Как подобрать частотный преобразователь для насоса и вентилятора

Частотный преобразователь на насосе или вентиляторе решает две задачи: регулирует подачу без дросселирования и снижает потребление на частичных режимах. Насос и вентилятор относятся к механизмам с квадратичной характеристикой момента, и это меняет требования к преобразователю по сравнению с приводом конвейера или экструдера.

Разберём подбор преобразователя частоты под насосный и вентиляторный привод: как считать мощность и ток, какие функции нужны в этих задачах, что предусмотреть по кабелю и защите, какие данные требуются для расчёта.

Чем отличается нагрузка насоса и вентилятора

Момент на валу растёт пропорционально квадрату частоты вращения, а мощность — кубу. Из этого следуют три практических вывода.

• Пусковой момент небольшой. Разгон центробежного механизма не требует перегрузки, достаточно преобразователя с перегрузочной способностью 110–120 % в течение минуты.
• Экономия на частичных режимах значительна. Снижение частоты вращения на 20 % уменьшает потребляемую мощность примерно вдвое.
• Диапазон регулирования ограничен снизу. У насоса ниже определённой частоты падает напор и нарушается смазка и охлаждение; минимальная частота задаётся по гидравлической характеристике, а не по возможностям привода.

Приводы для механизмов с постоянным моментом — конвейеров, дробилок, подъёмников — подбираются иначе: там требуется перегрузка 150 % и выше, и преобразователь того же типоразмера уже не подходит.

Расчёт мощности и тока

• Ток двигателя. Преобразователь подбирается по номинальному току двигателя, а не по мощности в киловаттах. У двигателей одной мощности разных производителей ток различается.
• Класс перегрузки. Для насосов и вентиляторов выбирается исполнение с нормальной перегрузкой. То же устройство в режиме тяжёлой перегрузки обслуживает двигатель на ступень меньшей мощности.
• Высота установки и температура. Выше 1000 метров над уровнем моря и при температуре в шкафу более 40 °C допустимый ток снижается. Поправка берётся из руководства.
• Частота коммутации. Повышение частоты снижает шум двигателя, но увеличивает потери в преобразователе и требует снижения тока.
• Несколько двигателей от одного преобразователя. Токи складываются, добавляется запас 10–15 %, тепловая защита каждого двигателя выносится в отдельный аппарат.

Функции, нужные в насосных и вентиляторных задачах

• Встроенный регулятор по обратной связи. Поддержание давления, расхода или уровня по сигналу датчика без отдельного контроллера.
• Спящий режим. Останов при падении расхода и автоматический пуск при снижении давления. Экономит ресурс двигателя на ночных режимах.
• Каскадное управление. Один преобразователь регулирует ведущий насос, остальные подключаются напрямую через контакторы с чередованием наработки.
• Защита от сухого хода. Останов по признаку падения нагрузки без датчика в трубопроводе.
• Пропуск резонансных частот. Исключение диапазонов, в которых трубопровод или вентилятор входят в резонанс.
• Подхват вращающегося двигателя. Пуск вентилятора, который вращается потоком воздуха, без срабатывания защиты по току.
• Плавный останов. Для насосов — снижение гидравлического удара в трубопроводе.

Сравнение вариантов регулирования

Кабель, фильтры и защита

Преобразователь формирует напряжение импульсами, и это накладывает требования на кабельную часть и соседнее оборудование.

• Экранированный кабель. Между преобразователем и двигателем ставится экранированный кабель с заземлением экрана с двух сторон. Иначе помехи наводятся на сигнальные цепи датчиков.
• Длина линии. При длине свыше 50–100 метров растут отражённые волны напряжения на клеммах двигателя. Ставится выходной дроссель или фильтр.
• Сетевой дроссель. Снижает искажения тока в питающей сети и защищает входные цепи от бросков напряжения.
• Разделение трасс. Силовые и сигнальные кабели разносятся в разные лотки; при пересечении — под прямым углом.
• Защита на вводе. Автоматический выключатель подбирается из раздела автоматики и систем защиты с учётом характеристики срабатывания.
• Заземление. Отдельный проводник заземления преобразователя, а не через монтажную панель шкафа.

Тепловой режим шкафа

• Тепловыделение. Потери преобразователя составляют 2–4 % от передаваемой мощности. Для привода 55 кВт это порядка 1,5–2 кВт тепла в шкафу.
• Свободное пространство. Над и под устройством оставляется зазор по руководству, иначе срабатывает защита по перегреву.
• Вентиляция или кондиционирование. Подбирается по суммарному тепловыделению всех аппаратов в шкафу.
• Фильтры на входе воздуха. Запылённый радиатор — типовая причина отказов на пыльных производствах, замена фильтров вносится в регламент.
• Настенное исполнение. Для отдельно стоящих насосных станций применяются преобразователи в защищённом корпусе без шкафа.

Что прислать для подбора

• Паспортные данные двигателя: мощность, номинальный ток, напряжение, частота, число полюсов.
• Тип механизма и требуемый диапазон регулирования.
• Питающее напряжение и наличие нейтрали.
• Длину кабельной линии до двигателя и способ прокладки.
• Условия установки: температура, запылённость, высота над уровнем моря.
• Требуемые сигналы управления и протокол связи с системой верхнего уровня.

Частые вопросы

Можно ли взять преобразователь мощностью как у двигателя? Подбор ведётся по току и классу перегрузки. Для насосов и вентиляторов исполнение с нормальной перегрузкой соответствует мощности двигателя, для механизмов с постоянным моментом берётся на ступень выше.

Нужен ли датчик давления? Для поддержания заданного давления — да, он замыкает обратную связь на встроенный регулятор. Датчики подбираются из раздела датчиков.

Какая минимальная частота допустима для насоса? Обычно 20–30 Гц. Точное значение определяется гидравлической схемой: ниже определённого напора насос перестаёт подавать среду.

Обязателен ли экранированный кабель? На практике да. Без экрана помехи наводятся на цепи датчиков и линии связи, и сбои проявляются не сразу, а под нагрузкой.

Сколько насосов подключается к одному преобразователю? В каскадной схеме — до четырёх–шести, регулируется только ведущий. Индивидуальное регулирование каждого требует отдельного преобразователя.

Что мы делаем

Подбираем преобразователи частоты и двигатели по фактическим данным механизма, комплектуем шкаф аппаратами защиты, контакторами, источниками питания, клеммными блоками и кабелем, подбираем датчики обратной связи и панели оператора. Смежные разделы — системы автоматизации и управления и распределительное оборудование.

Пришлите паспортные данные двигателя и описание режима работы на prom@tkasiatorg.ru — подберём преобразователь по току и классу перегрузки, укажем нужные фильтры и посчитаем комплект шкафа.