Частотный преобразователь для насоса и компрессора фермы

Частотный преобразователь (его же называют частотником, инвертором или преобразователем частоты) меняет не напряжение, а частоту тока, которым питается двигатель, и тем самым плавно меняет его обороты. Для насоса или компрессора фермы это разом три вещи: он может подать чуть меньше воды или воздуха, чем на полных оборотах, вместо того чтобы гонять насос через задвижку или байпас; он разгоняет двигатель постепенно вместо удара по обмоткам при прямом пуске; и он умеет сам себя отключить при перегрузке или коротком замыкании. Ниже про то, где эта коробка реально экономит деньги, а где ее покупка это трата бюджета, который лучше пустить на резервный насос.

Что вообще делает частотный преобразователь

Обычный асинхронный двигатель, тот что стоит в большинстве насосов и воздуходувок, крутится с частотой, привязанной к частоте сети, 50 Гц дают почти фиксированные обороты. Единственный способ регулировать поток без частотника, это душить его механически: прикрывать задвижку на насосе или ставить дроссель на воздуходувку. Мощность двигатель при этом все равно тратит почти ту же самую, просто часть ее уходит в трение о прикрытую заслонку, а не в полезную работу.

Частотник встает между сетью и двигателем и меняет саму частоту питания, а с ней обороты и расход. Двигателю не нужно давить в закрытую задвижку, он просто крутится медленнее ровно настолько, насколько нужно. Разница в подходе примерно как между тем, чтобы ехать на машине с полным газом и постоянно тормозить, или просто держать нужную скорость педалью газа.

Экономия электричества: сколько реально

По нескольким источникам от интеграторов частотного привода, переход с дроссельного регулирования на частотное снижает расход электроэнергии насосного оборудования на 40-50 процентов, а по одному приведенному кейсу с преобразователем Danfoss получили около 40 процентов экономии на конкретном объекте. Точная цифра зависит от того, насколько часто и насколько сильно раньше приходилось душить поток заслонкой: если насос почти всегда молотит на полную мощность без дросселирования, экономия будет намного скромнее, вплоть до нуля.

Плавный пуск: что это дает кроме экономии

При прямом пуске асинхронный двигатель в момент включения потребляет пусковой ток, который в несколько раз выше номинального, и это же дает механический рывок на вал и на муфту насоса. Частотник разгоняет двигатель постепенно, за секунды, а не мгновенно, и тем самым убирает три связанных проблемы разом.

1. Гидроудар в трубе. Резкий скачок потока при мгновенном пуске насоса поднимает давление в трубопроводе рывком, это лишняя нагрузка на фитинги, обратные клапаны и сварные швы. Плавный набор оборотов убирает сам скачок.
2. Механический износ. Постепенный разгон и торможение снижают ударную нагрузку на подшипники, вал и муфту, что продлевает срок безаварийной эксплуатации двигателя.
3. Просадка напряжения в сети. Большой пусковой ток на слабом вводе может на долю секунды посадить напряжение так, что мигнет свет или собьется другая чувствительная электроника рядом, включая контроллеры и сторожевые датчики.

Защита двигателя: что встроено в частотник

Кроме плавного пуска частотники несут набор встроенных защит: от короткого замыкания, от перегрева самого преобразователя и двигателя, от высокочастотных помех, от перегрузки по току. По сути это тот же функционал, который иначе пришлось бы собирать отдельными реле и автоматами в щите. Как выглядит щит с резервированием и какие защиты в нем обязательны отдельно от частотника, разобрано в статье электрощит фермы и резервирование узлов.

Как выбрать мощность частотника

Частотник подбирается по мощности двигателя, который он будет питать, с запасом. По рекомендациям интеграторов, мощность преобразователя берут на 20-30 процентов больше номинальной мощности двигателя. Причина в том, что при пуске и при кратковременных перегрузках ток через силовые ключи частотника выше номинального, и без запаса устройство будет уходить в защитное отключение чаще, чем нужно, или изнашиваться быстрее расчетного срока.

Двигатель для самого насоса или воздуходувки выбирается отдельно, по требуемому напору и производительности, а не по частотнику. Как считать реальную потребность насоса с учетом потерь в трубе, разобрано в статье насос не тянет: калькулятор потерь напора, а требуемую производительность компрессора или воздуходувки по биомассе рыбы можно прикинуть в статье какой компрессор нужен.

Частотник на воздуходувке: та же логика, но осторожнее

Для компрессоров и воздуходувок частотное регулирование работает по тому же принципу, но с оговоркой: многие простые модели, особенно поршневые и мембранные компрессоры, не рассчитаны на длительную работу на пониженных оборотах, потому что при этом падает и охлаждение мотора встроенным вентилятором, который крутится вместе с валом. Частотное регулирование без внешнего обдува проще ставить на вихревые воздуходувки и на более мощное промышленное оборудование, где производитель прямо допускает такой режим. Ставить частотник на бытовой аквариумный компрессор ради экономии, как правило, не имеет смысла: экономия на его небольшой мощности не окупит саму коробку.

Типичные ошибки при установке частотника

• Берут частотник впритык по мощности, без запаса. Устройство уходит в защитное отключение при каждом пуске или перегреве, особенно летом в жаркой электрощитовой.
• Ставят частотник туда, где расход и так постоянный. Насос круглосуточно гонит один и тот же объем без пиков и просадок, экономии почти нет, а деньги на устройство потрачены.
• Забывают про фильтр гармоник или экранированный кабель. Частотник генерирует высокочастотные помехи, которые без экранирования могут наводиться на соседнюю слаботочную линию, включая датчики и сторожевую электронику.
• Ставят частотник в сыром или пыльном помещении без вентиляции. Электроника частотника сама боится влажности и перегрева не меньше, чем защищаемый ей двигатель.
• Не настраивают минимальную частоту. На слишком низких оборотах некоторые насосы и воздуходувки теряют охлаждение или производительность падает непропорционально резко, а не плавно.

Экранирование и монтаж: на что смотреть при установке

Частотник не ставят как обычную коробку в щит без разбора. Кабель от преобразователя к двигателю желательно брать экранированный, а экран заземлять с обеих сторон, иначе высокочастотные помехи от силовых ключей будут наводиться на соседние провода, в первую очередь на слаботочку: датчики уровня, температуры, сигнализацию. Чем длиннее кабель до двигателя, тем заметнее эффект, и тем важнее либо экранирование, либо синус-фильтр на выходе. Сам частотник и радиатор охлаждения должны стоять там, где есть циркуляция воздуха, а не в глухом закрытом отсеке щита, иначе устройство будет чаще уходить в защиту по перегреву именно летом, когда и без того жарко.

Отдельная деталь: частотник желательно вешать на отдельную линию с собственным автоматом, а не сажать на общую линию с другой силовой нагрузкой. Пусковые токи и помехи от соседнего оборудования на одной линии могут ложно срабатывать защиту самого частотника, и разбираться потом, что именно вызвало отключение, сложнее, чем развести линии сразу правильно.

Когда частотник не окупится

По оценке интеграторов срок окупаемости частотного привода на насосном оборудовании обычно укладывается в 1-2 года там, где раньше стояло механическое дросселирование или расход сильно менялся в течение суток. Если у фермы один небольшой насос, который работает почти всегда на одном режиме без дросселирования, а стоимость самого частотника сопоставима с ценой насоса, экономический смысл покупки стоит посчитать заранее: сколько сейчас уходит на электричество именно из-за дросселирования, и когда эта разница отобьет цену коробки. Отдельно от частотника на общую себестоимость фермы влияет доля электричества в структуре затрат, она разобрана в статье экономика рыбной фермы.

Частые вопросы

Можно ли поставить один частотник на несколько насосов сразу

Технически да, через переключение, но на практике так делают редко: если частотник встанет, без резервного варианта переключения останутся сразу все насосы. Разумнее ставить частотник на каждый ответственный узел отдельно, а резервирование самого насоса и питания решать отдельной схемой, как в статье про щит и резервирование выше.

Греется ли частотник сам по себе

Да, силовые ключи внутри выделяют тепло пропорционально нагрузке, поэтому шкаф с частотником должен иметь вентиляцию или радиатор, а в жарком непроветриваемом помещении устройство будет чаще уходить в защиту по перегреву.

Нужен ли частотник, если ферма маленькая и насос один

Не обязательно. Плавный пуск и защита двигателя это плюс при любом размере фермы, но если насос работает почти всегда на одном режиме без дросселирования, экономия электричества будет минимальной, и решение стоит принимать исходя из цены устройства, а не только из общих преимуществ технологии.

Заменяет ли частотник УЗО и автомат в щите

Нет. Частотник защищает сам себя и подключенный двигатель от части аварийных режимов, но не заменяет штатную защиту линии, УЗО от утечки тока и заземление, которые должны стоять в щите независимо от того, есть частотник или нет.

Можно ли поставить частотник на обычный однофазный насос без переделки

Зависит от модели. Часть бытовых частотников рассчитана на однофазный вход 220 В с трехфазным выходом на двигатель, часть требует трехфазного питания уже на входе. Перед покупкой смотрят в паспорте конкретного преобразователя, какой у него вход, а не только выходную мощность, иначе устройство просто не подключится к имеющейся сети фермы.

Источники

Цифры по экономии электроэнергии (40-50 процентов при переходе с дроссельного регулирования, около 40 процентов в кейсе с преобразователем Danfoss), сроку окупаемости 1-2 года и запасу по мощности 20-30 процентов, из статьи интегратора частотных преобразователей szemo-eng.ru, частотный преобразователь для насоса.

Рядом в разделе