Przetwornice częstotliwości VLT AQUA Drive do agregatów pompowych

W nowoczesnych instalacjach pompowych najbardziej rozpowszechniony jest napęd elektryczny z regulacją częstotliwości. Podstawą tego typu napędu jest półprzewodnikowa przetwornica częstotliwości. Pierwszy półprzewodnikowe przetwornice częstotliwości zaczęto stosować w jednostkach pompujących pod koniec lat 60.

Danfoss jako jeden z pierwszych zastosował półprzewodnikowe przetwornice częstotliwości w napędach instalacji odśrodkowych. Jako pierwsza na świecie (od 1968 roku) wyprodukowała serię przetwornic częstotliwości stosowanych w instalacjach pompowych.

Wykorzystując swoje wieloletnie doświadczenie w stosowaniu przetwornic częstotliwości w tej gałęzi techniki, firma stworzyła serię przetwornic częstotliwości VLT AQUA Drive przeznaczonych do stosowania w instalacjach pompowych sieci wodociągowych i kanalizacyjnych. Przetwornice częstotliwości VLT AQUA produkowane są dla napędów o mocy od 0,37 kW do 1400 kW.

Współczynnik mocy przetwornicy jest również dość wysoki (cosphi ≥ 0,9), dzięki czemu zastosowanie zmiennej przetwornicy opartej na przetwornicy VLT AQUA Drive nie wymaga dodatkowych urządzeń zwiększających cosphi (akumulatory statyczne itp.).

na ryc. 1 przedstawia schemat ideowy przetwornika VLT AQUA Drive oraz typowy schemat połączeń zewnętrznych (zasilanie, silnik pompy, czujniki itp.). Widok zewnętrzny przetwornic częstotliwości VLT AQUA Drive pokazano na rys. 2.

Ryż. 1. Schemat połączeń przetwornicy częstotliwości VLT AQUA Drive

Ryż. 2. Przetwornice częstotliwości «Danfoss» serii VLT AQUA Drive

Przetwornica częstotliwości VLT AQUA Drive jest przeznaczona do stosowania w instalacjach pompowych do zaopatrzenia w wodę, odprowadzania ścieków i systemów nawadniających. W związku z tym posiada szereg specjalnych cech zapewniających właściwości wymagane do pracy w takich warunkach, które wymieniono poniżej.

1. Układ regulacji przekształtnikowej zapewnia automatyczną regulację regulatorów proporcjonalno-całkujących, dzięki czemu dobierane są wzmocnienia regulatorów PI w zależności od reakcji obiektu regulacji (linia zbiornik-pompa-woda) na zmiany wprowadzonego trybu pracy system napęd zmienny.

Dzięki tej właściwości regulator PI jest indywidualnie dopasowywany do każdego konkretnego obiektu i nie wymaga precyzyjnego ustawiania składowej proporcjonalnej (P) i całkującej regulatora przy uruchomieniu przekształtnika.

2. Układ sterowania przetwornicą VLT AQUA Drive zapewnia stopniowe napełnianie pustego rurociągu, zapobiegając ryzyku wstrząsu hydraulicznego iw konsekwencji uszkodzenia rurociągów i urządzeń hydromechanicznych.Ta właściwość jest szczególnie cenna w przypadku jednostek pompujących do nawadniania, które często są włączone w działanie pustych rur wodociągowych. Napełnianie źródła wody odbywa się za pomocą sygnału czujnik ciśnienia w kilku krokach.

3. Układ sterowania przetwornicy VLT AQUA Drive ma możliwość sygnalizacji spadku ciśnienia w rurociągu poniżej wartości zadanej, gdy pompa osiągnie obroty znamionowe (punkt A). Sygnał ten sygnalizuje konieczność włączenia dodatkowej pompy, jeżeli na wodociągu pracuje grupa pomp.

Jeżeli pojedyncza pompa ma pracować na izolowanej sieci wodociągowej, sygnał wskazuje na przerwę w dostawie wody lub duży wyciek wody z instalacji. W takim przypadku zespół pompy jest wyłączany i podejmowane są działania w celu wyeliminowania nieprawidłowego działania zaopatrzenia w wodę.

4. Układ sterowania przetwornicą posiada możliwość regulacji prędkości obrotowej pompy podczas jej postoju.Dzięki tej właściwości prędkość obrotowa jest stopniowo zmniejszana do prędkości obrotowej odpowiadającej momentowi zamknięcia zaworu, co zapobiega występowaniu uderzenia hydraulicznego w instalacji i wpływów mechanicznych na sam zawór.

5. System sterowania falownika VLT AQUA Drive ma możliwość wykrywania pracy na sucho. System na bieżąco ocenia warunki pracy pompy na podstawie wyników pomiarów parametrów napędu (prędkość i moc napędu). Przy niskim zużyciu energii, które występuje przy zbyt małym przepływie lub jego braku, pompa zatrzymuje się.

6. Przetwornica częstotliwości VLT AQUA Drive może pracować w trybie uśpienia.Tryb ten rozumiany jest jako praca pompy z bardzo małym natężeniem przepływu, co odpowiada niskiemu zużyciu energii. Zwykle dzieje się tak, gdy pompa pracuje z niską prędkością.

Układ sterowania, porównując prędkość pompy i pobieraną przez nią moc, wprowadza system w „tryb uśpienia”. Przy niskim przepływie pompa zwiększa ciśnienie do wymaganej wartości i zatrzymuje się. Dodatkowo układ sterowania monitoruje ciśnienie w instalacji wodociągowej czy poziom ścieków w zbiorniku odbiorczym oczyszczalni.

W przypadku spadku ciśnienia w sieci wodociągowej lub wzrostu poziomu ścieków w zbiorniku odbiorczym przepompowni następuje uruchomienie pompy. Ze względu na właściwość systemu sterowania, aby zapewnić „tryb uśpienia”, zużycie zespołu pompowego jest zmniejszone, uniemożliwiając jego pracę przy małym poborze wody lub małym przepływie ścieków w zbiorniku odbiorczym przepompowni. Obecność tej funkcji konwertera pozwala zaoszczędzić średnio 5% energii zużywanej na zaopatrzenie w wodę.

7. Układ sterowania przetwornicy VLT AQUA Drive posiada funkcję, dzięki której uwzględniany jest spadek ciśnienia w przewodzie wodnym od przepompowni do punktu dyktowania sieci wodociągowej. Dzięki tej funkcji wymagane ciśnienie na wylocie z przepompowni jest dostosowywane do zmieniającego się zaopatrzenia w wodę. Uwzględnia to fakt, że spadek ciśnienia w rurach jest proporcjonalny do kwadratu natężenia przepływu.

Ta właściwość umożliwia zapewnienie niezbędnej wysokości podnoszenia na końcu linii wodnej bez czujnika ciśnienia.Można go jednak skutecznie wykorzystać tylko w przypadku braku pośredniego odprowadzania wody wzdłuż rurociągu.

8. Oprócz wymienionych właściwości przetwornicy VLT AQUA Drive układu sterowania należy zwrócić uwagę na:

• zapewnienie płynnego rozruchu z zadaną intensywnością rozruchu i zatrzymania pompy, co zapobiega uszkodzeniu łożysk pompy, zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia wstrząsu hydraulicznego w rurociągach, zmniejsza prądy rozruchowe w sieci zasilającej;

• zapewnienie naprzemienności jednostek pompujących jako pracujących iw trybie gotowości. Zapewnia to równomierne zużycie zasobów silnikowych jednostek pompujących;

• Wskazanie wypłaty konwertera pokazujące, ile czasu pozostało do pełnego przywrócenia przetwornicy częstotliwości VLT AQUA Drive.

Ponadto osobno zwracamy uwagę na specjalne funkcje oszczędzania energii przetwornic częstotliwości opartych na przetwornicach Danfoss.

1. Funkcja AEO (funkcja automatycznej optymalizacji energii). Dzięki tej funkcji napęd zużywa tyle energii, ile jest potrzebne do dostarczenia cieczy w danym momencie.

Korzystanie z tej funkcji pozwala zaoszczędzić dodatkowe 5-10% energii. Ponadto ta funkcja zmniejsza zużycie dysku reaktywna moc i odpowiednio prąd obciążenia silnika elektrycznego. Funkcja ta jest szczególnie efektywna dla mechanizmów z momentem oporu wentylatora (moment oporu jest proporcjonalny do kwadratu prędkości), w tym pomp odśrodkowych. Ta funkcja zmniejsza również hałas urządzenia.

2. Automatyczna funkcja adaptacji silnika wbudowana w falownik.Regulacja przetwornicy częstotliwości zależy w dużym stopniu od parametrów wewnętrznych silnika elektrycznego (rezystancja, indukcyjność itp.).

Funkcja automatycznej adaptacji pozwala na precyzyjne określenie parametrów silnika podłączonego do falownika i jego regulację. Funkcja ta jest istotna w przypadku wymiany silników pomp, gdy po naprawie zmieniają się parametry silnika lub gdy różne typy silników elektrycznych są podłączane szeregowo do tej samej przetwornicy.

Obecność tej funkcji zmniejsza zużycie energii o 3-5%, a przy zastosowaniu regenerowanych silników elektrycznych oszczędności sięgają 10%. Stosowanie przetwornic częstotliwości szczególnie dużej mocy wiąże się z generowaniem wyższych harmonicznych.

Obecność wyższych harmonicznych w prądzie prowadzi do przegrzania żył kabla, zwiększa straty w transformatorach, pogarsza warunki pracy banki kondensatorów… Ponadto przedwcześnie starzeje się izolacja elementów sieci elektroenergetycznych, nieuzasadnione wyzwalanie elementów urządzeń zabezpieczających (automatyki, bezpieczniki), występują zakłócenia w sieciach telekomunikacyjnych zlokalizowanych w pobliżu kabli elektroenergetycznych.

Obecnie wiele modeli przetwornic częstotliwości jest wyposażonych we wbudowane filtry kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). W szczególności, aby zapobiec przedostawaniu się wyższych harmonicznych prądu do zewnętrznej sieci zasilającej, przetwornice częstotliwości VLT AQUA Drive są wyposażone w dławiki w pośrednim łączu prądowym w celu zmniejszenia zniekształceń harmonicznych.