Принципи частотного регулювання в роботі насосних агрегатів
Для глибшого розуміння принципу частотного регулювання режимів роботи двигунів розглянемо один із найбільш розповсюджених випадків використання цього методу – управління роботою насосних агрегатів у системах водопостачання.
Важливість цієї проблеми можна оцінити, проаналізувавши статистику витрат електроенергії в Україні: близько 50% всієї електроенергії витрачається на живлення приводів насосних і інших перекачувальних агрегатів щороку.
Тиск у системі водопостачання
Щоб забезпечити постачання води до кінцевих споживачів, необхідно підтримувати певний рівень тиску в трубопроводах на виході насосних станцій. Рівень тиску складається з двох основних складових:
- Статична складова: різниця абсолютних рівнів висоти розташування споживача та насосної станції плюс необхідний тиск у точці споживання;
- Динамічна складова: тиск, необхідний для подолання гідравлічного опору, що виникає під час проходження рідини через трубопровідну мережу.
Ця залежність визначає роботу всієї системи водопостачання, вказуючи значення напору, яке потрібно забезпечити на виході насосної станції для того, щоб найвіддаленіший споживач мав достатній напір води.
Механізм роботи насосних агрегатів
Продуктивність насосного агрегату обчислюється як добуток тиску, що забезпечується на виході, на кількість води, що проходить через труби за одиницю часу. Фактично, цей параметр пропорційний швидкості обертання валу насоса.
До недавнього часу для підтримки необхідного тиску використовували один насос з необхідною потужністю та продуктивністю. Це підвищує ймовірність аварій, адже чим більше перекривається ділянка труби дроселем, тим меншим є напір у магістралі. Залежно від рівня автоматизації, такий метод дозволяє контролювати тиск у трубопроводі.
Інноваційний підхід: частотне регулювання
Метод частотного регулювання продуктивності насосних агрегатів, який почав широко застосовуватися лише в останні роки, кардинально змінює принцип управління тиском у мережі. Регулюються не параметри трубопроводу, а продуктивність насосної станції, що залежить від швидкості обертання валу двигуна. Ця швидкість, в свою чергу, визначається характеристиками напруги живлення, що подається на двигун. Для цього використовують перетворювачі частоти.
Сучасні перетворювачі частоти не лише автоматично регулюють необхідний рівень тиску на виході насосної станції на основі показань датчиків, але й забезпечують:
- надійний захист системи від аварійних ситуацій;
- захист двигуна від стрибків напруги в електромережі;
- автоматизацію процесу управління режимами роботи насосної станції;
- значну економію електричної енергії;
- зниження споживання води у системах водозабору та водопостачання.