Принципы частотного регулирования электроприводов

Принципы частотного регулирования электроприводов механизмов целесообразно показать на примере наиболее распространенного устройства — насосного агрегата в системе водоснабжения.

На перекачку чистых и сточных вод в России расходуется более 12 млрд. кВт·ч электроэнергии.

Характеристика системы водоснабжения

Чтобы подать воду в кран потребителя, нужно создать необходимый напор (H) на выходе насосной станции. Его величина складывается из двух составляющих:

– статической (Нс) — равной разнице абсолютных высот расположенного выше других потребителя и насосной станции, плюс необходимое давление у потребителя;

– и динамической — необходимой для преодоления гидравлического сопротивления (S) системы трубопроводов току воды, и зависящей от величины водоразбора (Q).

H = Hc + S·Q2

Показанная зависимость (на графиках обозначена — H) характеризует систему водоснабжения, однозначно определяя величину необходимого напора на выходе насосной станции для водоснабжения самого дальнего потребителя в зависимости от величины водоразбора из системы.

Избыточное давление создаваемое насосом

Производительность насоса (на графиках обозначена — H) определяется из произведения величины обеспечиваемого им напора на соответствующую величину подачи, и фактически пропорциональна скорости вращения ротора насоса.

Допустим, водоснабжение обеспечивается одним насосным агрегатом, выбранным по максимальному напору и производительности (наиболее распространённый случай). Тогда при величинах водоразбора меньших максимальной этот насос будет создавать избыточное давление в системе (на графиках обозначено — H). Это опасное для системы трубопроводов давление может в несколько раз превышать необходимый напор.

Дроссельное регулирование

Для борьбы с этим явлением наиболее распространён метод дроссельного регулирова­ния — избыточное давление уничтожается на выходной задвижке с насосной станции. При её прикрытии создаётся дополнительное сопротивление току воды (≡ ↑ S). Характеристика системы при этом изменяется таким образом, чтобы необходимый напор на выходе насосной станции, при данной величине водоразбора, соответствовал характеристике насоса.

Применение частотного регулирования ставит ситуацию „с головы на ноги“:

Частотное регулирование

Устройство частотного регулирования обеспечивает поддержание такой скорости вращения ротора насоса, которая достаточна для создания необходимого напора при данной величине водоразбора. Изменяется не характери­стика системы водоснабжения, а производитель­ность насосного агрегата.
Следует отметить, что для точного регулирования требуется задание двух параметров: давления и расхода воды на выходе из насосной станции (лучше — в диктующей точке системы). Однако на практике бывает вполне достаточно удерживать давление на определённом уровне.

Энергия, потребляемая электродвигателем привода от сети, расходуется:

Мощность потребляемая электроприводом

  • При дроссельном регулировании (P) — как на водоснабжение потребителей, так и на преодоление гидравлического сопротивления создаваемого регулирующей задвижкой.
  • При частотном регулировании (P) — только на водоснабжение потребителей.
  • Разница (P) составляет экономию электроэнергии за счёт внедрения частотного регулирования электропривода.
Если средняя величина водоразбора из системы водоснабжения меньше Q1, внедрение частотного регулирования электропривода насоса, безусловно, выгодно.