Falownik do pompy lub wentylatora – na jakie funkcje zwrócić uwagę?

Regulacja wydajności pomp, wentylatorów oraz dmuchaw z wykorzystaniem falownika pociąga za sobą wiele korzyści, przede wszystkim finansowych. Za pomocą przemiennika częstotliwości można w sposób bardzo efektywny, a zarazem prosty zrealizować kompletny układ sterowania z regulatorem PID oraz 3 pompami. Niektóre serie różnych producentów posiadają również funkcję automatycznego oszczędzania energii, która dedykowana jest właśnie do zastosowań w pompach. Przyjrzyjmy się poszczególnym funkcjom i ich praktycznym zastosowaniom.

Funkcja „Lotny start”

Dzięki włączeniu funkcji „lotny start”, przemiennik częstotliwości najpierw wykrywa prędkość i kierunek obrotów wirnika, a następnie rozpoczyna napędzanie silnika z częstotliwością dostosowaną do aktualnej prędkości wirnika. Jest to niezwykle przydatne w tych aplikacjach, gdzie zatrzymanie układu napędowego trwa długo i realizowane jest wybiegiem lub tam, gdzie napęd napędzany jest przez inne medium np. wentylator poruszany siłą wiatru. Funkcja ta przede wszystkim sprawdza się w aplikacjach wentylacyjnych (w przemiennikach częstotliwości Astraada ten tryb rozruchu może być użyty dla przemienników o mocy 4 kW lub wyższej). W przypadku pomp pozwala wyeliminować uderzenia (bicia) mechaniczne i hydrauliczne, a także przeciążenia prądowe przez płynne wprowadzenie silnika do biegu, co powoduje zmniejszenie zużycia mechanicznego całego napędu.

Funkcja „Tryb uśpienia”

„Tryb uśpienia” falownika sprawdza zadaną częstotliwość pracy układu. Jeśli jest ona mniejsza od dolnego limitu częstotliwości, który jest zadany w parametrach przetwornicy, zasilanie silnika zostanie odcięte, pozostawiając go na wolnym wybiegu. Gdy częstotliwość zadana zostanie ponownie osiągnięta i utrzymana przez określony czas, przemiennik automatycznie powróci do normalnego trybu pracy. Przyczynia się to do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej oraz mniejszego zużycia napędu. W systemach automatycznej regulacji należy jednak pamiętać o zapewnieniu odpowiedniego chłodzenia układu napędowego. Gdy nie jest on przystosowany do pracy z niską prędkością obrotową, a sam silnik nie posiada tzw. obcego chłodzenia, tylko wentylator zamontowany bezpośrednio na wale silnika – sprzyja to przegrzaniu silnika przy niskiej prędkości obrotowej.

Regulator PID naszym sprzymierzeńcem

Regulatory PID są powszechnie stosowanym układem w systemach automatyki. Służą do płynnej regulacji m.in. przepływu, ciśnienia czy temperatury pracując w pętli sprzężenia zwrotnego. Składają się z trzech członów: P – proporcjonalnego, który wzmacnia sygnał uchybu, I – całkującego, który całkuje sygnał uchybu kompensując akumulację sygnału z przeszłości (neutralizuje zakłócenia) oraz D – różniczkującego, który różniczkuje uchyb kompensując przewidywane uchyby (blokuje sygnał, aby nie narastał zbyt szybko). Sygnał sterujący jest więc sumą sygnałów przetworzonych przez te człony. Głównym zadaniem regulatora PID jest jak najszybsze osiągnięcie wartości zadanej, przy zachowaniu stabilności układu oraz jej utrzymaniu, pomimo występujących zakłóceń. W idealnym regulatorze PID uchyb będzie zerowy, co w praktyce jest nieosiągalne.

Człony składowe regulatora PID mogą również działać w innych konfiguracjach niezależnie od siebie, np. sam człon proporcjonalny (P), który będzie wzmacniał sygnał do wartości zadanej (jest on jednak podatny na zakłócenia i utratę stabilności w przypadku szybkich zmian); człon proporcjonalno-całkujący (PI), który oprócz proporcjonalnego wzmocnienia sygnału do wartości zadanej, również go całkuje, eliminując tym samym ewentualne zakłócenia (wadą takiego rozwiązania jest brak zabezpieczenia przed zbyt gwałtownym narastaniem i opadaniem sygnału, przez co może utracić stabilność); człon proporcjonalno-różniczkujący (PD), który proporcjonalnie wzmacnia sygnał jednocześnie różniczkując go (zapobiega zbyt gwałtownym reakcjom na nagłe zmiany i utraty stabilności, lecz jest podatny na zakłócenia).

Regulatory PID są wykorzystywane wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba utrzymywania stałych parametrów pracy bez względu na warunki, pobierając aktualną wartość z czujników analogowych. Pozwala to np. utrzymanie stałej prędkości, siły, ciśnienia czy przepływu.

Sterowanie kaskadą pomp

Funkcja ta znalazła zastosowanie w systemach wielopompowych i wielowentylatorowych, których wydajność jest regulowana za pomocą płynnej zmiany prędkości silnika bezpośrednio wpiętego do falownika oraz dołączaniu/odłączaniu dodatkowych napędów.

Przykładowo, przemienniki częstotliwości DRV-26 marki Astraada posiadają dwa przekaźniki, za pomocą których można dołączyć bezpośrednio do sieci dwie pomocnicze pompy.

Załóżmy, że posiadamy jeden falownik regulujący ciśnienie przepływu w układzie. Zaistniała sytuacja w systemie spowodowała tak duży pobór wody, że nie jest on w stanie utrzymać odpowiedniego ciśnienia za pośrednictwem wyłącznie jednej pompy (pompy podstawowej), która pracuje na pełnych obrotach. Falownik otrzymuje sygnał z czujnika pomiarowego, iż wymagany przepływ nie został osiągnięty, zostaje więc załączone pierwsze wyjście przekaźnikowe, które włącza bezpośrednio do sieci pierwszą pompę pomocniczą. W tym samym czasie nasz przemiennik częstotliwości steruje prędkością pompy podstawowej. Po włączeniu wyjścia przekaźnikowego pierwsza pompa pomocnicza pracuje na pełnych obrotach, a dodatkowa potrzeba zwiększania ciśnienia wody jest regulowana za pomocą pompy podstawowej zasilanej przez przemiennik częstotliwości. W efekcie przepływ wytworzony za pomocą obu pomp pracujących w danym momencie zwiększa się płynnie. Opisane sterownie przedstawia wykres na rys. 2.

gdzie:
M1 – silnik zasilany bezpośrednio z falownika;
M2, M3 – silniki włączane za pomocą wyjść przekaźnikowych.

Gdy wymagany przepływ nadal nie został osiągnięty, zostaje włączona trzecia pompa w analogiczny sposób. Schemat ideowy układu opisanego powyżej został przedstawiony na rys.3.

Dzięki powyższym funkcjom przemienników częstotliwości marki Astraada można zrealizować układ regulacji oszczędzając czas, miejsce i energię, zwiększając przy tym jednocześnie bezpieczeństwo i stabilność pracy systemu.

Autor artykułu: Michał Stokłosa