В системах управления бытовыми электрическими насосами может использоваться автоматика разных видов — от простейших недорогих реле до сложных блоков электронного управления, превосходящих по цене простую автоматику в десятки раз. Самыми перспективными и высокотехнологичными устройствами для управления насосным оборудованием считаются приборы, изменяющие частоту питающего напряжения насосов.

Частотное преобразование по сравнению с обычной схемой подключения электрического насосного оборудования с использованием реле давления имеет следующие преимущества:

Позволяет поддерживать в системе постоянное давление вне зависимости от объема потребления воды. Автоматика отслеживает напор и изменяет скорость работы электрического насоса.
Водопроводная магистраль практически не подвержена гидроударам, в связи с чем гидроаккумулятор может быть заменен на прибор меньшего объема или вообще исключен из системы.

Частотное регулирование обеспечивает плавный пуск и остановку электрического насоса — это увеличивает срок его службы за счет исключения из рабочего режима резких скачков напряжения, наиболее часто приводящих к выходу из строя любого электрооборудования.
Скважинные насосы с частотным регулированием существенно экономят электроэнергию — они не нагнетают в систему избыточное давление при работе на полную мощность, расчет показывает, что экономия может быть до 50%.
По удобству пользования и простоте управления частотные устройства значительно превосходят системы с реле давления. Для получения необходимого давления не требуется длительная настройка системы по манометру путем вращения винтов в реле — достаточно выбрать необходимое значение на пульте управления устройства, нажав соответствующую кнопку.

Рис. 1 Внешний вид подключения блока управления с преобразователем частоты

Принцип работы частотного преобразователя

Регулирование скорости вращения вала электродвигателя путем снижения числа его оборотов за счет изменения частоты питающего напряжения, является единственным способом получения малой производительности электронасоса без снижения коэффициента полезного действия.

Способ частотного управления асинхронным двигателем был сформулирован еще в 30-х годах советским академиком Костенко, его техническая реализация произошла намного позднее после появления мощных полупроводниковых устройств — тиристоров.

Рис. 2 Функциональная схема частотного управления асинхронным трехфазным двигателем

Электронная схема управления асинхронным трехфазным двигателем, позволяющая менять его частоту вращения путем изменения частоты и амплитуды питающего напряжения, состоит из трех основных блоков:

Цепь постоянного тока. Электронными элементами цепи являются выпрямители и фильтры, преобразующие переменный ток частотой 50 Гц. напряжением 380 В. в постоянное напряжение.

Силовой импульсный инвертор. Транзисторные полупроводниковые приборы реализуют широтно-импульсную модуляцию, работая в ключевом режиме, то есть находятся в разомкнутом (выключенном состоянии) или в замкнутом (состоянии насыщения). В первом случае их сопротивление стремится к бесконечности и ток в цепи очень мал, поэтому падение напряжения на транзисторах невелико, как и рассеиваемая мощность. При подаче открывающего напряжения сопротивление p-n перехода стремится к нулю и падение напряжения на транзисторе незначительно, как и рассеиваемая на нем мощность. Переходные состояния вызывают существенное повышение выделяемой на транзисторах мощности, но длятся короткий отрезок времени, не вызывая перегрева приборов и выхода их из строя. Схемы управления с частотным (широтно — импульсным) преобразованием имеют КПД порядка 98%.

Рис. 3 Управляющие импульсы в схеме ШИМ

На выходе транзисторных ключей получают напряжение в виде импульсов одинаковой амплитуды с разной длительностью. Система управления организует работу транзисторных ключей, задавая время их открытого и закрытого состояния — соответственно изменяется ширина импульсов.

В приводах асинхронных двигателей используется трехуровневая широтно-импульсная модуляция с импульсами положительной и отрицательной полярности. На обмотку электродвигателя подается переменное импульсное напряжение прямоугольной формы (V), при этом магнитный поток в статоре (B) имеет синусоидальную форму.

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 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:

Частотный преобразователь для скважинного насоса

Данный преобразователь (инвертор) предназначен для частотного регулирования скорости вращения ротора электродвигателя, а, следовательно, и рабочего колеса скважинного насоса.

Для этого входящий в инвертор трехфазный (напряжение 380 А, частота 50 Гц) или однофазный (напряжение 220В, частота 50Гц) ток преобразуется в трехфазный или однофазный ток, но с изменяющейся частотой и амплитудой. Преимущества применения частотного преобразователя для скважинного насоса :

1. Плавное включение электродвигателя, а значит и всего насоса. Его рабочее колесо плавно, постепенно будет набирать рабочие обороты. Поэтому резко снижаются пусковые токи (для мощных, более 10 кВт электродвигателей, пусковые токи могут в 5-6 раз превышать номинальные!), механические нагрузки на насос, исключается возможность гидроудара. Тем самым экономнее расходуется ресурс насоса, и он более длительный период может служить. Не забываем и про скважину, для которой гидроудары также не есть хорошо.
2. Если скважинный насос напрямую подает воду, минуя мембранный гидроаккумулятор (например, при поливе) и при этом водоразбор меньше производительности насоса, то частотный преобразователь, уменьшив частоту вращения рабочего колеса, приведет в соответствие мощность насоса требуемому водоразбору. А уменьшение мощности, это уменьшение потребление электроэнергии.

Но наряду с достоинствами частотный преобразователь имеет и свои недостатки:

1. Длина кабеля между преобразователем и двигателем не должна превышать 50 м. Собственная емкость кабеля (которая с длиной возрастает) приводит к появлению пиковых напряжения на клеммах электродвигателя и возможен пробой между его обмотками.
2. Достаточно высокая стоимость преобразователя ≈ 7-13 тыс. рублей (для электродвигателей малой мощности).

В настоящее время среди известных торговых марок скважинные насосы с частотным преобразователем выпускает компания Grundfos (Дания) – серия SQE, выполненная из нержавеющей стали, производительностью 3,5 – 7 м 3 /ч и напором 68 – 107 метра. Помимо плавного пуска и регулирования мощности преобразователи в этих насосах выполняет следующие защитные функции:

– от работы «всухую» (рабочая часть насоса находится вне воды);

– от скачков напряжения;

– от разного рода перегрузок.

Насосы серии Grundfos SQE надежны, долговечны и экономичны. Единственный недостаток – это их высокая стоимость. Для примера. Ориентировочная стоимость насоса SQ 2-85 (производительность 3,5 м 3 , напор 109 м, мощность 1.15 кВт) составляет 32 тыс. рублей. А точно такая же (по техническим характеристикам) модель с частотным преобразователем – SQE 2-85 стоит уже 69 тыс. рублей. То есть более, чем в 2 раза дороже!

Впрочем, множество компаний выпускают частотные преобразователи различной мощности именно для работы со скважинными насосами – ITALTECNIKA SIRIO (Италия), HYUNDAI (Южная Корея), Toshiba (Япония), SIEMENS (Германия), ООО «Завод насосного оборудования» (Россия) и т.д. Так что можно самостоятельно обеспечить себе плавный пуск двигателя для того же Grundfos SQ 2-85. И это обойдется дешевле. В подборе инвертора, в принципе, нет ничего сложного. Основные критерии – мощность двигателя насоса, необходимые входные и выходные напряжения (например, входное – однофазное, 200-230 В, выходное – трехфазное, 200-230 В).

Полезные статьи по данному товару

➪ Автономное водоснабжение дачи или загородного дома
➪ Автономное водоснабжение частного дома
➪ Система и станция автономного водоснабжения
➪ Повысительный насос для системы водоснабжения частного дома

Частотный преобразователь для насоса 220В (для однофазных насосов )- это электронное устройство, которое контролирует включение и выключение электронасоса, регулируя его работу в зависимости от условий подачи, существующих в каждый конкретный отрезок времени. Данный прибор разработан специально для бытовых систем, где подача воды требуется на сравнительно небольшое время и обычно имеет выраженный график потребления.
Функции:
. Защита от "сухого хода", возникающего при недостаточном количестве воды на всасывании.
. Автоматическая перезагрузка после выключения насоса из-за "сухого хода".
. Цифровая индикация давления на экране устройства.
. Светодиоды и индикация на табло сигнализируют о режимах работы устройства, а так же о возникновении ошибок.
. Аварийное выключение и сообщение о сбоях в системе.
. Цифровое входное устройство для поплавка или подсоединения к внешнему устройству контроля.
. Электрические разъемы для удобного подключения кабеля.

Насос начинает работать на максимальных оборотах, а затем постепенно настраивается на работу, зависящую от напора, который требуется в системе. Таким образом, давление на выходе получается постоянным, обеспечивая более комфортное потребление.
Давление регулируется по максимальному временному интервалу (данную величину устанавливают с помощью параметра «Cool mode» от 5 до 30 минут, в соответствии с типом насоса), в течение которого будет происходить подача воды потребителю. По истечению установленного периода, если потребность в поставке воды все еще сохраняется, двигатель насоса начинает работать на максимальной скорости во избежание перегрева, вызванного уменьшенной вентиляцией.

Когда все источники потребления закрываются, выключение насоса и последующее охлаждение двигателя позволяют заново установить время регулирования для следующего цикла насоса (от его включения). Данное время рассчитывается в зависимости от времени паузы и времени работы (одна минута покоя насоса соответствует одной минуте регулирования в следующем цикле).

Применение:
. Электронные устройства контроля потока и давления.
. Частотные преобразователи (инверторы) для контроля постоянного давления.
. Защита от сухого хода.

Характеристики:
Питание сети: монофазное 230В ±10% - 50/60Гц.
Выходное напряжение: монофазное 230В~.
Максимальная мощность двигателя: 750Вт- 1л.с.
Максимальная сила тока на линию: 6A , 230Вт~.
Максимально допустимое давление: 800 КПа (8 бар).
Максимальная температура жидкости: 30°C.
Потеря давления: 0,7 бар на 150 л/мин.
Диапазон регулировки давления включения: 1,5÷5 бар.
Гидравлическое соединение: резьба нар/нар 1".
Диапазон модуляции электрического напряжения: 230÷170 В.
Класс защиты: IP65.