Преобразователь частоты для насоса: как выбрать и настроить

Частотный преобразователь позволяет регулировать производительность насоса изменением частоты вращения электродвигателя. В насосных системах ПЧ используют для плавного пуска, регулирования подачи, поддержания давления и снижения механических нагрузок на оборудование.

Однако для стабильной работы недостаточно подобрать преобразователь только по мощности насоса в киловаттах. Необходимо учитывать номинальный ток двигателя, напряжение питания, характеристики насоса, требуемый диапазон регулирования и способ управления.

Зачем нужен частотный преобразователь для насоса

Без регулирования скорости электродвигатель обычно вращает насос с практически постоянной частотой вращения, а производительность системы регулируется другими способами — например, клапанами или задвижками.

Частотный преобразователь позволяет изменять скорость двигателя в соответствии с фактической потребностью системы.

ПЧ в насосной установке может использоваться для:

• плавного запуска и остановки двигателя;
• регулирования производительности насоса;
• поддержания заданного давления;
• уменьшения гидравлических и механических ударных нагрузок;
• автоматизации работы насосной установки;
• защиты электродвигателя в пределах функций конкретного ПЧ.

Как выбрать ПЧ для насоса

Подбор начинается с электродвигателя насоса. Необходимо найти его шильдик и определить основные электрические параметры.

Для выбора потребуются:

• номинальная мощность двигателя, кВт;
• номинальное напряжение;
• номинальный ток;
• частота двигателя;
• схема соединения обмоток;
• режим работы насоса.

Особенно важен номинальный ток двигателя. При предварительном подборе номинальный выходной ток частотного преобразователя должен быть не ниже тока двигателя для фактического режима его работы.

I ПЧ ≥ I двигателя

После этого необходимо проверить перегрузочную способность выбранной модели и условия её применения.

Подробнее этот принцип разобран в статье «Как подобрать частотный преобразователь по току двигателя».

Выбор ПЧ по напряжению

Класс напряжения частотного преобразователя должен соответствовать питающей сети и требованиям подключаемого двигателя.

Для трёхфазной сети 380 В обычно применяется преобразователь соответствующего класса напряжения. При этом необходимо отдельно проверить напряжение двигателя и схему соединения его обмоток.

Если питание объекта однофазное 220 В, необходимо использовать ПЧ, рассчитанный на соответствующее входное питание, и проверить возможность работы конкретного трёхфазного двигателя от его выхода.

Само обозначение мощности двигателя ещё не определяет подходящую модель преобразователя.

Особенности насосной нагрузки

Для многих центробежных насосов характер нагрузки изменяется вместе со скоростью вращения. Снижение скорости может существенно уменьшать требуемую мощность привода, поэтому частотное регулирование широко применяется в системах водоснабжения, отопления и циркуляции.

Однако нельзя автоматически переносить это правило на любой насос. Необходимо учитывать тип насоса, технологический процесс и допустимый диапазон его работы.

При выборе ПЧ важно знать:

• тип насоса;
• требуемую производительность;
• рабочий диапазон давления;
• допустимый диапазон скорости;
• возможность работы на пониженной скорости;
• условия охлаждения двигателя и насоса.

Поддержание давления с помощью ПЧ

Одна из распространённых задач — автоматическое поддержание давления в трубопроводе.

В такой системе используется датчик давления, сигнал которого поступает на аналоговый вход частотного преобразователя или внешнего контроллера. Система сравнивает фактическое давление с заданным значением и изменяет скорость насоса.

Упрощённая структура выглядит так:

датчик давления → ПЧ → электродвигатель → насос → трубопровод

При увеличении расхода давление может снижаться, и система увеличивает скорость насоса. При уменьшении потребления скорость может быть снижена.

ПИД-регулятор в частотном преобразователе

Для автоматического поддержания давления многие промышленные частотные преобразователи имеют встроенный ПИД-регулятор. Перед использованием необходимо проверить наличие и возможности этой функции у конкретной модели.

В системе поддержания давления обычно задаются:

• источник обратной связи;
• тип и диапазон сигнала датчика;
• заданное значение давления;
• параметры ПИД-регулятора;
• минимальная и максимальная допустимая скорость;
• условия запуска и остановки.

Настройки ПИД-регулятора нельзя считать универсальными. Они зависят от насоса, объёма системы, динамики трубопровода, датчика и требуемой точности регулирования.

Подключение датчика давления к ПЧ

Промышленные датчики давления могут иметь различные типы выходного сигнала. Часто применяются токовые и потенциальные аналоговые сигналы, но конкретный вариант необходимо проверять по документации датчика и преобразователя.

Перед подключением необходимо проверить:

• тип выходного сигнала датчика;
• диапазон измерения;
• требуемое питание датчика;
• тип аналогового входа ПЧ;
• схему подключения и общий провод;
• масштабирование аналогового сигнала в параметрах ПЧ.

Нельзя подключать датчик к аналоговому входу только по совпадению количества проводов. Электрические характеристики сигналов должны соответствовать друг другу.

Основные настройки ПЧ для насоса

Перед первым запуском необходимо внести параметры подключённого электродвигателя и определить логику управления.

Обычно проверяются и настраиваются:

1. номинальное напряжение двигателя;
2. номинальный ток двигателя;
3. номинальная частота двигателя;
4. номинальная скорость, если она используется алгоритмом управления;
5. источник команды запуска;
6. источник задания частоты или давления;
7. время разгона;
8. время торможения;
9. минимальная и максимальная допустимая частота;
10. параметры защит и автоматического управления.

Конкретные номера параметров и допустимые значения необходимо брать из руководства используемого частотного преобразователя.

Минимальная частота работы насоса

Не следует задавать минимальную частоту только исходя из желания получить максимально широкий диапазон регулирования.

На слишком низкой скорости могут измениться условия охлаждения двигателя, производительность насоса и рабочий режим гидравлической системы. Для некоторых насосов производитель устанавливает ограничения по минимальной скорости или расходу.

Поэтому допустимую минимальную частоту необходимо определять с учётом требований двигателя, насоса и технологического процесса.

Разгон и остановка насоса

Плавный разгон уменьшает резкое изменение скорости двигателя и механическую нагрузку. Плавная остановка также может использоваться для снижения гидравлических ударов.

Но универсального времени разгона и торможения для всех насосных систем нет. Эти параметры выбираются с учётом мощности привода, инерции, гидравлической системы и требований технологического процесса.

Слишком короткое торможение может привести к росту напряжения в звене постоянного тока ПЧ и срабатыванию защиты. Возможность и способ интенсивного торможения необходимо проверять по документации конкретного преобразователя.

Защита насоса и двигателя

Набор защит зависит от модели частотного преобразователя и структуры насосной установки.

В системе могут контролироваться:

• перегрузка двигателя;
• превышение допустимого тока;
• пониженное или повышенное давление;
• потеря сигнала датчика;
• аварийные состояния ПЧ;
• другие технологические параметры.

Защита от сухого хода требует отдельного внимания. Возможность её реализации зависит от оборудования и применяемого алгоритма. Не следует считать, что любой ПЧ автоматически определяет отсутствие воды без дополнительных условий или сигналов.

Частотные преобразователи PROMPOWER для насосов

Для насосных приводов можно использовать частотные преобразователи PROMPOWER соответствующего класса напряжения, выходного тока и функциональности.

При подборе конкретной модели необходимо проверить:

• номинальный выходной ток;
• перегрузочную способность;
• наличие требуемых аналоговых входов;
• возможности ПИД-регулирования;
• необходимые дискретные входы и выходы;
• интерфейсы связи, если они требуются системой автоматизации.

Модели можно посмотреть в разделе частотные преобразователи PROMPOWER.

Примеры PROMPOWER PD210 для насосов 380 В

В зависимости от номинального тока электродвигателя и режима нагрузки для насосного привода можно рассмотреть различные модели серии PROMPOWER PD210.

PROMPOWER PD210-A4015B — 1,5 / 2,2 кВт

Для насосов небольшой мощности можно рассмотреть PROMPOWER PD210-A4015B 380 В . Номинальный выходной ток модели — 3,8 / 5,1 А в зависимости от режима нагрузки. Перед выбором необходимо сравнить его с номинальным током двигателя насоса.

PROMPOWER PD210-A4040B — 4 / 5,5 кВт

Для следующего диапазона мощности можно рассмотреть PROMPOWER PD210-A4040B 380 В с номинальным выходным током 9,5 / 13 А. Окончательный выбор выполняется по току двигателя с учётом режима работы насоса и перегрузочной способности ПЧ.

PROMPOWER PD210-A4110B — 11 / 15 кВт

Для более мощных насосных приводов можно рассмотреть PROMPOWER PD210-A4110B 380 В . Модель имеет номинальный выходной ток 25 / 32 А в зависимости от режима нагрузки.

Важно: указанная мощность является ориентиром для выбора диапазона ПЧ. Конкретную модель необходимо подбирать по номинальному току двигателя, характеру нагрузки и условиям эксплуатации.

Пример подбора ПЧ для насоса

Предположим, имеется насос с трёхфазным электродвигателем 380 В. На шильдике двигателя указаны мощность и номинальный ток.

Последовательность подбора:

1. проверить напряжение двигателя и схему соединения обмоток;
2. определить номинальный ток двигателя;
3. выбрать ПЧ класса 380 В;
4. проверить, что номинальный выходной ток ПЧ соответствует току двигателя;
5. определить характер насосной нагрузки;
6. проверить перегрузочную способность ПЧ;
7. определить способ управления насосом;
8. при поддержании давления проверить совместимость датчика и аналогового входа;
9. проверить наличие необходимых функций автоматизации.

Только после этого можно выбирать конкретную модель преобразователя.

Частые ошибки

• выбирать ПЧ для насоса только по мощности двигателя;
• не проверять номинальный ток двигателя;
• задавать слишком низкую минимальную частоту без проверки ограничений насоса;
• использовать одинаковые настройки ПИД для разных систем;
• не проверять тип сигнала датчика давления;
• задавать слишком короткое время торможения;
• считать наличие ПЧ полноценной защитой от любых аварий насоса;
• копировать параметры другого объекта без проверки.

Часто задаваемые вопросы

Как подобрать частотный преобразователь для насоса?

Необходимо определить напряжение и номинальный ток двигателя, выбрать ПЧ соответствующего класса напряжения, проверить его выходной ток и перегрузочную способность, а затем учесть режим работы насоса и необходимые функции управления.

Можно ли регулировать давление насосом с помощью ПЧ?

Да. Для этого обычно используется обратная связь от датчика давления и ПИД-регулятор ПЧ либо внешней системы управления. Конкретная схема зависит от оборудования.

Какую минимальную частоту поставить на насос?

Универсального значения нет. Минимальная допустимая скорость зависит от двигателя, конструкции насоса, требований к охлаждению и технологического процесса.

Нужно ли выбирать ПЧ с запасом мощности для насоса?

Универсального фиксированного запаса для всех насосов нет. Подбор необходимо выполнять по номинальному току двигателя с проверкой нагрузки и перегрузочной способности конкретного ПЧ.

Можно ли подключить датчик давления напрямую к частотному преобразователю?

Можно, если тип сигнала датчика, его питание и электрические характеристики совместимы с соответствующим аналоговым входом ПЧ. Схему необходимо проверять по документации обоих устройств.

Вывод

Частотный преобразователь позволяет не только плавно запускать насос, но и регулировать его производительность и автоматически поддерживать требуемые параметры системы.

Правильный подбор начинается с шильдика двигателя: необходимо проверить напряжение и номинальный ток. Затем учитываются характеристики насоса, режим нагрузки, требуемый диапазон регулирования и функции автоматизации.

При использовании датчика давления и ПИД-регулирования особенно важно правильно согласовать электрические сигналы и настроить систему под конкретный объект, а не использовать универсальные параметры.

Подходящие модели можно посмотреть в каталоге частотных преобразователей и в разделе PROMPOWER.