Шкаф управления с частотным преобразователем

Обновлено: 17.05.2024

Использование частотных преобразователей в электроприводе насосов и насосных установок позволяет оптимизировать управление, существенно увеличивает срок службы трубопроводной системы и самих агрегатов, повышает производительность, снижает потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы. Комплектовать каждый агрегат преобразователем частоты и индивидуальной станцией управления в большинстве случаев экономически невыгодно. На насосных станциях различного назначения используют шкафы управления.

Сферы применения шкафов управления на базе преобразователей частоты

Шкафы управления электропроводом насосных агрегатов используют:

В централизованных и автономных системах водоснабжения. Шкафы с преобразователями применяются на насосных станциях водозабора, орошения, подачи воды бытового и хозяйственного назначения в здания и сооружения.
В системах подачи горячей воды и отопления. Шкафы управления обеспечивают регулирования производительности насосных агрегатов по температуре, расходу, давлению в сети.
В промышленных системах охлаждения. Электрооборудование на базе частотных преобразователей обеспечивает отвод тепла и эффективное охлаждение промышленного оборудования.
В технологических линиях пищевой, химической и других отраслях промышленности. Для обеспечения согласованной работы дозаторов и других элементов технологической цепочки широко применяют шкафы на базе преобразователей частоты.
В системах пожаротушения. Шкаф управления обеспечивает оптимальный режим работы жокей-насоса, автоматический пуск основных агрегатов при пожаре и связь с другими инженерными системами.

Управление осуществляется в автоматическом режиме. При возникновении внештатных ситуаций и аварий предусмотрен ручной пуск и отключение насосных агрегатов.

Состав шкафа управления на базе частотного преобразователя

Шкафы управления насосными установками и станциями состоят из устройств автоматики, аппаратов защиты, средств индикации и других элементов. Они содержат:

Автоматические выключатели, устройства защитного отключения. Эти устройства выполняют функцию коммутации и защиты силовых и управляющих цепей.
Частотный преобразователь. ПЧ выполняет функцию регулирования производительности насосных агрегатов и защиты приводных электродвигателей.
Систему автоматического включения резерва. При перебоях в электроснабжении АВР осуществляет переключение питания на резервную линию, генератор или АКБ. При появлении напряжения в сети, осуществляется обратное переключение.
Управляющий контроллер. Это устройство используются для контроля, задания режимов работы насосного оборудования и передачи данных на высший уровень АСУТП. В шкафах управления двумя-тремя агрегатами применяется упрощенная схема без контроллера. В этом случае частотные преобразователи выполняют функции ПИД-регулятора.
Электромонтажную арматуру. Этот элемент используется для соединения токоведущих линий.
ЖК-панель и индикаторные лампы. Такое оборудование служит для отображения режимов работы, сигнализации о ненормальных и аварийных режимах работы, индикации состояния всех элементов станции водоподачи.
Устройства для накопления, обработки и передачи информации. В сложных многоуровневых системах автоматизации шкафы содержат концентраторы, маршрутизаторы и другую аппаратуру для сбора и отправки данных на удаленные пункты.
Систему вентиляции и подогрева, обеспечивающую отвод тепла от электроаппаратов и поддержание заданного температурного режима. При разработке управляющих шкафов необходимо выдерживать расстояния до других электроаппаратов и стенок для эффективного охлаждения. В отдельных случаях рекомендуется установка отдельных вентиляторов.

Преимущества шкафов управления

Возможность использовать аппаратуру и оборудование в незащищенном от пыли и влаги корпусе.
Удобный доступ для настройки, проведения технического обслуживания и ремонта оборудования.
Контроль характеристик, режимов работы насосов и станции в целом.
Снижение потребления электроэнергии за счет оптимизации характеристик сети.
Экономия затрат на ремонт трубопровода, запорно-регулирующей арматуры. Удлинение промежутка между техническими обслуживаниями и ремонтами насосов.
Снижение вероятности гидравлических ударов при пуске и отключении.
Сокращение числа обслуживающего персонала.

При размещении частотного преобразователя в шкафу, соединения нужно выполнять экранированными кабелями. При необходимости нужно устанавливать фильтры для защиты от электромагнитных помех или применять преобразователи частоты со встроенными ЭМФ.

Функции шкафа управления

Функционал этого оборудования проектируется в соответствии с особенностями насосной станции. Обычно шкафы управления должны обеспечивать:

При помощи частотного преобразователя, коммутационных электроаппаратов, контроллера реализуются различные алгоритмы автоматического управления, ручные режимы с заданием параметров с панели или диспетчерского пункта, а также осуществляется прямой пуск.

Подключение и ввод щита управления на базе частотного преобразователя к насосам

При подключении насосов необходимо использовать силовые и контрольные кабели, рекомендуемого производителем сечения. Монтаж выполняется в следующем порядке:

Установка и фиксация шкафа.
Монтаж датчиков температуры и давления на трубопроводе.
Подключение силового кабеля от вводного автомата.
Присоединение контрольных кабелей от датчиков и к удаленным пунктам управления.
Настройка частотного преобразователя и программирование контроллера.
Пробный пуск и корректировка.

Шкафы на базе частотных преобразователей можно проектировать как для управления группой насосов, так и для больших станций с несколькими десятками мощных агрегатов. За счет снижения затрат на обслуживание, ремонт, электроэнергию, оптимизации управления, шкафы на базе частотных преобразователей дают хороший экономический эффект. Средний срок их окупаемости составляет 2 года.

Шкаф с частотным преобразователем

Как уже много было сказано в технической литературе и применено на практике, наилучшее управление насосами и насосными станциями достигается путём грамотного применения частотных преобразователей.

Применение простейшей связки «двигатель-преобразователь» применимо только при строительстве небольших систем промышленно назначения. Но для работы более серьёзных агрегатов, таких как насосная станция, этого мало.

В таких случаях применяется шкаф управления насосом с частотным преобразователем.

Чем продиктовано требование?

Всё достаточно просто. При работе небольшого агрегата, который отвечает за какую-либо одну функцию, требования к самому качеству работы двигателя могут быть не так высоки. Но если электродвигатель трудится в системе гидроустановки или системе автономного отопления большого многоэтажного дома, то к стабильности и равномерности работы насоса предъявлены особые требования.

Рассмотрим работу насосной станции на базе примера силовой гидроустановки системы отопления многоэтажки.

Как известно, новейшие системы отопления высотных зданий построены на базе двухконтурных систем. Это означает, что горячая вода, подаваемая в техническое помещение дома, не прогоняется через все этажи, а поступает в первичный контур системы теплообменника. А вот та вода, которая содержится во вторичном контуре, при помощи насосной станции прогоняется по всем этажам.

[ezcol_1half] [/ezcol_1half] [ezcol_1half_end] [/ezcol_1half_end]

Если за давление и аквапоток в первичном контуре отвечает поставщик тепла, то за второй контур отвечает насос. Посему, к поддержанию одинакового и равномерного давления в системе предъявляются высокие требования. Если насос будет работать не равномерно и тем более, допускать резкие пуски, то будет возникать сильный гидроудар в системе, что может привести к разрыву тепловой магистрали или срыву кранов.

Вот тут-то на помощь приходит шкаф управления гидронасосом на базе частотника. Именно он обеспечивает плавное и своевременное регулирование оборотов электрического двигателя, что в свою очередь, позволяет вовремя выравнивать давление в системе. При падении давления обороты электромотора повышаются пропорционально величине падения давления, а при стабилизации давления, обороты падают до установленного номинала.

Система работает автоматически за счёт работы датчиков давления и частотного преобразователя с программируемым управлением.

Помимо всего прочего, если электромотор используется в системе водоснабжения или работает с иной токопроводящей жидкостью, то шкаф в обязательном порядке оборудуется автоматами отключения питания и системой УЗО. Таким образом, этот агрегат становится абсолютно безопасным для человека.

Сферы применения шкафов управления на базе частотника

Шкаф управления с частотным (регулируемым) приводом может работать в производственных помещениях, цехах, общественных местах (помещениях), административных зданиях, развлекательных учреждениях, спортивных залах, клубах, вокзалах и прочих больших зданиях.
Могут применяться в отдельных тепловых пунктах системы городского парового отопления, в системе водоснабжения больших объектов и небольших сёл, в котельных.

Шкаф управления с преобразователем частоты обладает несколькими основными функциями:

Поддерживает заданное настройками давление в системе подачи воды.
Контролирует работу системы насосов. При прекращении работы основного насоса система может переключить работу на резервный.
Контроль над попеременным включением и отключением насосов в системе, что позволяет распределить нагрузку на электродвигатели и даст время на проведение ТО.
Позволяет переходить на ручное управление насосной станцией.
Обеспечивает возможность удалённого управления насосами и подключение к пульту диспетчера.

К основным преимуществам применения шкафов управления электродвигателями на базе частотного преобразователя можно отнести:

Существенное понижение расхода электрической энергии.
Увеличение срока службы электрических двигателей, насосных узлов и систем трубопровода.
Максимально сниженный риск возникновения гидроударов в системе трубопроводов.
Облегчение работы персонала по обслуживанию насосов.
Уменьшение расходов на численность обслуживающего персонала.

Как правило, базовая комплектация такого шкафа управления содержит:

АВР. Систему аварийного переход от основного источника питания к резервному.
Частотный преобразователь. Позволяет осуществлять плавный пуск, регулирование давления, поддержание заданного давления за счёт показаний датчиков на выходе.
Программируемый контроллер управления насосной станцией.
Электромонтажные элементы, системы защиты (УЗО, автоматы отключения, и прочие).
Панель управления и выводы сигнальных ламп.
Опционально может иметь место и сетевой концентратор со стабилизатором напряжения. Он нужен для интеграции шкафа в диспетчерскую систему управления, а стабилизатор нужен для того, чтобы помехи в сети питания, которые возникают от работы частотника, не вывели из строя сетевой концентратор.

[ezcol_1half] [/ezcol_1half] [ezcol_1half_end] [/ezcol_1half_end]

Такая комплектация, как правило, окупается в срок до двух лет. Может и раньше. Чем больше мощность насосной станции и чем больше она обслуживает площадей, тем быстрее окупается шкаф управления.

Дополнительно шкаф управления может обеспечивать:

Комплексную защиту работы и состояния электрических двигателей (за счёт контроля потребляемого тока, определения температуры обмоток), времени непрерывной работы.
Немедленный переход из автоматического режима в ручной с предоставлением полного контроля процесса работы оператору.
Управление микропроцессором, согласно данным сигналов датчиков перегрузки, давления, определения отсутствия воды в системе.
Автоматическую остановку насос, если пропала вода в системе (с выводом соответствующего сигнала на панель управления и/или передачу сигнала тревоги диспетчеру).
Остановка насосов при получении сигнала о перегреве или заклинивании крыльчатки насоса.
Также может быть остановлен при полном отсутствии сигнала (выход из строя датчика).
Остановка насосов при обнаружении короткого замыкания в обмотке или в системе питания станции.
Отключение питания двигателей, при обнаружении ошибочного подключения фаз. Система сможет автоматически включить питание, как только ошибка будет устранена.
Обеспечение автоматической взаимной подстраховки электродвигателей.
Отображение состояния каждого двигателя в системе. Сигнал может быть выведен как на панель управления, так и отправлен диспетчеру через сетевой интерфейс.
Выведение на панель управления сигнала об аварии самого частотника.
Попеременное программируемое управление двигателями, автоматическое назначение каждого из двигателей основным, по мере необходимости.
Установление запрета на пуск определённого двигателя, в работе которого обнаружена критическая ошибка (заклинивание ротора, перегрев, сильно завышенное потребление тока).
Защита корпуса по европейским стандартам безопасности (влага, температура, огонь).

Применение шкафов с частотным управлением позволило вывести системы управления насосными станциями на высокий технологичный уровень. Сегодня развитие диспетчерского управления гидронасосами позволяет десяти сотрудника диспетчерской управлять гидросистемой большого города, без ущерба качеству работы гидромагистралей и систем отопления.

Преобразователь частоты Grundfos и шкаф управления

Датская компания Grundfos занимается производством насосов, управляющих шкафов для них и различной автоматики. Одна из выпускаемых ею серий представляет собой преобразователи частоты и носит название CUE. Эти частотники подходят для работы с большинство моделей насосов.

Насосное оборудование от Grundfos CUE подходит для использования во множестве сфер:

Промышленное производство;
Коммунальное обслуживание;
Водоснабжение;
Канализационные системы;
Ирригация.

Функционально и по виду специализированного интерфейса преобразователи серии CUE практически идентичны тем, которые встроены в электродвигатели E-насосов той же компании.

При эксплуатации частотников CUE можно воспользоваться несколькими режимами управления:

Постоянным давлением;
Пропорциональным давлением;
Постоянным уровнем;
Постоянным расходом.

Выбор режима выполняется с помощью «мастера пуска». Встроенная панель управления демонстрирует подсказки, поэтому для первоначальной настройки понадобится не более нескольких минут.

Устройство и назначение

Внешне частотный преобразователь мало чем отличается от наполненной электроникой коробочки со специальным экраном снаружи. Внутреннее содержимое частотника представлено выравнивающими напряжение инверторами, платами и целым набором специальных датчиков, предоставляющих всю необходимую для правильной работы информацию.

Для более дорогих моделей предусмотрено наличие микропроцессора, кроме того, некоторые из них обладают аккумулятором и дополнены ещё одним или несколькими выравнивателями. Также существуют трёхфазные и однофазные устройства

Функционирует преобразователь достаточно просто. В первую очередь электрический ток поступает на платы. Далее происходит выравнивание его частоты (для этого используются стабилизаторы и инверторы). Вместе с тем, происходит оценка уровня давления внутри системы, температуры и прочих значимых показателей. Вся полученная информация предназначена для подачи на блок автоматики. После, исходя из требуемого значения мощности, преобразователь подаёт ровно тот объём тока, который необходим, чтобы выполнить ту или иную задачу.

Мощность: 550 – 250 000 Ватт;
Рабочее напряжение: 1х200-240 Вольт, 3 х 380-500 Вольт, 3 x 525-690 Вольт (50 Герц);
Частота на выходе: до 100 Герц;
Благоприятные температурные условия: от 0°C до +40°C;
Защита: IP20/21, IP54/55;

Место установки: в настенных, либо напольных шкафах управления.

Модули, предназначенные для соединения с термодатчиками Pt100;
Фильтр для частот выше коммутационной (dU/dt) и для тех, которые ниже коммутационной (синусоидальные);
Элементы, необходимые, чтобы правильно зафиксировать управляющую панель на дверце шкафа;
Цоколь, необходимый для напольной фиксации устройства;
Модули, позволяющие осуществлять передачу данных;
Ряд аналоговых датчиков, необходимых для фиксации перепадов давления, температурных условий и т.д.

Для чего предназначен частотный преобразователь в насосных установках?

Применение частотника Grundfos может быть обусловлено необходимостью:

Защиты насосной конструкции в случае падения уровня напряжения;
Защиты насосной конструкции в случае пропадания фазы;
Защиты в случае изменения очерёдности фаз;
Защиты в случае перекоса фаз;
Защиты насосной конструкции от недогрузок;
Защиты насосной конструкции от перегрузок;
Защиты во время замыкания на «землю»;
Защиты от «сухого хода»;
Защиты от гидроударов сопутствующих пуску и остановке;
Плавного пуска и остановки.

Также они снижают вероятность аварийных простоев и попадания влаги в двигатель или масло. Подробней читайте здесь.

Преимущества использования преобразователя частот Grundfos

Если сравнивать качество работы насосной установки без частотника Grundfos и с ним, то во втором случае можно наблюдать ряд очевидных плюсов:

Напряжение на входе выравнивается;
Мощность установки регулируется;
Электроэнергия расходуется более экономно;
Увеличивается срок эксплуатации;
Выполняются функции автоматики в насосных установках;
Можно не приобретать гидроаккумулятор;
Снижается количество производимых насосом шумов.

Есть, конечно, и пара минусов, связанных с тем, что подобное оборудование имеет довольно высокую стоимость и для его установки придётся обращаться за помощью к профессионалам.

На видео – работа скважинного насоса с частотным регулированием Grundfos SQE.

Шкафы управления вентиляторами ШУН с частотным преобразователем

Шкаф управления вентиляцией (ШУВ) (приточный шкаф) предназначен для:

• управления приточными вентиляторами в автоматическом, дистанционном и ручном режиме управления;

• управления вытяжными вентиляторами в автоматическом, дистанционном и ручном режиме управления;

• управления воздушной заслонкой;

• управления трехходовым клапаном;

• поддержания заданного микроклимата в помещении;

• защиты теплообменника от замораживания;

• выдачи сигналов о состоянии фильтров;

• выдачи сигналов о состоянии, работе и аварии вентиляторов;

• выдачи сигналов (с расшифровкой) о аварии системы автоматики.

В данных щитах управления предусмотрены все требования для управления простой системой вентиляции и защиты ее элементов от перегрузки. Подключение силовой нагрузки обеспечивается замыканием контактов магнитного пускателя (контактора) в соответствии с номиналом подключаемого двигателя. Может быть предусмотрено дистанционное управление вентилятором, а также аварийное отключение вент. системы по сигналу пожарной сигнализации (сухой контакт).

Применение релейного регулирования в управлении насосными установками обеспечивает:

• Поддержание заданных параметров системы;

• Каскадный метод управления группой насосов;

• Взаимное резервирование электродвигателей;

• Выравнивание моторесурса электродвигателей.

• Повышение качества и оперативности обслуживания технологического оборудования;

• Обеспечение надежности, предупреждение аварийных ситуаций, сокращение времени поиска, локализации и ликвидации аварий;

• Оптимизация потребления энергоносителей, сокращение энергозатрат и ресурсосбережение;

• Обеспечение оптимального режима работы оборудования;

• Сокращение времени простоя оборудования;

• Увеличение сроков эксплуатации и ресурса оборудования;

• Уменьшение расходов на ремонт оборудования;

• Возможность постепенного «наращивания» систем за счет растущей сети объектов.

Функциональные возможности шкафов для различных применений насосов:

1. Шкафы управления для повысительных насосных станций.

- предназначены для управления предназначены для автоматизации работы и диспетчеризации, выполняет следующие основные функции:

• блокировка и защита насосных агрегатов (НА);

• автоматическое регулирование процесса подачи воды;

• контроль токовой нагрузки НА;

• автоматическое и дистанционное управление НА (запуск резервного НА при выходе из строя основного НА, включение НА напрямую при выходе из строя преобразователя частоты (при его наличии), периодическое переключение между НА для равномерного износа);

• контроль питания КША, открытия дверцы КША;

• передача данных на верхний уровень;

• измерение параметров технологического процесса;

• регистрация параметров технологического процесса в энергонезависимой памяти контроллера;

• контроль затопления, проникновения и возгораний (опционально);

• добавление в программу пользователя алгоритма "Суточный график" с возможностью дистанционного изменения значения задания и временных интервалов (опционально);

• сбор данных со счетчиков электроэнергии (опционально).

2. Шкафы управления для водоочистных сооружений, береговых насосных станций, артезианских скважин.

- предназначены для автоматизации работы и диспетчеризации, выполняет следующие основные функции:

• сбор информации и первичная обработка входных сигналов;

• формирование управляющих сигналов;

• отображение значений контролируемых параметров;

• управление, защита и блокировка работы оборудования по алгоритмам технологического программного обеспечения;

• передача данных по каналам связи на верхний уровень автоматизированной системы.

3. Шкафы управления для канализационных насосных станций

• автоматическое регулирование процесса откачки воды из приемной емкости;

• автоматическое и дистанционное управление НА (запуск резервного НА при выходе из строя основного НА, включение НА напрямую при выходе из строя преобразователя частоты или устройства плавного пуска (при их наличии), периодическое переключение между НА для равномерного износа);

Читайте также: