Технологический прогресс и общее улучшение отраслевых знаний сделали насосные системы с частотным регулированием скорости максимально актуальными и доступными на сегодняшний день для широкого круга применений. Вместе с доступностью существует прямой запрос потребителя на понимание особенностей применения для обеспечения приемлемой надежности. Технологии и уровень знаний выросли, однако по-прежнему осталась проблема в доступности объективной литературы, способной предоставить полноценную и всестороннюю информацию для потребителя с акцентом на особые требования к применению преобразователей частоты совместно с центробежными насосами.

Европейская ассоциация производителей насосов Europump и Институт гидравлики совместно разработали Руководство по применению насосов с регулируемой скоростью, облегчающее конечным потребителям и инсталляторам насосного оборудования выбор, установку, управление и эксплуатацию оборудования.

В таблице изложены три метода управления центробежным насосом.

Метод управления	Преимущества	Недостатки
Насосные системы с регулированием скорости	Точное регулирование процесса. Снижение потребления энергии. Повышение надежности.	Высокие капиталовложения в оборудование. Недостаточная эффективность для насосов с высокой статической составляющей напора и насосов с плоской характеристикой.
Нерегулируемые насосы. Пуск - стоп.	Простой метод управления. Минимальные начальные капиталовложения.	Высокая цикличность включения и отключения. Невозможность адаптироваться к изменениям в расходе. Требует дополнительного оборудования (гидроаккумуляторов).
Нерегулируемые насосы. Дросселирование.	Точное регулирование процесса.	Потери энергии. Повышенный износ арматуры. Шум.

Итак, каждый метод управления обладает как преимуществами, так и недостатками. Тем не менее, с позиции общей надежности и рационального использования энергоресурсов частотное регулирование скорости насоса представляет наиболее совершенный способ управления насосной системой. Экономия электроэнергии может быть дополнительно увеличена, если регулирование скоростью совместить с цикличным включением и отключением насоса при работе на низкой скорости и в сочетании с промежуточным накопителем (гидроаккумулятором).

Достижение максимальной экономичности работы насоса обеспечивается оптимизацией скорости насоса по критерию минимальной удельного расхода энергии (Es). Критерий Es может оказаться не знакомым многим пользователям насосов. Однако, это очень простой для понимания критерий, учитывающий соотношение количества потребляемой энергии и объема перекачиваемой жидкости.

При использовании цикличного управления включением и отключением насоса совместно с регулированием скорости потребитель может оптимизировать работу системы по критерию минимального удельного расхода электроэнергии Es. Эта оптимизация позволит получить значительно больший эффект экономии энергии в сравнении с цикличной работой насоса с полной скоростью и короткими циклами работы и простоя. Кроме того, такой подход обеспечивает более длительные циклы в работе насоса и, соответственно, меньшее число пусков и меньшие расходы на обслуживание.

Pin – количество потребляемой преобразователем частоты энергии;

Ti – время работы;

Vi – объем перемещенной воды;

Qi – производительность насоса.

Рисунок 1. Насосная станция водоотведения с частотным регулированием.

Рисунок 2. Насосная станция водоотведения с регулированием скорости и цикличным включением/выключением насоса на скорости ниже минимального Es.

Поведение насосной системы водоотведения с частотным регулированием скорости в отношении потребления киловатт-час электрической энергии на кубический метр воды можно сравнить с более понятным для потребителя расходом топлива на дистанции в 100 километров при движении на автомобиле. В случае с Вашим автомобилем, если Вы решили ехать медленнее (для насоса это пониженная скорость), Вам потребуется больше времени, чтобы добраться до места назначения (насос работает дольше), но Ваш автомобиль израсходует меньше топлива (насос потребит меньше электроэнергии на выполнение задачи).

Этот пример показан на рисунке 2. Когда приток превышает уровень минимального Es, насос перемещает воду со скоростью, пропорциональной интенсивности притока. Когда приток воды снижается ниже уровня минимального Es, насос перемещает воду с циклами включения и отключения на скорости, соответствующей критерию минимального Es. Такой подход в управлении насосом обеспечивает минимальное потребление электроэнергии для решения задачи водоотведения.

Рисунок 3. Система с низкой статической составляющей напора.

Рисунок 4. Система с высокой статической составляющей напора.

Экономия энергии за счет регулирования скорости насоса существенна тогда, когда потери на трение преобладают в гидравлической системе над статическим напором (смотреть рисунок 3). Отклонение от точки наивысшей эффективности BEP минимально при снижении скорости насоса. Следовательно, удельное потребление энергии Es также постоянно снижается вместе со снижением скорости насоса. Напротив, в гидравлических системах с преобладанием в общем напоре статической составляющей (как показано на рисунке 4) снижение эффективности насоса (отклонение от точки BEP) уже более заметно в области низких скоростей и в определенной точке удельное потребление энергии Es начинает расти при снижении скорости.

Эти два примера наглядно показывают общие принципы, согласно которым в условиях переменного потока управление скоростью насоса более эффективно и обладает большими преимуществами в сравнении с таким методом регулирования насоса как дросселирование. Чем меньше статическая составляющая напора, тем больше будет эффект экономии энергии при регулировании скорости.

В дополнение к экономии электроэнергии регулирование скорости центробежного насоса позволяет:

- точно управлять процессом (поддерживать постоянное давление в условиях переменного потребления воды);

- обеспечить больший коэффициент мощности (преобразователь частоты, установленный перед асинхронным двигателем, частично компенсирует реактивную мощность за счет конденсаторного звена);

- снизить пусковой ток;

- снизить механическую нагрузку;

- обеспечить улучшенный мониторинг параметров работы и защиту насоса;

- повысить общую надежность насосной системы.

С другой стороны, при применении преобразователей частоты с насосами имеют место общие и эксплуатационные проблемы, которые при их игнорировании могут привести к обратному эффекту – снижению надежности системы (смотреть таблицу ниже). Список проблем в таблице не является исчерпывающим.

Потенциальные проблемы	Способы решения
Повышенные эксплуатационные требования.	С точки зрения охлаждения двигателя низкая скорость – далеко не лучшая идея. Очень важно для достижения длительного срока службы обеспечить условия улучшенного охлаждения двигателя насоса.
Дополнительная нагрузка на изоляцию обмоток двигателя. Импульсы перенапряжения. Результирующий сигнал напряжения, прикладываемый к двигателю - НЕ СИНУСОИДА.	Применять двигатель, предназначенный для частотного регулирования (для питания ШИМ –формой напряжения, двигатель с высоким классом изоляции и сопротивлением импульсному перенапряжению ).
Большинство стандартный преобразователей частоты используют простой 4-х или 6-ти тактный выпрямитель (диодный мост), который вносит гармонические искажения в линию питания.	Применение дополнительных активных и пассивных методов для подавления гармонических искажений входного сигнала.
Синфазные помехи, синфазное напряжение на роторе, паразитные токи на валу и подшипниках.	Применение синфазных фильтров, изолированных подшипников, устройств заземления ротора.
В гидравлических системах с высокой статической составляющей напора небольшое уменьшение скорости может вызвать работу насоса в «мертвой зоне» напора.	Снижение скорости насоса ограничивают требованиями к минимальному потоку.

Преобразователь частоты предъявляет особый набор требований, которые важно учитывать при проектировании насосной системы с регулированием скорости. Игнорируя особые требования, в лучшем случае Вы рискуете получить просто проблемную систему. 

---