Частотные преобразователи для погружных (скважинных) насосов

Погружные (скважинные) насосы находят широкое применение как в системах водоснабжения и канализации муниципальных и промышленных сооружений, системах добычи нефти, так и для бытовых нужд владельцев частных домов и огородов. Данный тип насосов опускается ниже уровня перекачиваемой жидкости и обеспечивает её подъем с большой глубины.

Среди погружных насосов для подъема воды наиболее распространена водозаполненная конструкция с хорошим охлаждением узлов, состоящая из центробежного насоса и электродвигателя в защитном кожухе с жёстким соединением их валов (см. рис. 1). Как правило, насосы бывают оснащены обратными клапанами, которые удерживают столб воды в трубопроводе при остановках насоса и облегчают повторный запуск электронасосного агрегата.

В последнее время все более часто погружные насосы начинают использоваться совместно с частотными преобразователями, обеспечивающими постоянство давление жидкости в системе вне зависимости от потребления за счет регулировки скорости насоса. При частотном регулировании удаётся избежать возникновения в трубопроводе избыточного давления. Благодаря частотному преобразователю обеспечиваются плавные пуски и остановыэлектропривода, что исключает возникновение гидроударов и продлевает срок службы трубопроводных сетей. Применение частотного преобразователя позволяет избежать перерасхода электроэнергии, так как максимальная мощность двигателя, как правило, необходима лишь в 10-20% от всего времени работы насоса. Всё остальное время двигатель, не оснащённый преобразователем частоты, работает с той же высокой скоростью вращения вала, потребляя при этом больше на 30-60% электроэнергии, чем требуется.

Это основные преимущества применения частотного регулирования скорости погружных насосов, кроме которых можно назвать более надёжную защиту электропривода, снижение утечек жидкости в системе, почти двукратное увеличение ресурса насосного оборудования. Все это свидетельствует об экономической обоснованности использования частотных преобразователей и быстрого срока их окупаемости.

Особенности выбора и эксплуатации частотно-регулируемого привода погружных насосов

1. Номинальный ток погружных электродвигателей как правило больше, чем у стандартных асинхронных двигателей такой же мощности, поэтому при выборе модели частотного преобразователя руководствуйтесь прежде всего его номинальным током, а не мощностью, выбирая с небольшим запасом.

2. Если частотные преобразователи имеют небольшую перегрузочную способность (110-120%), то лучше выбирать его на один номинал выше мощности двигателя.

3. На длинном моторном кабеле может происходить большое падение напряжения, что в свою очередь приведет к снижению момента, развиваемого двигателем, поэтому рекомендуется использовать кабель с увеличенным сечением.

4. При длине моторного кабеля более 20-50 метров большинство производителей преобразователей частоты рекомендует использовать моторный дроссель с 2-4% падением напряжения, устанавливаемый на выходе преобразователя. Иначе из-за высокой емкостной составляющей линии будут утечки тока, излишне нагружающие привод, и приводящие к срабатыванию защиты от перегрузки по току.

5. Еще одним негативным фактором длинного кабеля является возникновение перенапряжения (до 1000В) на зажимах двигателя вследствие образования стоячей волны, вызванной прохождением импульсного ШИМ-сигнала с крутым фронтом (см. рис.). Эффективным способом снижения перенапряжения и, тем самым, увеличения срока службы электродвигателя является применение моторного дросселя или фильтра dU/dt.

6. Помимо этого моторный дроссель снижает скорость нарастания аварийных токов короткого замыкания, тем самым обеспечивая более надежное срабатывание цепей электронной защиты преобразователя.

7. Применение сетевого дросселя, устанавливаемого на входе преобразователя, также весьма желательно в данных приложениях, так как скважины зачастую расположены в удаленных местах сельской местности, где качество электрической сети оставляет желать лучшего. Сетевой дроссель необходим, если частотный преобразователь питается от мощного недалеко расположенного (до 10м) распределительного трансформатора. В этом случае без сетевого дросселя преобразователь может быть поврежден. Кроме того, энергетические компании могут налагать штрафы за превышение допустимого уровня гармонических искажений электрической сети при эксплуатации частотного привода без сетевого дросселя.

8. При установке преобразователя в неотапливаемом помещении он должен иметь соответствующий диапазон температур, подходящих для эксплуатации в данных условиях окружающей среды.

9. Преобразователь частоты должен обладать следующим минимальным набором функциональных возможностей:

• Встроенный ПИ или ПИД регулятор для работы привода в замкнутом контуре поддержания давления.
• Функция оптимизации энергопотребления, адекватно снижающая выходное напряжения при низкой нагрузке привода.
• Функция автоматического повторного включения привода, которая при возникновении какого-либо не фатального сбоя в работе привода должна перезапустить привод без участия оперативного персонала.
• Защита двигателя от перегрузки (заклинивания вала) и перегрева (I2t), защита инвертора от короткого замыкания, защита насоса от сухого хода, и др.
• Функция ограничения минимальной выходной частоты или «спящий» режим, которые необходимы таких насосов, которые имеют ограничение работы на низких скоростях.
• Желательно иметь архив аварий, который поможет правильно провести диагностику привода в случае регулярных сбоев и выхода оборудования из строя.
• Настраиваемая характеристика U/f или векторное управление для оптимальной настройки характеристик привода.