сухого хода», заклинивания вала, других аварий и ненормальных режимов работы.
• Обеспечивать связь с удаленными пунктами управления. Промышленные преобразователи частоты, которые используют для насосных станций городского или сельского водоснабжения, централизованных сетях теплоснабжения, поддерживают базовые протоколы связи. Такие приводы встраиваются в сложные системы автоматизации.

При помощи специализированных устройств можно осуществлять групповое управление насосами на станциях, подключать и отключать резервные агрегаты, задавать алгоритмы управления.

Как выбирать и устанавливать оборудование?

Стандартная комплектация насосной станции состоит из:

• Погружного или поверхностного насоса;
• Манометра;
• Шланга, оснащённого нержавеющим покрытием;
• Гидроаккумулятора;
• Реле давления воды.

К дополнительному оборудованию относят:

• Частотные преобразователи скважинных насосов;
• Стабилизаторы напряжения;
• Источники бесперебойного питания;
• Датчик;
• Блоки;
• Управляющие реле т.д.

Если конструкция уже имеющегося насосного оборудования не оснащена преобразователем частот, то можно осуществить его самостоятельную установку. Обычно в прилагаемой к модели насоса документации имеются указания относительно того, с каким именно преобразователем может взаимодействовать насос данного типа.

В случае отсутствия подобной информации нужно, опираясь на значимые параметры, подобрать преобразователь самостоятельно:

1. Уровень мощности.

Необходимо соответствие между мощностью электропривода и преобразователя.

1. Значение входного напряжения.

Указание на то, при какой силе тока преобразователь работает. Здесь необходимо учитывать каковы могут быть потенциальные колебания в сети (низкий уровень напряжения провоцирует остановку, высокий — поломку).

1. Категория двигателя насоса.

Однофазный, двухфазный или трёхфазный.

1. Границы диапазона частотного управления.

Для скважинного насоса требуется 200 — 600 Гц (в зависимости от того, какова первичная мощность насоса), для циркулярного насоса — 200 — 350 Гц.

1. Соответствие числа входов/выходов управления эксплуатационным потребностям.

Чем их больше, тем больше возможностей управления рабочим процессом.

1. Выбор подходящего способа управления.

В случае со скважинным насосом — управление выносного типа, позволяющее осуществлять управление напрямую из дома, а циркуляционный насос отлично работает с пультом дистанционного управления.

Определять надёжность приобретаемых устройств нужно косвенно по длительности гарантийного срока. Соответственно, чем он больше, тем лучше качество.

Пускозащитное устройство скважинного насоса

Поломка насосного оборудования влечет за собой многие неприятности: затраты на его ремонт или приобретение нового. Кроме того, на длительный срок прекращается водоснабжение. Установка вспомогательной аппаратуры, которая будет обеспечивать бесперебойную подачу воды, позволит избежать подобных неприятностей.

Главный запуск электродвигателя, а также его последующий разгон до рабочего режима достигается применением конденсатора. Защитное тепловое реле, которое имеется в его составе, обеспечивает защиту (если возникает внештатная ситуация) и отключает подачу питания (при неисправности электродвигателя). Пусковое защитное устройство может срабатывать из-за превышения рабочего напряжения. Оно возникает из-за того, что в электросети происходят скачки напряжения, которые выше допустимого уровня. Также по току может возникнуть перегрузка из-за того, что на скважинный насос идет повышенная нагрузка, или он неисправен.

Пускозащитное устройство скважинного насоса стоит достаточно дешево

Какие элементы присутствуют в пускозащитном устройстве:

• Соединительная клеммная колодка, которая обеспечивает надлежащее качество при подключении устройства и предназначена для удобства;
• Тепловое защитное реле с ручной или автоматической перезагрузкой;
• Конденсаторный блок или пусковой конденсатор.

Пусковое защитное устройство для насоса может входить в комплект или поставляться отдельно. В обоих случаях не получится избежать самостоятельного подключения оборудования.

Особенности монтажа

Инвертор устанавливается в шкафу, где сосредоточено все управление насосными системами, или в другом месте с обязательным соблюдением требований к работе инвертора. Для качественного монтажа должны быть соблюдены следующие условия:

• не устанавливайте преобразователь в местах с повышенным риском возгорания;
• не устанавливайте инвертор в местах с электромагнитным излучением.
• диапазон температур в помещении должен быть от 10 до 45 градусов, а влажность не должна быть более 90%;
• не допускать попадания воды в устройство;
• исключить возможность попадания прямых солнечных лучей;
• установите преобразователь на прочное, жесткое и безвибрационное основание;
• инвертор необходимо устанавливать в хорошо вентилируемом помещении;

Принцип действия частотного преобразователя

Принцип действия частотного преобразователя базируется на особенностях работы асинхронного электродвигателя. В электрическом двигателе такого типа частота вращения магнитного поля (величина n1) зависит от частоты напряжения питающей сети. В случае, когда питание обмотки статора выполняется трехфазным напряжением, имеющим частоту f, генерируется вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого определяется по нижеприведенной формуле:

, где

р – это число пар статорных полюсов.

Переход от скорости вращения поля ω1, которая измеряется в радианах, к частоте вращения n1 (об/мин), выполняется согласно формуле:

, где

60 – это коэффициент пересчета размерности.

Если подставить в это уравнение скорость вращения поля ω1, получим следующее равенство:

Отсюда несложно заключить, что показатель частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя зависит от частоты напряжения питающей сети. Именно эта зависимость и отображает всю суть метода частотного регулирования. Частотный преобразователь для электродвигателя изменяет частоту напряжения питания на входе и, как следствие, регулирует частоту вращения ротора. Подчеркнем, что выходная частота в современных частотниках изменяется в широком диапазоне, а, значит, эта величина может быть как ниже, так и выше частоты питающей сети.

Частотник для электродвигателя, принцип работы силовой части которого лег в основу нижеприведенной классификации, соответствует следующим параметрам:

• Преобразователи с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.
• Преобразователи с непосредственной связью (промежуточное звено постоянного тока отсутствует).

По историческим меркам первыми появились частотные преобразователи с непосредственной связью. В этих агрегатах силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель, выполненный на тиристорах. Управляющий узел в порядке очереди отпирает группы тиристоров, тем самым формируя выходной сигнал. Сегодня этот метод преобразования в новых разработках не используется.

Как работает преобразователь этого класса? Здесь используется двойное преобразование электроэнергии: входное синусоидальное напряжение (величины L1, L2, L3 на рисунке) с постоянной амплитудой/частотой выпрямляется в выпрямительном блоке (BR), фильтруется и сглаживается в блоке фильтрации (ВF), как результат, — получаем постоянное напряжение. Представленный узел носит название – звено постоянного тока.

решение задач формирования синусоидального переменного напряжения с регулируемой частотой отвечает блок преобразования (BD). Роль электронных ключей, формирующих выходной сигнал, выполняют биполярные транзисторы с изолированным затвором IGВТ. Процесс управления вышеперечисленными блоками происходит согласно заблаговременно запрограммированному алгоритму микропроцессорным модулем или логическим блоком (BL).

Схема ниже показывает, что частотные преобразователи могут быть запитаны от внешнего звена постоянного тока. При этом защита частотника выполняется посредством быстродействующих предохранителей

Важно отметить, что использовать контакторы для питания от звена постоянного тока не рекомендуется. Дело в том, что при контакторной коммутации возникает повышенный зарядный ток и предохранители могут выгореть

Монтаж автоматики для насосных систем

Самой простой в монтаже является схема установки поплавкового устройства, имеющего функцию контроля над уровнем. Защита работает по определенному принципу. Происходит принудительное отключение от сети двигателя насосной системы, если превышен максимально допустимый уровень мощности.

Включение мотора осуществляется в случае падения уровня ниже максимально допустимого.
Простая поплавковая схема обеспечивает защиту водозабора с емкостью малого объема.
В системе должен быть контроль рабочего давления, устройства датчиков и реле. Применение автоматизированных блоков контроля над параметрами давления необходимо:

• для защиты систем водозабора в домах с использованием погружного оборудования, при котором монтаж реле осуществляется на трубопроводе;
• для индивидуального водоснабжения при наличии мембранной емкости и внутрискважинного либо наружного насоса.

Классическая схема установки насоса для скважины с автоматикой в загородном доме может быть
выполнена своими руками. Первоначальный этап монтажа связан с выбором места для установки
насоса к автоматике. Оно должно быть размещено в комнате, защищенной от промерзания и попадания влаги, поэтому помещение может быть подвальным или цокольным.

Автоматизация насосной системы должна выполняться с помощью следующих устройств:

• реле давления;
• манометра, датчика «сухого» хода;
• запорной арматуры, включая вентили с кранами;
• труб;
• тройников, переходников, разветвителей;
• изоленты.

Реле давления монтируется на трубе перед входом в емкость аккумулятора. Затем проводится монтаж
датчика, обеспечивающего защиту от сухой работы.

Элементы на тройнике соединяются с последующей
изоляцией и проверкой герметичности. Настраивать и регулировать свой насос можно после проверки
на работоспособность тех устройств, которые к нему подключены. Выполнив первичную установку, следует проверить контактную группу, подключив провод электропитания.

Обязательно проводится кабель заземления. После сборки блок подсоединяется к насосу и включается в сеть. Скважинный насос с автоматикой представляет собой сложную конструкцию, производство которой должно отличаться высоким качеством. Лучше покупать такие устройства у проверенных европейских фирм.

Однофазный частотный преобразователь для насоса в рамках бытовой системы водоснабжения

Эргономичность приборов является весьма значимым показателем в рамках бытового обслуживания. Улучшение данного параметра для системы водоснабжения, использующей маломощную однофазную модель насоса, затруднительно, поскольку для этого требуется преобразователь с входным/выходным уровнем напряжения 1х220В, а найти такой нелегко.

Обычно бытовые насосы не имеют нареканий по энергопотреблению, однако это не компенсирует затрат на покупку, ввиду её редкой эксплуатации.

Однако установка преобразователя при этом не теряет актуальности, поскольку он помогает поддержанию постоянного сетевого давления. Иначе говоря здесь осуществляется запрос на комфортную эксплуатацию.

Особенно важна такая опция при использовании горячей воды. То есть, применение частотника избавляет от температурных скачков и изменения силы напора.

1 Зачем нужен частотный преобразователь?

Практически все современные насосы, реализующиеся в бюджетной и средней ценовой категории, спроектированы по принципу дросселирования. Электромотор таких агрегатов всегда работает на максимальной мощности, а изменение расхода/давления подачи жидкости осуществляется посредством регулировки запорной арматуры, которая меняет сечение пропускного отверстия.

Такой принцип работы имеет ряд существенных недостатков, он провоцирует появление гидравлических ударов, так как сразу же после включения насос начинает качать воду по трубам на максимальной мощности. Также проблемой является высокое энергопотребление и быстрый износ компонентов системы — как насоса, так и запорной арматуры с трубопроводом. Да и о точной настройке такой системы водоснабжения дома из скважины речи быть не может.

Вышеописанные недостатки несвойственны насосам, оснащенным частотным преобразователем. Данный элемент позволяет эффективно управлять давлением, создаваемым в трубопроводе водоснабжения либо отопления, с помощью изменения величины поступающей на мотор электроэнергии.

Схема работы насоса в разных режимах

Как можно увидеть на схеме, насосное оборудование всегда рассчитывается по параметру предельной мощности, однако в режиме максимальной нагрузки насос работает лишь в периоды пикового потребления воды, что бывает крайне редко. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования является излишней. Частотный преобразователь, как показывает статистика, позволяет экономить до 30-40% электроэнергии при работе циркуляционных и скважинных насосов.

1.1 Устройство и алгоритм работы

Частотный преобразователь для насосов водоснабжения является электротехническим прибором, который преобразует постоянное напряжение электросети в переменное по предварительно заданной амплитуде и частоте. Практически все современные преобразователи выполнены по схеме двойного изменения тока. Такая конструкция состоит из 3-ех основных частей:

• неуправляемый выпрямитель;
• импульсный инвертор;
• система управления.

Ключевым элементом конструкции является импульсный инвертор, который в свою очередь состоит из 5-8 ключей-транзисторов. К каждому из ключей подключается соответствующий элемент обмотки статора электромотора. В зарубежных преобразователях используются транзисторы класса IGBT, в российских — их отечественные аналоги.

Система управления представлена микропроцессором, который параллельно выполняет функции защиты (отключает насос при сильных колебаниях тока в электросети) и контроля. В скважинных насосах для воды управляющий элемент преобразователя подключается к реле давления, что позволяет функционировать насосной станции в полностью автоматическом режиме.

Экономия электроэнергии при использовании ЧП

Алгоритм работы частотного преобразователя достаточно прост. Когда реле давления определяет, что уровень давления в гидробаке упал ниже допустимого минимума, передается сигнал на преобразователь и тот запускает электромотор насоса. Движок разгоняется плавно, что снижает воздействующие на систему гидравлические нагрузки. Современные преобразователи позволяют пользователю самостоятельно устанавливать время разгона электродвигателя в пределах 5-30 секунд.

В процессе разгона датчик сигнала непрерывно передает на преобразователь данные о уровне давления в трубопроводе. После того, как оно достигает требуемой величины, блок управления останавливает разгон и поддерживает заданную частоту оборотов мотора. Если подключенная к насосной станции точка водопотребления начнет расходовать больше воды, преобразователь увеличит давление подачи путем повышения производительности насоса, и наоборот.

Как выбрать преобразователь

На что следует обратить внимание при подборе частотных преобразователей на свой насос:

1. Мощность оборудования – от этого зависит частота вращения насоса, регулируемая преобразователем.
2. Диапазон входного напряжения – уровень напряжения в сети, при котором частотник сохраняет свою функциональность. В этом случае стоит произвести расчет, какое напряжение может возникнуть в сети. Этот показатель позволит «пережить» преобразователю колебания напряжения в сети, полностью сохранив свою работоспособность.
3. Диапазон изменений частоты – убедитесь, что выбираемое оборудование выдает именно ту частоту, которую смогут поддерживать механизм насоса и его двигатель.
4. Количество управляющих входов – для ввода различных команд, которые могут потребоваться при управлении насосом (старт, реверс, стоп, аварийная остановка и др.). Входы устанавливаются самим пользователем. Если вы стремитесь построить сложную систему, в таком случае, чем больше входов, тем лучше, для бытого применения подойдет частотник с небольшим количеством входов.
5. Количество выходных сигналов – потребуются для аналогового управления преобразователем.
6. Метод управления – как осуществляется оперативное управление преобразователем (через входы управления с автономного или локального пульта, от ПК или контролера, переключаемое или комбинированное управление).

Учитывая представленные характеристики, вы сможете подобрать такое оборудование, которое подойдет именно для вашего насоса и для ваших нужд.

Настройка преобразователей для насоса.

Перед наладкой и первым пуском насосных агрегатов еще раз проверяют подключения. Далее отключают подачу напряжения на двигатель и подают напряжение на частотный преобразователь. При этом должны заработать вентиляторы, засветиться дисплей, а на экране должно отобразиться сообщение “OFF”.

Затем переводят преобразователь в режим настройки, вводят характеристики двигателей, диапазоны скоростей, время разгона и остановки, другие характеристики. Устройства с автоматическим определением параметров двигателей переводят в режим адаптации.

После ввода и сохранения рабочих параметров настраивают специальные функции и задают режимы регулирования.

Далее подают напряжение в выходную цепь, проверяют направление вращения вала, работу двигателя во всех диапазонах.

Промышленные преобразователи в автоматизированных системах настраивают совместно с оборудованием управления и контроля. После внесения корректировок и окончательной настройки и полной адаптации привода насосный агрегат вводят в эксплуатацию.

Установка преобразователей частоты в приводы насосов эффективна практически во всех случаях. Устройства обеспечивают увеличение энергоэффективности (до IE 5 по стандарту IEC 60034-30 2008 в приводах с синхронными двигателями на постоянных магнитах), существенно снижают износ трубопровода и другого оборудования.

Принцип действия и разновидности

Принцип работы автоматики для скважинного электронасоса основан на изменении физических параметров воды в линии и водозаборном источнике. Насос для скважины с автоматикой отключается и включается при изменении давления, высоты водяного столба в источнике, скорости движения жидкости по трубопроводу или ее пропадании в линии.

При использовании погружных электронасосов в трубопровод устанавливают отдельные узлы управления и гидроаккумулятор, в более современных модульных моделях все приборы объединены в одном блоке.

При использовании поверхностных агрегатов все управляющие элементы монтируют на один каркас, модуль называют насосная станция – использовать ее намного удобнее, чем самостоятельно устанавливать все элементы в линию.