Мы уже 19 лет производим насосное оборудование
Производство, продажа, техподдержка

Преобразователь частоты в насосных станциях


Необычное введение

Вот так бы выглядело объяснение устройства преобразователя частоты примерно в 19м веке...

Известно миру с давних пор дивное устройство - преобразователь частоты и о нём поведать тебе желаю, о благородный искатель знаний. Сей агрегат, что частоту переменного тока умудряется изменять, великое мастерство инженеров древних времен и нынешних дней являет. В лоне его электронных схем, транзисторов могучих и диодов светозарных, ток преображается, да так, что скоростью двигателя переменного тока управлять можно.

Сие устройство, вольно называемое инвертором, позволяет машинам различным работать с разной скоростью, что ранее было невозможно без сложных механизмов с шестерёнками. Таким образом, преобразователь частоты в мире современном — незаменимый помощник в деле управления механизмами, от ветряных мельниц до современных заводов. Используется он и в быту, и в промышленности, и везде, где нужно изменять скорость вращения агрегатов. Благодаря ему, энергия сберегается, ибо машины работают точно по нужде, не тратя лишнего.

Такова суть преобразователя частоты, о благородный искатель. Мудрость древних и новых времен в нем сосредоточена, и служит он верой и правдой тем, кто в электричестве путь свой ищет.

А сейчас перенесёмся в настоящее время...

Принцип работы преобразователя частоты

схема преобразователя частоты

Преобразователь частоты (часто называемый преобразователем переменного тока ПЧ или ЧРП) - это электронное устройство, которое позволяет управлять скоростью вращения вала электродвигателя подавая на его обмотки питающее напряжения с определённой частотой. Контроллер может использовать различные алгоритмы и методы управления для достижения желаемой частоты и амплитуды выходного переменного тока. Сама возможность такого управления достигается при помощи нескольких основных блоков:

  • Входной фильтр - многие преобразователи частоты обычно имеют на входе фильтр, который служит для сглаживания и фильтрации входного сетевого напряжения. Это помогает устранить помехи и гарантировать стабильность работы;
  • Выпрямитель - входное напряжение переменного тока проходит через выпрямитель, который преобразует его в постоянный ток. Обычно для этой цели используется выпрямитель с диодами или силовыми тиристорами;
  • Промежуточный фильтр - после выпрямления переменного тока он проходит через промежуточный фильтр, который сглаживает пульсации и устраняет высокочастотные помехи. Это помогает создать более стабильный постоянный ток для последующего преобразования;
  • Инвертор - после промежуточного фильтра постоянный ток подается на инвертор. Инвертор состоит из полупроводниковых ключей, таких как транзисторы или тиристоры, которые управляются электронным контроллером с помощью последовательности ШИМ. Эти ключи переключаются в определенной последовательности, создавая выходной переменный ток с желаемой частотой и амплитудой;
  • Выходной фильтр - выходной переменный ток проходит через фильтр, который сглаживает его и устраняет высокочастотные помехи, создаваемые инвертором. Это помогает получить чистый и стабильный переменный ток, который подается на электродвигатель или другое устройство;

Преобразователь частоты позволяет электронно управлять частотой переменного тока, что позволяет регулировать скорость электродвигателей и других устройств, а также обеспечивает более эффективное использование энергии и более точное управление системой.

Использование входного дросселя в ПЧ

Входной дроссель преобразователя частоты выполняет несколько важных функций:
  • Ограничение тока - помогает ограничивать входной ток. Это особенно важно при пуске электродвигателя, когда ток может быть достаточно высоким. Ограничение тока помогает предотвратить повреждение преобразователя и других компонентов системы.
  • Фильтрация входных помех - выполняет функцию фильтрации помех, которые могут поступать из сети питающего напряжения. Он помогает снизить высокочастотные помехи и шум, что способствует более стабильной работе преобразователя и устройств, подключенных к нему.
  • Защита от перенапряжений - служит защитой от перенапряжений, которые могут возникать во входной сети. Он может помочь сгладить пиковые значения напряжения, которые могут повредить его компоненты, и предотвратить их поступление в преобразователь.
  • Улучшение качества энергии - способствует улучшению качества энергии, поступающей в преобразователь. Снижает гармонические искажения и улучшает коэффициент мощности, что в свою очередь может привести к более эффективной работе системы и снижению нагрузки на электрическую сеть.

Входной дроссель преобразователя частоты играет важную роль в ограничении тока, фильтрации помех, защите от перенапряжений и улучшении качества энергии. Он помогает обеспечить стабильную и безопасную работу преобразователя и связанных с ним устройств.

Использование выходного дросселя в ПЧ

Выходной дроссель преобразователя частоты обычно называют фильтрующим дросселем или реактором. Он подключается к выходу преобразователя и выполняет несколько функций:

  • Фильтрация помех - помогает фильтровать высокочастотные помехи и шум, которые могут возникать в выходном напряжении преобразователя. Он помогает сгладить выходной сигнал и улучшить его качество.
  • Защита от коротких замыканий - служит защитой от коротких замыканий в нагрузке. Он ограничивает ток, протекающий через преобразователь, и помогает предотвратить повреждение системы в случае короткого замыкания.
  • Улучшение коэффициента мощности - может помочь улучшить коэффициент мощности системы. Снижает реактивную мощность и тем самым выравнивая активную и реактивную мощности, приводит к более эффективному использованию энергии.
  • Защита от перенапряжений - cлужит защитой от перенапряжений, которые могут возникать в системе. Он может помочь сгладить пиковые значения напряжения и предотвратить их попадание в нагрузку или другие компоненты системы.

Выходной дроссель преобразователя частоты выполняет функции фильтрации помех, защиты от коротких замыканий, улучшения коэффициента мощности и защиты от перенапряжений. Он играет важную роль в обеспечении стабильной работы преобразователя и защите системы и ее компонентов.

Отключение насосов по частоте

Для реализации такого режима необходимо чтобы каждый из двигателей был подключён к своему преобразователю частоты. Он заключается в отключении одного из работающих насосов на определённой частоте (подбирается по определённому алгоритму), что даёт ряд преимуществ в работе всего оборудования:

  • Энергосбережение - при отключении одного из преобразователей частоты система будет потреблять меньше электроэнергии, так как количество активных преобразователей будет меньше, а производительность всей системы не измениться.
  • Увеличение срока службы оборудования - обоснованное отключение из работы снижает нагрузку на оборудование и увеличить его срок службы. Это особенно важно для уменьшения износа и повышения надежности работы системы.
  • Резервирование и гибкость - при отключении одного из преобразователей частоты он становится в резерв и в случае отказа одного из работающих преобразователей, резервный преобразователь будет быстро запущен в работу, что позволит обеспечить работу системы без значительных простоев.

Отключение из работы преобразователей частоты при сохранении производительности всей системы является частью стратегии оптимизации работы. Это позволяет более гибко управлять нагрузкой, распределять ресурсы и обеспечивать эффективную работу в зависимости от текущих условий, что приносит выгоду в виде энергосбережения и увеличения срока службы.

Выравнивание нагрузок параллельно работающих насосов

Как и для режима отключения по частоте, тут необходимо условие чтобы каждый из двигателей был подключён к своему преобразователю частоты, что позволяет регулировать скорость вращения насоса путем изменения частоты подачи выходного напряжения.

Все преобразователи частоты связаны в одну сеть по общему коммуникационному протоколу, посредством интерфейсов RS-485 или Ethernet. ПЧ работают режиме "слейв", а частотой вращения каждого управляет контроллер в режиме "мастер". Мастер получает текущее состояния работы каждого из "слейвов" (ток, нагрузку, крутящий момент и.т.п) и регулирует скорректированную скорость вращения каждого в соответствии заданной формулой, тем самым равномерно распределяя нагрузку между каждым из преобразователей.

Выравнивание нагрузки нескольких насосных агрегатов с помощью преобразователей частоты позволяет достичь более эффективной работы системы, более равномерного распределения нагрузки и снижения энергопотребления. Это особенно полезно в случаях, когда требуется изменять поток жидкости в зависимости от изменяющихся условий или требований процесса.