050 711 91 02
098 855 30 50
Головна » Статьи » ОШИБКИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ И ПОВЕРХНОСТНЫХ НАСОСОВ , УДАЛЕННЫХ ОТ ЧП БОЛЕЕ ЧЕМ 40 М, СОВЕРШАЕМЫЕ ПОТРЕБИТЕЛЕМ

ОШИБКИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ И ПОВЕРХНОСТНЫХ НАСОСОВ , УДАЛЕННЫХ ОТ ЧП БОЛЕЕ ЧЕМ 40 М, СОВЕРШАЕМЫЕ ПОТРЕБИТЕЛЕМ

chastotniy_preobrazovatel

Повторюсь, когда скажу, что погружные (артезианские) насосы предназначены для доставки воды из скважины в накопительную емкость, а не для поддержания в системе давления. В случае, когда система собрана с явными нарушениями ТУ и накопительная емкость отсутствует, для экономии энергоресурсов, ставится частотный преобразователь (ЧП). ЧП позволяет исключить гидроудар при пуске агрегата, а так же уменьшить пусковые токи. Работа агрегата в систему, возможна при использовании дополнительных настроек ЧП, то есть  регулировать подачу, исходя из расхода жидкости. Это позволяет оптимизировать расход электроэнергии и почти исключает потери при разрыве трубопроводов.

Применение ЧП может привести к выходу из строя погружного электродвигателя (ПЭДВ) из-за двух физических явлений:

  1. Явление стоячей или отраженной волны в электрической линии. При замыкании ключа ЧП импульс напряжения не появится на другом конце кабеля мгновенно и будет распространятся вдоль кабеля с определенной скоростью, зависящей от удельных параметров самого кабеля и будет представлять волну, которая будет отражаться от дальнего конца. Отраженная волна движется в обратном направлении и в взаимодействии с падающей волной образует так называемые стоячие волны. Эти волны действительно стоят и никуда не двигаются, поэтому по всей длине кабеля и обмотки ПЭДВ появляются провалы напряжения или перенапряжения. Поэтому нужно, чтобы волна прошла расстояние от ключа до ПЭДВ и вернулась обратно, что в зависимости от качества и сечения кабеля составляет от 0,1 до 0,3 мс, т. е. критическая длина кабеля составит от 15 до 50 м, что очень немного.
  2. Резонанс в колебательном контуре, в следствии возникают выбросы напряжения. Кабель представляет собой не просто две и более жилы, а распределенные по его длине индуктивности и емкости. По законам электротехники, любой проводник не нулевой длины может накапливать энергию магнитного поля и сопротивляться изменениям токовых показателей в сети, а любые два проводника, разделенные изолятором, представляют собой емкость, которая будет сопротивляться изменениям показателей по напряжению. Величина выброса напряжения зависит от энергии, запасенной в кабелях во время прохождения каждого фронта импульса напряжения из ЧП. Индуктивность увеличивается вместе с длиной кабеля, и она увеличивает время, необходимое для зарядки емкости ПЭДВ.

Таким образом, желательно использовать ПЭДВ, у которого обмотка статора будет рассчитана на перегрев и заполнение ПЭДВ производится не водой, а глицериновой смесью, что существенно уменьшает трение подшипниковых узлов ПЭДВ и соответственно уменьшает нагрев ПЭДВ, увеличивая его ресурс.

К сожалению,  длины кабелей в нашем случае в основном превышают критическую длину, поэтому будем рассматривать альтернативные варианты.

  • Волновое сопротивление кабеля должно совпадать с сопротивлением нагрузки, чего достичь очень тяжело, потому что даже чуть разные типы соединений кабелей могут дать разные величины волнового сопротивления + в последнее время заводы-изготовители не стремятся указывать в ТУ величину волнового сопротивления кабеля.
  • Поставить синусный фильтр, тогда проблема длины кабеля Вас совершенно не затронет, мало того, при установке фильтра Вы получите еще несколько существенных плюсов, перечисленных ниже.

Таким образом, мы видим, что ЧП значительно облегчает жизнь и экономит финансовые и энергетические ресурсы. При должном и продуманном проектном решении, основанном на целесообразном техническом решении, а не на модных веяниях или идя, на поводу у организаторов тендеров, которые может и разбираются в юридических тонкостях, но совершенно неграмотны в эксплуатационных особенностях. Т. е. каждый прибор должен работать в своем специализированном спектре применения в соответствии с должным проектным решением.

Рекомендуется совместно с ЧП использовать выходные и входные дроссели.

Рассмотрим входной или , как его называют еще, сетевой дроссель.Сетевые дроссели решают следующие задачи,:

Индуктивность выбирается такой, чтобы при рабочей частоте и номинальном рабочем токе падение напряжения на дросселе составляло 3-5%. Рассчитать падение можно по формуле:

U=2πfLI, где f – рабочая частота (Гц), L – индуктивность дросселя (Гн), I – ток, А

1.Подавление(уменьшение) гармоник ,возникающих в питающей сети.При этом выделение тепла работающего ЧП сводиться к минимуму;

2.Защита входной цепи ЧП от негативного воздействия питающей сети( от скачков напряжения).Он устанавливается в том случае, когда когда к линии кроме всего подключены мощные электроприборы, создающие помехи в сети или их мощность превышает мощность ЧП.Как пример возникновения пикового напряжения — удар молнии .При подключении сетевого дросселя скачки напряжения становятся несущественными, сглаживаются их пики и в результате временной интервал эксплуатации увеличивается до 7-10 раз;

3.Препятствование наращиванию напряжения в сети.Если ЧП вышел из строя, то повреждения будут минимальны, т.к. ПРАВИЛЬНО ПОДОБРАННЫЙ ВХОДНОЙ автомат будет иметь достаточно времени для отключения прибора в обычном режиме.

Оснащение преобразователей частоты сетевыми дросселями лучше взять за правило. Многие компании увеличивают гарантию в 2 раза при покупке ПЧ в комплекте с дросселями. Однако в некоторых случаях данным оборудованием можно пренебречь:

  1. В питающей сети нет мощных электроприборов, имеющих большие пусковые токи.
  2. Питающая сеть имеет сравнительно высокое сопротивление (низкий ток короткого замыкания).
  3. Режим работы ПЧ исключает резкие изменения мощности, при которых скачкообразно растет потребляемый ток.
  4. В соответствии с рекомендациями производителя, для защиты ПЧ применяются полупроводниковые предохранители, либо защитные автоматы характеристики В.
  5. Имеется большой запас по мощности ПЧ по отношению к используемому двигателю.

Тем не менее, в целом использование сетевых дросселей значительно повышает срок службы и надежность работы частотных преобразователей.

Рассмотрим выходной или , как его называют , моторный дроссель.Необходимость применения моторного дросселя обусловлена принципом работы ПЧ. На выходе преобразователя стоят силовые транзисторы, которые работают в ключевом режиме. При этом образуются прямоугольные импульсы, приближающие действующее напряжение по форме к синусоиде за счет изменения длительности. Моторный дроссель снижает высшие гармоники выходного напряжения ПЧ и делает ток питания двигателя практически синусоидальным, минимизируя высокочастотные токи. Это повышает коэффициент мощности и позволяет уменьшить потери в двигателе

1.Служит для подавления высокочастотных гармоник, возникающих в электрической сети.Ведь доказано уже, что высокочастотные гармоники служат причиной дополнительного нагрева двигателя;

2.Служат для ограничения амплитуды тока короткого замыкания(КЗ).Использование такого защитного элемента позволяет в несколько десятков раз уменьшить силу КЗ;

3.Обеспечивает защиту от сверхтоков. Применение моторных дросселей позволяет компенсировать емкостные токи, возникающие в длинных моторных(установочных) кабелях.Они препятствуют созданию больших емкостных токов, что позволяет избежать так называемых участков «перенапряжения» и «недонапряжения», что стабилизирует работу ЧП-МОТОР;

4.Позволяет выиграть время для цепей электронной защиты, т.е. моторный дроссель задерживает момент, когда достигает максимального значения ток КЗ.

Кроме того, из-за высших гармоник на выходе ПЧ повышаются емкостные токи, которые могут привести к ощутимым потерям при длине кабеля БОЛЕЕ 20 м. Моторный дроссель существенно снижает этот эффект. Данные устройства также устанавливают там, где важно уменьшить помехи, создаваемые кабелем от ПЧ до электродвигателя.

ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ВЫБОРА ЧП

1.НОМИНАЛЬНЫЙ ТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Бытует мнение, что мощность ЧП должна соответствовать мощности электродвигателя, что в корне неверно. Рн-это номинальная механическая мощность электродвигателя и она существенно меньше активной электрической мощности.Активная электрическая мощность будет равна Uн*Iн*√3*cosф или при пересчете  с механической мощности Рн/КПД( то есть потребляемая из сети активная мощность будет всегда больше чем механическая мощность на валу двигателя). Для двигателей с одинаковой Рн с уменьшением номинальных оборотов Iн будет увеличиваться. Номинальный ток Iн также будет зависеть от параметров cosф и КПД двигателя. Т.е. на стадии проекта нужно закладывать запас мощности, номинальный ток ЧП должен быть выше номинального тока электродвигателя, а еще лучше учитывать и пусковые токи.Iнпч> Iнд;

2.ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ ЧП

Перегрузочная способность, как правило, дается в % за 1 минуту.Iнпч – это номинальный длительный ток, который может выдавать преобразователь частоты.Но кроме этого он может давать кратковременно ток больше номинала.Это нужно при разгоне электродвигателей при номинальной нагрузке. В характеристиках к преобразователям частоты всегда идет такой параметр Iмах 60с – максимальный выдаваемый преобразователем частоты ток в течении 60 секунд (1 минуты). Так вот перегрузочная способность в % равна Iмах 60с /Iнпч. При выборе преобразователя частоты необходимо учитывать следующие значение перегрузочной способности:

  • Насосы, вентиляторы  — 110-120%
  • Прочие механизмы, механизмы общепромышленного назначения, — 140- 150%
  • Тяжелые механизмы, подъемники, лифты – 150%-200%.

3.НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ И ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЧП

На территории Украины преобладает 2 вида напряжения сети 1ф-220В и 3ф 380В.
Поэтому и поставляемые преобразователи частоты имеют следующие характеристики по питающему и выходному напряжению:
1ф 220В/1ф 220В – на вход преобразователя частоты подается 1 фаза 220В, а на выходе снимается 1 фаза 220В
1ф 220В/3ф 220В — на вход преобразователя частоты подается 1 фаза 220В на выходе снимается 3 фазы 220В (для трехфазных двигателей которые на звезде работают на 380В а на треугольнике -220В)
3ф 380В/3ф 380В — на вход преобразователя частоты подается 3 фазы 380В, а  на выходе снимается 3 фазы 380В

4.МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Существует несколько методов управления двигателем в зависимости от конкретных задач.
— насосы, вентиляторы, компрессоры и прочие механизмы, где мощность на валу постоянно меняется, нет необходимости в высоких динамических характеристик, не требуется поддержание момента на невысоких скоростях (менее 15 Гц). Есть необходимость поддержания определенного параметра давления воды или воздуха, расхода воды или воздуха, температуру и т.д. Для данного применения Вам полностью подойдут преобразователи частоты со скалярным методом управления двигателем. Суть метода —  идет управление только скоростью вращения двигателя, момент на валу двигателя при этом не контролируется.
— В станках, шнеках, экструдерах, конвейерах, дробилках и прочих общепромышленных механизмов требуется поддержания момента, на низких скоростях начиная с 0,5-1 Гц во всем диапазоне регулирования, а также поддержание момента при изменении нагрузки при работе на одной частоте. Допустимое поддержание частоты 5%.  Для данных применений Вам необходимо использовать  преобразователь частоты с векторным методом управления без обратной связи. Суть метода – поддержание момента при работе на определенной частоте в случае изменение нагрузки или работе на скорости менее 15 Гц вплоть до 0,5-1 Гц. Оценка момента происходит по потребляемому двигателем току.
– В станках с ЧПУ, в лифтах, на линиях где требуется точное  позирование  или точное поддержание скорости (бумажная промышленность), а также при этом точно держать момент на валу, необходимость удерживать нагрузку при 0 Гц используют векторный метод управления двигателем с обратной связью. Как правило, эта обратная связь по скорости (оборотам вала двигателя). Реализуется обратная связь путем установки на вал двигателя датчика обратной связи (энкодера, резольвера и т.д. ) и подключение через специальную плату к преобразователю частоты. Суть метода – преобразователь непрерывно получает данные, с какой скоростью он крутит двигатель и сколько оборотов он сделал и таким образом полностью контролирует нагрузку (момент на валу).

5.ПРОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Кроме вышеупомянутых характеристик есть еще много других, но это уже, как правило, для более специфических применений. Например, такие:

  • Наличие возможности подключения к промышленной сети ( протокол MODBUS, CANOPEN, PROFIBUS);
  • Вынос панели управления на расстояние;
  • Возможность подключения к ПК и управления с него;
  • Возможность создания резервной копии всех параметров  преобразователя  частоты;
  • Возможность подключения тормозного резистора (для увеличения скорости останова);
  • Количество и тип входов-выходов;
  • Встроенный программируемый логический контроллер и прочие характеристики.

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ НОМИНАЛЬНЫХ ОБОРОТАХ ДВИГАТЕЛЯ

Очень часто возникает вопрос энергосбережения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, который работает на номинальных оборотах.Многие скажут, а какое тут возможно энергосбережение ведь двигатель работает на номинальных оборотах и   потребляет при этом необходимый ток (который он и потреблял бы и без преобразователя частоты) как требует технологический процесс. Возможно, но при некоторых условиях. Дело в том, что в последнее время у многих брендов-производителей преобразователей частоты появилась в настройках называемая как автоматическое энергосбережение, автоматическая оптимизация энергосбережения и т.д. Как правило, эта функция на заводских параметрах отключена, так как ее применение требует некоторых условий. Идея реализации этой функции основано на подачи необходимого напряжения требуемого для поддержания постоянной характеристики момента нагрузки двигателя по всему диапазону скорости даже до 15 Гц. Данная функция также полностью адаптирует выходное напряжение к меняющейся токовой нагрузке. Этим так же уменьшается акустический шум двигателя и расход энергии. Для обеспечения корректной работы данной функции необходимо правильно задать параметры двигателя в частности коэффициент мощности двигателя cosφ. Для этого, как правило, применяется функция автоматического определения параметров двигателя. Функция энергосбережения хорошо работает для векторного режима и для нечасто меняющейся нагрузки.

Рассмотрим реальный объект на примере привода дробилки камня на карьере. Привод дробилки вращается с частотой 50 Гц. Если двигатель подключен напрямую к сети, то при изменении нагрузки на конвейере меняется ток двигателя при этом напряжение всегда 380В. Когда запитали данный привод через преобразователь частоты и выполнили автоматическую коррекцию параметров двигателя, активировали векторное управление и функцию энергосбережения то при изменении нагрузки на дробилке ток также изменялся пропорционально нагрузке, а также изменялось напряжение питания двигателя. На практике данная функция дополнительно может экономит до 35% электроэнергии. Ниже приведен реальный график выходного напряжения при выходной частоте 50 Гц при работе на на вышеупомянутый механизм.

Таким образом, как видно из графика, напряжение на двигатель не подымается выше 350В . В этом и заключается функция энергосбережения. На данном объекте средняя экономия составила за год 23% электроэнергии, что привело к окупаемости решения для двигателя 75 кВт (работая даже по ночному тарифу) 15 месяцев.

Таким образом, данная функция экономит электроэнергию для приводов, работающих в номинальном режиме. При этом КПД всей системы составляет около 95-98%. Доля реактивной составляющей минимальная. Данное применение дает эффект также на экструдерах, шнеках, подъемных механизмах, мельницах, дробилках и прочих других применениях с нечасто меняющиеся нагрузкой.

ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР ЧП

К сожалению, четкого перечня критериев, позволяющих выбрать ЧП, не существует. Это объясняется спецификой разных типов промышленного оборудования. Для каждой единицы техники, эксплуатируемой на заводах, фабриках, предприятиях малого бизнеса, действуют свои условия и ограничения. Поэтому выбор технических параметров преобразователя частоты в каждом случае индивидуален.

Ключевой критерий – тип исполнительного механизма. Сориентироваться в остальных параметрах помогут универсальные рекомендации, приведенные ниже.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧП

  • экономичное потребление энергоресурсов;
  • минимальные затраты на техническое обслуживание при соблюдении требований, установленных производителем;
  • повышение качества оперативного управления действующими мощностями;
  • постоянный контроль за важными технологическими процессами;
  • увеличение эксплуатационного ресурса электроприводов и другой сложной техники, в среднем, на 35%.

1.МОЩНОСТЬ

Важнейшим параметром электропривода является его мощность. Именно поэтому перед тем, как выбрать частотный преобразователь для электродвигателя, следует определиться с нагрузочной способностью оборудования. Мощностные показатели ПЧ должны соответствовать значению номинальной мощности двигателя. При этом нагрузка на валу не должна подвергаться динамическим изменениям. Другими словами, частотник подбирается, исходя из следующих параметров:

  • максимального значения тока, потребляемого электроприводом от ЧП;
  • перегрузочной способности преобразователя;
  • планируемого типа нагрузки;
  • уровня, длительности и частоты появления перегрузок.

2.ПИТАЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Не менее важным является и такой показатель, как питающее напряжение. Как правило, оборудование запитывается от трехфазной промышленной электросети напряжением 380 В. Также встречаются приводы, адаптированные для работы от однофазной сети 220/240 В.

Кроме того, на данный момент в каталогах производителей имеются модернизированные серии приводов, предназначенные для эксплуатации в высоковольтных сетях. Мощность такого оборудования измеряется в мегаваттах.

3.ДИАПАЗОН РЕГУЛИРОВАНИЯ

В случае, когда показатели скорости вращения электродвигателя не опускаются ниже 10% от номинала, подбор преобразователя частоты не предусматривает соблюдения каких-либо специальных условий. Однако в ситуации, требующей дальнейшего снижения скорости при соблюдении номинального крутящего момента на валу, важно убедиться в том, что ПЧ сможет обеспечить работу на частотах, приближенных к нулю.

4.РЕЖИМ ТОРМОЖЕНИЯ

Инерционное торможение по своим характеристикам схоже с отключением электродвигателя от питающей сети. Оба процесса могут занять немало времени, но, правильно подобрав преобразователь частоты и опции к нему, можно выполнить останов или торможение двигателя с переходом на более низкую скорость за короткий промежуток времени.

5.СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

 

Ряд механизмов предусматривают эксплуатацию с управлением от задающего сигнала при условии плавного изменения оборотов электрического двигателя. Иногда необходима работа на фиксированных скоростях. Оба этих момента предусматривают управление как с пульта управления преобразователя частоты, так и с применением клемм цепей управления ПЧ, кнопок, потенциометров, переключателей, устройств автоматики.

Все вышеперечисленные аспекты выбора ЧП не являются исчерпывающими. При подборе также важно учитывать наличие функции индикации параметров, полноту защитных функций, особенности монтажа и установки ПЧ, возможность автоматической настройки, условия использования устройства, наличие различных интерфейсов связи.

К великому сожалению уровень технической грамотности сотрудников эксплуатационных организаций  очень низок .Это связано не только с низкой подготовкой специалистов в ВУЗах, но и сегментации ответственности по штатному расписанию инженерного состава, когда штат  раздут, а ответственности нет. По  моему личному мнению, исходя из тяжелой финансовой обстановки в стране, целесообразно применение с погружными  насосами хорошо налаженных из  недорого сегмента  станций управления,  простых в обслуживании и настройках, что в значительной мере исключит «человеческий  фактор» и существенно продлит эксплуатационные сроки.

 

Читайте також

КОНСОЛЬНЫЕ НАСОСЫ ИЗ ЧУВАНА СЕРИИ FN,FS,FNЕ ТМ FRANKLIN ELECTRIC

У ЗВ’ЯЗКУ З НЕСТАБІЛЬНИМИ ЦІНАМИ НА СИРОВИНУ ЦІНИ НА ПРОДУКЦІЮ БАЖАНО ФІКСУВАТИ У ДЕНЬ ЗАПИТУ …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Заказать обратный звонок

×