Частотные преобразователи

Насосные системы являются одними из основных потребителей электроэнергии в промышленности и быту. На эти системы приходится примерно 22% энергии, потребляемой электродвигателями.

Проблема энергоэффективности насосных систем актуальна в России, хотя в большинстве насосных агрегатов по-прежнему используются приводы без регулирования скорости.

В развитых странах почти 20–30% насосных систем уже оснащены приводами с регулируемой скоростью (ЧРП – частотно регулируемый привод) из-за их высокой эффективности. Часто вместо мощной одинарной насосной системы используется многонасосная система с двумя и более насосами меньшей мощности.

Внедрение частотных преобразователей может обеспечить низкие эксплуатационные расходы, более простое обслуживание и более длительный срок службы насосной установки. Кроме того, существует возможность регулирования расхода в многонасосной системе без падения давления и значительного падения КПД насосных агрегатов.

Возможность снижения потерь энергии для системы с несколькими насосами достигается за счет отключения части насосов при малых расходах, а также за счет оптимизации работы отдельных насосов в случае, если они поставляются с приводами с регулируемой скоростью.

Сравнение системы, состоящей из двух насосов с одним преобразователем частоты и той же системы с двумя отдельными преобразователями частоты для каждого насосного агрегата показывает,  что последняя система более эффективна. Предлагается решение для повышения энергоэффективности в многонасосной системе с частотно-регулируемыми приводами. В концепцию не входят дополнительные расходомеры или приборы для измерения напорных характеристик. Предлагается оригинальная стратегия управления многонасосной системой с использованием методов дросселирования и регулирования скорости на основе оценки расхода.

Разработан оригинальный алгоритм надежного прогнозирования работы параллельно управляемых насосов в многонасосной системе и оптимального с точки зрения энергоэффективности управления количеством работающих насосов для частотно-регулируемых приводов без дросселирования.

Исследована параллельная работа двух насосов с одинаковыми параметрами номинального давления и разными значениями номинального расхода. Показано, что общий КПД системы снижается с увеличением соотношения номинальных расходов отдельных насосов. Для сравнения исследовано несколько различных комбинаций параметров насосной системы.

Рассмотрена параллельная работа многонасосной системы, состоящей из четырех насосов, где расход регулируется тремя разными способами (дросселирование, байпас и регулирование скорости). Автоматика используется для поиска правильной стратегии управления энергоэффективностью.

Исследована система с пятью параллельными насосами. Энергопотребление сравнивается для разных случаев. Например, когда используется только один преобразователь частоты и в случае использования пяти отдельных преобразователей частоты для каждого конкретного насоса. Показано, что использование частотно-регулируемых приводов для каждого насоса вместо одного регулируемого привода приводит к снижению энергопотребления от сети на 2,5%.

Рассмотрена оптимизация энергопотребления трех параллельных насосов без регулирования частоты вращения. Исследовалось энергопотребление системы из параллельных насосов различных типов, некоторые из которых оснащены частотными преобразователями.

Сравнивалось энергопотребление насосных систем с несколькими параллельными насосами без регулирования частоты вращения. Анализ показывает, что использование приводов с регулируемой скоростью для каждого насоса в системе с несколькими насосами, как правило, является наиболее энергоэффективным решением.

Большое количество предложенных различных стратегий управления, достигаемых с помощью различных методов оптимизации, демонстрируют сложность и необходимость учета большого количества параметров при оптимизации энергопотребления системы с несколькими насосами.

Насосная система с двумя двигателями и одним преобразователем частоты является частным случаем многодвигательных насосных станций с одним преобразователем частоты (многонасосные системы с одним приводом) для гидравлических машин. Такие системы широко используются в электроприводе насосных и компрессорных станций с насосно-компрессорными агрегатами малой номинальной мощности.

Это позволяет значительно снизить капитальные затраты на такие насосные станции, обеспечивая плавное регулирование давления / расхода. Поскольку стоимость частотно-регулируемого привода составляет значительную часть от общей стоимости маломощной насосной системы, возможен случай параллельной работы двух насосов с использованием одного преобразователя частоты.

Любое решение по применению частотно-регулируемого привода принимается с учетом энергоэффективности.