Frekvenční měniče VLT AQUA Drive pro čerpací jednotky

V moderních čerpacích instalacích je nejrozšířenější elektrický pohon s frekvenčním řízením. Základem tohoto typu pohonu je polovodičový frekvenční měnič. První polovodičové frekvenční měniče se začaly používat v čerpacích agregátech koncem 60. let.

Danfoss byl jedním z prvních, kdo použil polovodičové frekvenční měniče v pohonu odstředivých instalací. Jako první na světě (od roku 1968) vyrobila řadu frekvenčních měničů používaných v čerpacích zařízeních.

S využitím svých dlouholetých zkušeností s používáním frekvenčních měničů v tomto oboru technologie vytvořila společnost řadu frekvenčních měničů VLT AQUA Drive určených pro použití v čerpacích instalacích vodovodů a kanalizací. Měniče pohonu VLT AQUA jsou vyráběny pro pohony od 0,37 kW do 1400 kW.

Účiník převodníku je také poměrně vysoký (cosphi ≥ 0,9), takže použití proměnného pohonu založeného na převodníku VLT AQUA Drive nevyžaduje další zařízení zvyšující cosphi (statické kompenzační baterie atd.).

Na Obr. 1 ukazuje schematický diagram převodníku VLT AQUA Drive a typické schéma externího připojení (napájení, motor čerpadla, senzory atd.). Vnější pohled na měniče VLT AQUA Drive je znázorněn na Obr. 2.

Rýže. 1. Schéma zapojení měniče VLT AQUA Drive

Rýže. 2. Frekvenční měniče «Danfoss» řady VLT AQUA Drive

Měnič VLT AQUA Drive je určen pro použití v čerpacích zařízeních pro zásobování vodou, likvidaci odpadních vod a zavlažovací systémy. V tomto ohledu má řadu speciálních funkcí, které poskytují vlastnosti potřebné pro provoz v těchto podmínkách, které jsou uvedeny níže.

1. Řídicí systém převodníku zajišťuje automatickou regulaci proporcionálně-integrálních regulátorů, díky které se upravují zisky PI regulátorů v závislosti na reakci regulačního objektu (vodojemná nádrž-čerpadlo-voda) na změny zadaného provozního režimu systém variabilní pohon.

Díky této vlastnosti je PI regulátor individuálně nastaven pro každý konkrétní objekt a nevyžaduje přesné nastavení proporcionálních (P) a integrálních součástí regulátoru při uvádění převodníku do provozu.

2. Řídicí systém měniče VLT AQUA Drive zajišťuje postupné plnění prázdného potrubí, čímž se zabrání riziku hydraulického šoku a následnému poškození potrubí a hydromechanického zařízení.Tato vlastnost je cenná zejména u závlahových čerpacích jednotek, které jsou často zahrnuty do provozu prázdných vodovodních potrubí. Plnění přívodu vody se provádí signálem snímač tlaku v několika krocích.

3. Řídicí systém měniče VLT AQUA Drive má schopnost signalizovat pokles tlaku v potrubí pod nastavenou hodnotu, když čerpadlo dosáhne jmenovitých otáček (bod A). Tento signál indikuje potřebu zapnout další čerpadlo, pokud na vodovodním potrubí běží skupina čerpadel.

Pokud je jedno čerpadlo určeno k provozu na izolovaném vodovodním potrubí, signalizuje signál přerušení vody nebo velký únik vody ze systému. V tomto případě je čerpadlová jednotka vypnuta a jsou přijata opatření k odstranění poruchy přívodu vody.

4. Řídicí systém měniče má schopnost regulovat otáčky čerpadla při jeho zastavení.Díky této vlastnosti se rychlost otáčení postupně snižuje až na otáčky odpovídající okamžiku uzavření ventilu, což zabraňuje vzniku vodní ráz v systému a mechanické vlivy na samotný ventil.

5. Řídicí systém měniče VLT AQUA Drive má schopnost detekovat chod nasucho. Systém průběžně vyhodnocuje provozní stavy čerpadla na základě výsledků měření parametrů pohonu (rychlosti pohonu a výkonu). Při nízké spotřebě energie, ke které dochází při příliš malém nebo žádném průtoku, se čerpadlová jednotka zastaví.

6. Regulátor frekvence VLT AQUA Drive může pracovat v režimu spánku.Tento režim je chápán jako provoz čerpadla s velmi nízkým průtokem, což odpovídá nízké spotřebě energie. K tomu obvykle dochází, když čerpadlo běží při nízkých otáčkách.

Řídicí systém, který porovnává rychlost čerpadla a jím spotřebovaný výkon, uvede systém do «režimu spánku». Při nízkém průtoku čerpadlo zvýší tlak na požadovanou hodnotu a zastaví se. Řídicí systém navíc hlídá tlak ve vodovodním řádu nebo hladinu odpadních vod v přijímací nádrži čistírny odpadních vod.

Při poklesu tlaku ve vodovodním řádu nebo vzestupu hladiny odpadní vody v přijímací nádrži čerpací stanice je čerpadlo uvedeno do provozu. Díky vlastnosti řídicího systému zajistit «spánkový režim» je sníženo opotřebení čerpací jednotky, což brání jejímu provozu s malým odběrem vody nebo malým průtokem odpadní vody v přijímací nádrži čerpací stanice. Přítomnost této funkce převodníku umožňuje ušetřit v průměru 5 % energie spotřebované na zásobování vodou.

7. Řídicí systém měniče VLT AQUA Drive má funkci, díky které je zohledněna tlaková ztráta ve vodním potrubí z čerpací stanice do diktujícího bodu vodovodní sítě. Díky této funkci se na výstupu z čerpací stanice upravuje požadovaný tlak v souladu s měnícím se přívodem vody. To bere v úvahu, že tlaková ztráta v potrubí je úměrná druhé mocnině průtoku.

Tato vlastnost umožňuje zajistit potřebnou výšku na konci vodního potrubí bez tlakového senzoru.Lze jej však efektivně použít pouze při absenci meziodvodu vody podél potrubí.

8. Spolu se zmíněnými vlastnostmi převodníku VLT AQUA Drive řídicího systému je třeba vzít v úvahu následující:

• zajištění plynulého rozběhu při dané intenzitě spouštění a vypínání čerpadla, což zabraňuje poškození ložisek čerpadla, snižuje pravděpodobnost hydraulického rázu v potrubí, snižuje rozběhové proudy v napájecí síti;

• zajištění střídání čerpacích jednotek jako pracovních a v pohotovostním režimu. To zajišťuje rovnoměrné opotřebení zdroje motoru čerpacích jednotek;

• Indikace výplaty převodníku ukazující, kolik času zbývá do úplného obnovení měniče VLT AQUA Drive.

Kromě toho si zvlášť všimneme speciálních funkcí úspory energie u frekvenčních měničů založených na měničích Danfoss.

1. Funkce AEO (funkce automatické optimalizace energie). Díky této funkci spotřebovává pohon tolik energie, kolik je v daném čase potřeba k dodání kapaliny.

Použití této funkce ušetří dalších 5-10 % energie. Tato funkce navíc snižuje spotřebu pohonu reaktivní síla a podle toho zatěžovací proud elektromotoru. Tato funkce je zvláště účinná u mechanismů s odporovým momentem ventilátoru (tahový moment je úměrný druhé mocnině rychlosti), včetně odstředivých čerpadel. Tato funkce také snižuje akustický hluk zařízení.

2. Funkce automatického přizpůsobení motoru zabudovaná do měniče.Seřízení frekvenčního měniče výrazně závisí na vnitřních parametrech elektromotoru (odpor, indukčnost atd.).

Funkce automatického přizpůsobení umožňuje přesně určit parametry motoru připojeného k měniči a upravit jej. Tato funkce je důležitá v případech, kdy dochází k výměně motorů čerpadel, kdy se po opravě mění parametry motoru a kdy jsou různé typy elektromotorů zapojeny do série ke stejnému měniči.

Přítomnost této funkce snižuje spotřebu energie o 3-5 % a při použití repasovaných elektromotorů dosahuje úspora 10 %. Použití zvláště vysokých výkonových frekvenčních měničů je spojeno s generováním harmonických vyšších řádů.

Přítomnost vyšších harmonických v proudu vede k přehřívání vodičů kabelu, zvyšuje ztráty v transformátorech, zhoršuje pracovní podmínky kondenzátorové banky… Navíc izolace prvků silových sítí předčasně stárne, prvky ochranných zařízení (automaty, pojistky) se spouštějí nepřiměřeně, dochází k rušení v telekomunikačních sítích umístěných v blízkosti silových kabelů.

V současné době je mnoho modelů frekvenčních měničů vybaveno vestavěnými filtry elektromagnetické kompatibility (EMC). Aby se zabránilo vnikání vyšších harmonických proudu do externí napájecí sítě, jsou frekvenční měniče VLT AQUA Drive vybaveny tlumivkami v meziproudovém vedení, které snižují harmonická zkreslení.