Frekfentni regulator u pumpnim sistemima
1. UVOD Pritisak u sistemima za vodosnabdevanje često nije dovoljan za pokrivanje potreba pojedinih korisnika ili čitavih delova naselja. Razlog za to može da bude ili suviše velika visinska razlika između pojedinih korisnika, ili suviše veliki gubici u cevovodu, prouzrokovani velikom potrošnjom u određenom dobu dana.U najvećem broju slučajeva oba faktora će zajedno biti odgovorna za činjenicu da zahtevani pritisak u instalaciji nije ostvaren, zbog čega se javlja potreba za ugradnjompumpnih sistema za povišenje pritiska vode regulisane frekventnim pretvaračem. Zahtevi pojedinih korisnika za pritiscima u instalaciji višim od uobičajenih, kao što su industrijski procesi, višespratne zgrade, kao i specifični zahtevi sistema za gašenje požara, takođe dovode do potrebe za ugradnjom regulisanih pumpnih sistema. Najniži nivo automatizacije podrazumeva upravljanje jedinice za povišenje pritiska korišćenjem
presostata (tlačnih sklopki), preko mikroprocesorskog upravljanja i mekog
upuštanja i zaustavljanja pumpi pomoću soft-startera, sve do frekventnog upravljanja pumpama pomoću frekventnog regulatora sa odgovarajućom automatikom, kao najvišim stepenom
automatizacije.
Upotrebom
frekventnih
regulatora
vrši
se
automatsko
prilagođavanje rada postrojenja trenutnim uslovima potrošnje, čime se postiže značajna ušteda u električnoj energiji. Po potrebi, postoje i sistemi za daljinski prenos podataka o statusu pumpnog postrojenja, bilo žičnim ili bežičnim putem, a moguće je i daljinsko upravljanje postrojenjem (podešavanje parametara rada). Osnovna namena postrojenja je povišenje pritiska vode u objektima u kojim se zahtevani pritisak ne može obezbediti direktnim priključenjem na gradsku mrežu ili drugi izvor snabdevanja. Postrojenja opslužuju pojedinačne objekte, grupe objekata ili manja naselja. Uz značajnu uštedu energije, stabilnost pritiska na mestu potrošnje je osobina koja ova postrojenja preporučuje
naročito za stambene objekte, bolnice, hotele i
tehnološke procese koji ne trpe oscilacije pritiska vode. Instalacije sa ovim postrojenjima mogu se koristiti za protivpožarnu vodu ako su ispunjeni uslovi priključenja hidranata na mrežu pitke vode .
Frekfentni regulator u pumpnim sistemima
2. TEORIJSKE OSNOVE 2.1 TIPOVI POKRETANJA PUMPNIH SISTEMA Budući da je struja polaska motora uglavnom od 4 do 7 puta veća od nominalne, potrebno je primeniti odgovarajuću opremu radi redukcije opterećenja električne mreže. U praksi postoji nekoliko tipova uređaja za pokretanje centrifugalnih pumpi: •
Direktno pokretanje
•
Pokretač zvezda-trougao
•
Pokretaje mekim upuštačem
•
Pokretanje frekventnim pretvaračem
Direktno pokretanje, budući da je vreme zaleta motora kratko (nekoliko sekundi) daje dobre rezultate u pogledu zagrevanja motora pri polasku, kao i najduži radni vek motora. Iznad 45 kW zbog mehaničkih udara preporučuje se pokretanje zvezda-trougao. Osim toga, iako je sa ovakvim načinom pokretanja najveća struja starta, direkno pokretanje izaziva najmanje smetnje
na
električnoj
mreži.
Pokretač
zvezda-trougao
je
najprihvaćenije
i
najrasprostranjenije rešenje za smanjenje struje kod pokretanja. Kod pokretanja elektromotora, kombinacijom zvezda-trougao, namotaji Meki upuštač je elektronski uređaj koji smanjuje napon i prema tome struju starta uz pomoć promene ugla faze. Struja starta se smanjuje 2-3 puta. Kada motor postigne punu brzinu uređaj se isključuje i motor se dalje snabdeva direktno iz mreže. Ovakav način pokretanja daje smanjen polazni moment i pojačano zagrevanje motora pri polasku. Da bi se izbeglo zagrevanje motora preporučuje se da vreme zaleta bude par sekundi. Ovakav način pokretanja daje dobre osobine pri polasku, međutim konstrukcija ovakvih uređaja je veoma slična frekventnim
pretvaračima
pa
stoga i cena, a sa druge strane ovakvi uređaji nemaju mogućnost upravljanja sa pumpom u zavisnosti od neke spoljnje veličine (pritisak,protok isl.), pa je prema tome njihova primena ograničena.
Frekfentni regulator u pumpnim sistemima
Frekventni pretvarač je idealni tip startera. Uz pomoć pretvarača frekvencije postiže se redukcija struje zaleta, kao i smanjenje hidrauličkog udara. S druge starane imaju relativno visoku cenu pa je njihova primena opravdana samo slučajevima kada se želi postići, kontinualna promena brzine pumpe u zavisnosti od neke spoljnje veličine, kao što su: protok, pritisak, nivo itd. Kod ovakvog načina upravljanja potrebno je obratiti pažnju na sledeće: • Primena frekventnog pretvarača ne znači uštedu energije dugoročno. • Ukoliko pumpa ne radi na punom broju obrtaja smanjuje se vek kako pumpe tako i motora. • Minimalan preporučeni broj obrtaja kod centrifugalnih pumpi je 1500 o/min (25 Hz). 2.2
REGULACIJA PRITISKA
U najvećem broju slučajeva kod vodosnabdevanja postavlja se pitanje regulisanja pritiska. Ovaj problem u najvećem broju slučajeva rešen je primenom hidrofora i dvopozicionog presostata. Ovakav način predstavlja najjeftinije i ujedno najprostije rešenje. Osim toga ovaj način je veoma pouzdan i najmanje zahtevan u pogledu održavanja. Mana ovakvog sistema je potreba za posudama pod pritiskom relativno velike zapremine i velika histereza regulatora, odnosno oscilacije pritiska. Jedno od rešenja ova dva problema predstavlja primena frekventne regulacije. Naime ukoliko se presostat zameni davačem pritiska koji daje signal frekventnom pretvaraču a na osnovu tog signala menja odnosno prilago đava broj obrtaja pumpe, postiže se usaglašavanje kapaciteta pumpe sa trenutnom potrošnjom
vode. Ovako se smanjuje greška regulacije i smanjuje se potrebna zapremina hidrofora. Takođe na ovaj način moguće je rešiti i regulaciju protoka. Drugo rešenje ovog problema (oscilacija pritiska) je sistem sa više pumpi. U ovom slučaju vrši se kaskadno uključivanje pumpi prema trenutnim potrebama potrošača. Što rezultuje u manjem odstupanju trenutnog kapaciteta sistema od potrebe potrošača, u odnosu na sistem sa jednom pumpom. Ovakvo rešenje ima prednosti u smislu pouzdanosti pošto ispad jedne pumpe ne izaziva zastoj celog sitema. Mana ovakvog rešenja je razuđenost i investiciono ulaganje pri izgradnji. Idealno rešenje
predstavlja kombinacija dva gore navedena, frekventna regulacija i kaskadno upravljanje. Ovakav sistem se sastoji od više pumpi od kojih je najmanje jedna sa pretvaračem. U ovom slučaju upravljački uređaj vodi računa o radu svih pumpi.
frekventnim
Frekfentni regulator u pumpnim sistemima Frekventni pretvarač se u ovom slučaju postavlja na najmanju pumpu. Sa ovom pumpom se vrši fina regulacija izlaznog pritiska. Ostale veće jedinice se uključuju u zavisnosti od potrebe. Ovo predstavlja kompromis energetske efikasnosti i tačnosti regulacije,
pošto
smanjivanje broja obrtaja znači pad stepena korisnog dejstva pumpe te povećanu utrošenu energiju po kubnom metru ispumpane vode. S druge strane postiže se zadovoljavajuća tačnost regulacije pritiska. Cena investicije i održavanja prema stepenu automatizacije i energetske efikasnosti približava se optimalnoj pošto je ovako moguće pratiti rad svih pumpi, i usaglasiti resurse i potrošnju. Ovakvo rešenje, ukoliko se dobro izvede, zahteva malo održavanja pošto se sastoji uglavnom od jednostavnih komponenti, što takođe daje robustnost i stabilnost kod ispada i kvarova. Osim toga prisutna je i mogućnost unifikacije komponenti (pumpe, elektrooprema itd) što povećava brzinu popravke kod hitnih intervencija. Izbor upravljanja i pokretanja pumpi kao i izbor samih pumpi zavisi pre svega od kapaciteta izvorišta, potrebnog kapaciteta potrošača i naravno od mogućnosti investitora. Razvoj pumpi kreće se u pravcu povećanja efikasnosti, dok se razvoj upravljanja i automatike kreće u pravcu povećanja tačnosti
regulacije i
podizanja stepena automatizacije.
Podizanje
stepena automatizacije znači praćenje više parametara i automatsko reagovanje na njihove vrednosti ili stanja.
2.3 EKONOMSKA OPRAVDANOST REGULISANIH PUMPNIH SISTEMA Postoje nekoliko ekonomskih faktora i kriterijuma koji mogu opravdati uvođenje regulisanog elektromotornog pogona ili rekonstrukciju postojećeg pogona, međutim sama procena ovih kriterijuma zavisi od korisnika. Posmatrajući opravdanost regulisanog pogona kroz kriterijum troškova, troškovi opravdanog regulisanog pogona uključuju kupovnu cenu i
troškove montaže. Troškovi
eksploatacije uključuju troškove energije i troškove
održavanja, što je izuzetno važan faktor posmatrajući sa aspekta zarada tj. viška vrednosti. Opšti kriterijumi za racionalno korišćenje pretvarača frekvencije mogu se ukratko istaći: Poboljšanje kvaliteta proizvoda odnosno pojednostavljenje procesnih sistema (što uključuje najnovija dostidnuća tehnike još u fazi planiranja investicije). Nizak nivo buke pogona sa pretvaračima može se navesti kao primer zaštite čovekove okoline. Ako je štednja energije jedini motiv za uvođenje pogona sa regulacijom brzine, potrebno je uzeti u obzir da specifični troškovi (din/kW) naglo rastu sa padom nominalne snage elektro motora. Procena stvarnog stanja elektropogona na primer u industriji šećera pokazala je da oko 60% potrošene energije se koristi za rad pumpi i ventilatora. Međutim, ako se posmatra klasifikacija elektromotora (na primer u navedenoj industriji) prema količini i vrednosti izlazne snage, motori čija je nominalna snaga veća od 100 kW nose oko 15% od ukupnog iznosa ali troše oko 50% od ukupne energija namenjene za elektromotore izuzimajući pogone centrifuga. Ako je cilj da se uštedi energija pomoću uređaja za regulaciju brzine elektromotora, posebna pažnja se mora posvetiti ovoj grupi motora.
3. REGULISANI PUMPNI SISTEMI Osnovna namena ovog sistema je povišenje pritiska vode gradske vodovodne mreže u višespratnicama, kako bi se postiglo snabdevanje pitkom i potrošnom vodom točećih mesta i
sanitarnih uređaja i na najvišim spratovima. Konstrusan je za kontrolu jedne, dve i tri centrifugalne pumpe sa trofaznim elektromotorom snage do 1,5 kW. Jedna pumpa je frekventno
regulisana, dok se ostale automatski uključuju kaskadno (prema potrebi).
Sistem radi tako da se, prilikom starta, uključuje prva pumpa čiji je obrtaj regulisan frekventnim regulatorom. Frekventni regulator, lagano zaleće pumpu, a zatim menja obrtaj kako bi pritisak ostao na zadatoj vrednosti (npr. 5 bar). Podatak o stvarnoj vrednosti pritiska se dobija preko sonde (transmitera pritiska) koja je ugrađena na potisnu cev i direktno priključena na
frekventni
regulator.
U
slučaju veće potrošnje pumpa
će
povećavati obrtaj, odnosno u slučaju smanjene potrošnje, smanjivaće obrtaj. Kod jako velike potrošnje, kada pumpa koja je regulisana frekventnim regulatorom, ne može da zadovolji traženi pritisak, automatski će se uključiti druga ili treća, zavisno od sistema, koja radi punim kapacitetom, dok će prva pumpa , promenom obrtaja, dopunjavati do zadate vrednosti pritiska koji se ne menja. Kada se potrošnja smanji, isključuje se druga pumpa, a regulisana i dalje, promenom obrtaja, održava zadatu vrednost pritiska.
Radi jedna pumpa na frekventnom regulatoru
Radi jedna pumpa na frekventnom regulatoru, a druga direktno
Prednost ovog sistema je što je odstupanje stvarnog pritiska na potisu od zadate vrednosti manje od 1%, čime su izbegnuti hidraulični udari u mreži, štiti se postojeći cevovod kao i neprijatne varijacije tople i hladne vode iz bojlera na višim spratovima. Primena frekventnih pretvarača kod pumpnih sistema obezbeđuje regulaciju rada pumpi odnosno održavanje potrebnog, konstantnog pritiska u vodovodnoj instalaciji cele zgrade. U svakom frekventnom pretvaraču je ugrađen mrežni filter koji ograničava i otklanja smetnje kod radio i TV uređaja. Isto tako svaki frekventni pretvarač ima ugrađene naponske i strujne zaštite, a to znači da će kod nestanka jedne faze ili preopterećenja elektromotoraodmah biti prijavljen kvar, kako nebi došlo do veće štete. Svaki trajni ili prolazni kvar na pumpnom sistemu se beleži u meniju frekventnog pretvarača i u svako doba se može naknadno pročitati šta je bio uzrok kvara. Prednosti regulisanih pumpnih sistema: •
Održavanje pritiska na zadatoj vrednosti, u celoj vodovodnoj instalaciji bez
obzira na spratnost sa greškom manjom od 1%, zahvaljujući zatvorenoj povratnoj sprezi •
Uštedu električne energije (do 60%), zahvaljujući regulaciji pumpi
•
Smanjenje hidrauličnih udara u mreži čime se povećeva vek trajanja pumpi
i cevovoda •
Automatsku kaskadnu kontrolu pompi
•
Potpuna eliminacija buke u prostoru gde su smeštene pumpe a takođe i
u okolnim stanovima (nema više iscrpljujućih lupanja nepovratnih ventila i kontaktora za uključenje pumpi) •
Uštede na troškovima servisa, jer je smanjeno habanje svih delova
pumpnog sistema (nema više lomova osovina, spojnica, premotavanja motora, zamene kontaktora, bimetalnih relea, tlačnih sklopki, atrol posuda idr. Regulisani pumpni sistemi obezbeđuju nekoliko nivoa zaštite:
Primenom
•
Zaštitu pumpi od rada na suvo (nestanak vode)
•
Zaštitu od nepravilnog redosleda, ispada i asimetrije faza
•
Zaštitu elektromotora pumpi od preopterećenja
•
Zaštita od zemljospoja i kratkog spoja
•
Zaštita od radiosmetnji
•
Zaštita od previsokog pritiska
•
Zaštita od emitovanja viših harmonika u mrežu
•
Prenaponska i podnaponska zaštita
•
Termička zaštita motora i frekventnog pretvarača
frekventnih pretvarača kod pumpnih sistema pored predhodno nabrojanih
prednosti, obezbeđuje i zaštitu uređaja u domaćinstvu od hidrodinamičkih udara (bojleri, veš mašine, mašine za pranje
posuđa i dr.), a takođe se obezbeđuje i dodatni konfor
prilikom tuširanja, jer jedanput podešena temperatura i pritisak vode ostaje isti do kraja tuširanja. Postrojenja se biraju na osnovu sračunatih vrednosti potrebnog protoka (Q) i napora (H) za objekat, a koristeći dijagram sa Q – H karakteristikama postrojenja i tabelu sa tehničkim karakteristikama. Protok se određuje na uobičajen način uvažavajući opterećenja potrošnih mesta. Za približno određivanje potrebne količine vode služe prikazani dijagrami:
Određivanje potrebnog napora postrojenja vrši se prema sledećem obrascu: H=Hg+SH+Hs-Hu, gde su: H(m) - potreban napor postrojenja Hg(m) - geodetska visinska razlika između najvišeg potrošnog mesta i potisnog priključka SH(m) - zbir gubitaka u odvodnom vodu instalacije Hs(m) - visina ekvivalentna potrebnom slobodnom izlivnom pritisku na najvišem potrošnom mestu Hu(m) -
visina ekvivalentna minimalnom ulaznom pritisku u postrojenje (u slučaju
postrojenja sa prekidnom komorom Hu=0) Odabrano postrojenje treba da zadovolji maksimalno očekivane vrednosti protoka i napora instalacije opsluživanog objekta. Postrojenja su predviđena za smeštaj na najniže kote objekata (podrum ili prizemlje), a za ekstremno visoke objekte i na više kote (kada su vezani u seriju sa drugim postrojenjem). Mogu se priključivati direktno na gradsku vodovodnu mrežu ili na prekidnu komoru, ako su karakteristike gradske mreže takve da se stvaraju veliki padovi pritiska u dovodnom vodu. Priključenje je moguće na levu ili na desnu stranu postrojenja. Elektroinstalacija mora biti izvedena prema važećim propisima, a napojni kabel do upravljačkog ormara odabrati prema tabeli sa tehničkim podacima. Postrojenja su predviđena za ugradnju u posebne radne prostorije sa odgovarajućim ulazom za unos i opsluživanje postrojenja i treba da su obezbeđene od pristupa neovlašćenih lica. Za pristup postrojenju s prednje strane treba obezbediti proctor širine 1,5m, a sa zadnje 0,5m. Poželjno je da prostorija za smeštaj postrojenja bude zvučno izolovana od stambenog dela prostora, suva, osvetljena, provetrena, zaštićena od smrzavanja i obezbeđena podnim slivnikom. Cela kontrola regulacije je smeštena u metalni ormar malih dimenzija koji se montira na zid ili postolje pumpnog postrojenja. Lako se može prilagoditi postojećim klasičnim sistemima za povišenje pritiska čime se uveliko poboljšava njihov rad.
Kompletan električni uređaj za rekonstrukciju pumpnih sistema je kompaktan uređaj namenjen za montažu na zid. Dimenzije uređaja:
400 x 400 x 200 mm
Priključni napon:
3x400 V; 50 Hz; 16A
Ulaz svih kablova je sa donje strane kroz Pg uvodnice. Glavni prekidač je na desnoj bočnoj strani ormana. Prekidač za START/STOP je na vratima ormana. Prekidač za izbor radne pumpe je unutar razvodnog ormana. Uređaj je izrađen prema standardu JUS N.K5.503 sa mehaničkom zaštitom IP54 prema standardu JUS IEC 529, zaštita od mrežnih smetnji je CLASS B1 prema EN 55011.
4. FREKVENTNI PRETVARAČI Mnogi procesi u modernoj industriji zahtevaju regulaciju i tačno podešavanje brzine. Poznati su mnogi mehanički i električni načini za ostvarenje ovog cilja, ali samo jedan način predstavlja idealnu kombinaciju pristupačnosti, jednostavne instalacije, lake upravljivosti i minimalnog održavanja. Reč je o frekventnom regulatoru brzine obrtanja
standardnih
asinhronih motora. Frekventni regulator je uređaj koji upravlja brojem obrtaja standardnog industrijskog trofaznog asinhronog motora proporcionalno ulaznom signalu zadate vrednosti. On nudi i mnoge druge funkcije kao što su zaštitne funkcije (preopterećenje, kratak spoj, podnapon zemljospoj…), funkcije mekog startovanja i zaustavljanja, unapred podešenih brzina (preset brzina) i dr. Brzina asinhronog motora je proporcionalna frekvenciji primenjenog napona, pa je stoga za promenu brzine potrebno menjati frekvenciju.
V/f karakteristika za upravljanje na bazi konstantnog momenta
Ovo se postiže korišćenjem dve energetske celine. Prva koja ispravlja naizmenični napon u jednosmerni jeste ispravljač (najčešće neupravljivi-diodni most), a druga jeste invertor koji od dobijenog jednosmernog
napona
proizvodi naizmeničninapon promenljive frekvencije.
Promenom izlazne frekvencije naizmeničnog napona na izlazu iz invertora menja se i brzina obrtanja motora.
Princip frekventne regulacije
Momenat motora srazmeran je odnosu napona i frekvencije (V/f), pa ako je odnos napona i frekvencije pri promeni broja obrtaja konstantan (do iznosa nominalnog napona) onda je i momenat motora konstantan.
4.1 PREDNOSTI FREKVENTNE REGULACIJE
Lako upravljanje -
frekventni
regulator
omogućava
lako i jeftino upravljanje
standardnim asinhronim motorom. Pouzdanost/ Smanjeno održavanje - u poređenju sa drugim električnim ili mehaničkim sistemima za regulaciju brzine obrtanja motora sistem sa frekventnim regulatorom je takav da skoro ne zahteva održavanje, ležajevi
motora postaju jedini deo koji zahteva
povremeni pregled.
Lako povezivanje u veće pogonske sisteme - upravljan standardnim naponskim ili
strujnim signalima, kao i komunikaciono, frekventni regulatori se lako integrišu u šire i veće pogonske i fabričke sisteme.
Štednja energije - u poređenju sa mehaničkim načinima upravljanja po protoku,
frekventni regulator ima velike prednosti i čini velike uštede energije naročito u ventilatorskim i pumpnim postrojenjima. Takođe, ograničavanjem struja pri uključenju frekventni
regulator
nudi
dalje
uštede
u poređenju
sa
sistemima
sa direktnim
startovanjem.
Jednostavno puštanje u rad - frekventni regulator se jednostavno montira i pušta u rad.
4.2 OSNOVNI TIPOVI SISTEMA NA BAZI FREKVENTNIH REGULATORA Jedan motor - jedan frekventni regulator : najjednostavniji sistem sadrži jedan motor regulisan jednim frekventnim regulatorom pri čemu se podešavanje brzine
obavlja sa
lokalnog potenciometra. Alternativno podešavanje brzine može da se izvede iz udaljenog izvora (npr. PLC-a) sa pretpostavimo lokalnim potenciometrom za fino podešavanje brzine.
Principi na bazi jedan motor – jedan regulator
Više motora - više frekventnih regulatora : određene aplikacije zahtevu da se određeni broj motora obrće istom brzinom ili da im brzine stoje u nekom podešenom odnosu. Ovakav master/slave sistem je uobičajen u aplikacijama sa većim brojem transportera bez mehaničke sprege.
Princip više međuzavisnih pogona
Više motora - jedan frekventni regulator : u aplikacijama gde veći broj motora treba da se obrće približno jednakom brzinom može se upotrebiti jedan regulator. Serija ventilatora na jednoj peći su dobar primer za ovo. Problem preopterećenja
pojedinačnih motora u
ovakvom sistemu rešava se postavljanjem releja termičke zaštite u svaku pojedinačnu granu sistema.
Princip jedan frekventni regulator za više motora
4.3 SIGNALI ZADATE VREDNOSTI BRZINE Analogni signal 0...10V (sa ili bez signala smera obrtanja motora). Brzina je proporcionalna naponu podešenom na potenciometru. Smer se bira pomoću kontakta nekog pomoćnog releja.
Zadavanje naponskim signalom 0...10V
Analogni signal -10V…0…+10V. Brzina je proporcionalna naponu sa potenciometra pri čemu je negativna vrednost za smer nazad, a pozitivna za smer bipolarne zadate vrednosti brzine nudi Commander SE uz
napred.
Mogućnost
dodatak opcione kartice za
bipolarni signal –10V...0...+10V, kao i Unidrive koji ima standardno bipolarni ulaz zadate vrednosti brzine.
Zadavanje bipolarnim naponskim signalom
Strujni signal 4…20mA, 0…20mA, 20…4mA, 20…0mA. Brzina je proporcionalna strujnom signalu. Ovaj sistem je koristan kada je u pitanju prenos signala na veća rastojanja, jer bi kod naponskih signala stvarao problem pad napona.
Zadavanje strujnim signalom
Serijska komunikacija.
Ovo
je
idealan
način
upravljanja
digitalnim
frekventnim
regulatorima koji se nalaze na većim rastojanjima od centralnog upravljačkog uređaja. Naravno, centralni upravljački uređaj i frekventni regulator moraju da poseduju mogućnost komunikacije na bazi istog protokola (Modbus, Modbus Plus, Interbus S, Profibus i dr.). Serijska komunikacija je posebno vrlo pogodan način upravljanja u sistemima u kojima se vrši nadzor na bazi SCADA softverskih paketa ili drugih softverskih paketa za prikupljanje i obradu podataka.
Princip primene serijske komunikacije za upravljanje frekventnim regulatorom Digitalne preset vrednosti. Neke aplikacije zahtevaju da se motor obrće samo određenim brojem prethodno podešenih brzina bez kontinualne regulacije. Za ovakve primene frekventni regulator podržava npr. 8 prethodno podešenih brzina kombinacijom 3 digitalna ulaza. Ovaj način ne zahteva korišćenje potenciometra ili analognog izlaza PLC-a.
4.4 REGULACIJA PROCESNE VARIJABLE U OTVORENOJ PETLJI ILI ZATVORENOJ PETLJI U sistemu sa otvorenom petljom motor se obrće brzinom proporcionalnom signalu zadate vrednosti brzine. Pri tome se ne prati aktuelna brzina, pa se ne može
izvršiti
kompenzacija. Međutim za većinu jednostavnih aplikacija ovaj princip regulacije je sasvim zadovoljavajući. U sistemima sa zatvorenom petljom procesna varijabla (brzina, protok, pritisak i sl.) se prati i upoređuje sa zadatom vrednošću.
Princip upravljanja procesnom varijablom u otvorenoj i zatvorenoj petlji
Razlika između njih (signal greške) se pojačava tako da ovaj uticaj koriguje procesnu varijablu tako da se održi zadata vrednost. Primer za ovo je sistem sa konstantnim protokom, ali merena i upravljana veličina mogu biti i pritisak, temperatura, nivo itd.
4.5 UŠTEDA ENERGIJE I BUKA Ventilatori i pumpe su veoma česti pogoni u raznim industrijama gde se zahteva promenljivi protok. U ranijim rešenjima koristila su se mehanička rešenja (ventili, klapne, i sl.) koja su inače vrlo neefikasna jer je angažovana snaga motora ventilatora ili pumpe nominalna i konstantna nezavisno od protoka. Ako se koristi frekventni regulator i vrši promena protoka promenom brzine obrtanja motora mogu se postići značajne uštede energije uvažavajući činjenicu da je utrošena snaga proporcionalna trećem stepenu brzine. Npr. ako je potrebna samo polovina maksimalnog protoka pogon na bazi frekventnog regulatora će potrošiti približno 12.5% energije koju utroši sistem na bazi ventila ili nekog drugog mehaničkog elementa. Ventilatori su glavni učesnici industrijske buke. Smanjenjem brzine motora ventilatora za samo 15% buka se smanjuje za oko 55%.
5. VIŠESTEPENE CENTRIFUGALNE PUMPE – “SEVER” (SEV)
5.1 NAMENA Višestepene centrifugalne pumpe SEV namenjene su za povišenje pritiska i transport tečnosti. Za pitku i sanitarnu vodu predviđeni su tipovi pumpi SEV (nerđajući čelika AISI 304), dok za vodu sa agresivnim sastojcima pogodni su tipovi pumpi SEVS (nerđajući čelik AISI 316).
5.1.1 TRANSPORTOVANA TEČNOST U zavisnosti od namene predviđene su sledeće tečnosti: •
hladna i topla voda bez čvrstih čestica,
•
voda sa agresivnim sastojcima .
Napomene: Ukoliko je viskozitet i gustina transportovane tečnosti različita od vode preispitati snagu motora.
5.2 PRIMENA Osnovno područje primene pumpi SEV su urbane sredine gde se koriste za povišenje pritiska i za snabdevanje potrošača pitkom i sanitarnom vodom: •
hidroforska postrojenja,
•
protivpožarni uređaji,
•
sprinkler sistemi,
•
rashladni uređaji.
Neke primene gde se SEV pumpe mogu uspešno koristiti: •
tretman vode,
•
napajanje parnih kotlova,
•
navodnjavanje,
•
praonice automobila.
Za agresivne tečnosti primenjuju se pumpe SEVS: •
hemijska industrija,
•
procesna i prehrambena industrija,
•
snabdevanje morskom vodom,
•
snabdevanje bazena hlorisanom vodom.
Za pritiske do 40 bara koriste se pumpe SELHS: •
sistemi za reverznu osmozu,
•
uređaji za čišćenje visokim pritiskom.
5.3 IZBOR PUMPI Pri izboru pumpi neophodno je uzeti u obzir više elemenata kao što su: namena pumpe, transportovana tečnost,
radna tačka,
tehničke
karakteristike,
granice rada,
vrsta
zaptivanja, itd. U katalogu su navedeni podaci za pravilan izbor pumpe za ispravan i dugotrajan rad bez servisiranja. Česti su zahtevi u vezi nivoa šuma pumpe, naročito u stambenim oblastima. Iz tog razloga su razvijene pumpe sa 4-polnim motorima.
Tipovi
pumpi SEV 14 i SEV 24 opremljeni su motorima sa brzinom obrtanja 1425 min. Odlika ovih pumpi je nizak nivo šuma i dugačak vek trajanja. Drugi tipovi pumpi SEV su sa motorima brzine obrtanja 2850 min .
5.4 KONSTRUKCIJA Pumpe SEV su po vrsti centrifugalne, a po konstrukciji višestepene vertikalne. Pumpa i elektromotor su posebne jedinice spojene prirubnim poklopcem i krutom spojnicom. Svi delovi pumpe koje dolaze u dodir sa transportovanom tečnošću su od visokokvalitetnog nerđajućeg čelika čime se sprečava nastanak korozije.
5.4.1 PRIRUBNI POKLOPAC PUMPE Prirubni poklopac pumpe obezbeđuje stabilnost pumpe i spoj sa elektromotorom. Umetak od nerđajućeg čelika sprečava nastanak korozije. Visina poklopca zavisi od vrste mehaničkog zaptivača. Napoklopcu se nalazi odzračni ventil.
5.4.2 KUĆIŠTE PUMPE Kućište pumpe je u "inline" izvedbi tj. usisni i potisni priključak su u istoj osi, što omogućava ugradnju pumpe u pravolinijske cevovode. Izrađuje se od nerđajućeg čelika i podvrgnuta je specijalnoj antikorozionoj zaštiti. Prirubnice na kućištu su okretljive za lako pronalaženje otvora za vijke pri spajanju sa protuprirubnicom. Na kućištu pumpe se nalazi ventil za pražnjenje.
5.4.3 MEHANIČKI ZAPTIVAČI Ispravnom izborom kombinacije materijala lica i gumenog mehaničkog zaptivača omogućava se dugačak vek trajanja. Na tipovima pumpi sa motorima veće snage ugrađen je cartridge zaptivač koja omogućuje zamenu bez demontaže motora.
IZBOR MEHANIČKOG ZAPTIVAČA Vek trajanja mehaničkog zaptivača zavisi od uslova rada (pritisak, temperatura), čistoće i kvaliteta transportovane tečnosti
i
od materijala delova zaptivača.
Ispravan
izbor
materijala delova zaptivača omogućava dugačak vek rada bez zamene. Za radni pritisak do 25 bara (pumpe SEV(S)) ugrađuje se standardni tip mehaničkog zaptivača sa gumenim mehom po DIN 24960. Za radni pritisak do 40 bara (pumpe SELHS 6) ugrađuje se oprugom napregnuti mehanički zaptivač za visoke pritiske. U tipove pumpi sa motorima veće snage ( većim od 7,5 kW) ugrađuju se modulni (cartridge) zaptivači koji omogućuju zamenu bez demontaže motora.
5.4.4 ULEŽIŠTENJE OSOVINE PUMPE Osovina pumpe se obrće u kliznim ležajima, koji se podmazuju transportovanom tečnošću. Za uležištenje osovine koristi se kombinacija volfram-karbid i keramike.
5.4.5 OSOVINA PUMPE Osovina pumpe je od nerđajućeg čelika. Ravne površine na osovini su izrađene za čvrstu vezu osovina - obrtno kolo.
5.4.6 CEVASTO ZAPTIVANJE Cevasta konstrukcija obezbeđuje kompenzaciju termičke dilatacije. Specijalan oblik O-ring žleba i prema nameni
odabran
kvalitet
materijala zaptivača omogućava
optimalno
zaptivanje. Sprovodna kola od nerđajućeg čelika Sprovodna kola su izrađena od nerđajućeg čelika. Specijalna konstrukcija i tehnologija izrade omogućava smanjenje hidrauličnih gubitaka i zbog toga pumpe imaju visok stepen korisnog dejstva.
1) Pumpe SEV(S) se priključuju sa ovalnom okretnom prirubnicom po JUS ISO 228, PN16. U isporuku je uključena i protuprirubnica sa unutrašnjim navojem. 2) Pumpe SEV(S)F I SELHS se priključuju sa okruglom okretnom prirubnicom po JUS EN 1092-2, PN25 i PN40. Protuprirubnica se po zahtevu isporučuje. Za transport agresivne tečnosti koristi se specijalni mehanički zaptivač: •
lice mehaničkog zaptivača: Si-carbid / Si-carbid
•
materijal meha: Viton ili EPDM.
TEHNIČKI PODACI •
Vrednosti protoka Q i napora H prikazani su na dijagramima hidrauličnih karakteristika.
•
Nazivni pritisak: - PN 16 za SEV(S),
•
Temperatura tečnosti : - 15°C do 120°C
•
Temperatura ambijenta: + 4°C do 50°C
•
Priključni napon: 400 V, 50 Hz
•
Trofazni asinhroni motori po IEC standardu.
•
Brzina obrtanja: 2850 min , 1425 min za SEV(S) 14 i SEV(S)F 24
•
Stepen mehaničke zaštite: IP55
•
Klasa izolacije: F
MERNA SKICA
DIJAGRAM HIDRAULIČNIH KARAKTERISTIKA
6. FR EK VE NT NI PR ET VA RA ČI – PR OC ON (E1 D; E3 D)
6.1
0.. .+40 °C
NAMENA UREĐAJA
Maksimalno Frekventni pretvarači tipa E1D i E3D su DSP procesorski upravljani uređaji sa digitalnim programiranjem. Uređaji tipa E1D su namenjeni za monofazni priključak 1x230V, 50Hz; za snage motora od 0,25 do 2,2 Kw. Uređaji tipa E3D su namenjeni za trofazni
priključak 3x400V,
50Hz; za snage motora od 0,37 do 4 kW. Pogodni su za regulaciju brzine obrtanja svih tipova trofaznih asinhronih motora sa kaveznim rotorom. Uređaji ispunjavaju standardima
propisane
uslove
o
bezbednosti
i
svrstavaju se u grupu 1 u pogledu zaštite od dodira, odnosno sve zahteve tehničke sigurnosti propisane Zakonom o standardizaciji. (na pr. IEC 1000-4, IEC 1800-3, IEC 68-2, IEC 664-1, EN 55011 B1)
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE Ulaz:
napon:
1 x 200 ¸ 240 VAC +/-10% (E1D) 3 x 380 ¸ 440 VAC +/-10% (E3D)
frekvencija: 50 ¸ 60Hz (sinusna) Izlaz:
napon:
3 x 0 ¸ maksimalna vrednost ulaznog napona frekvencija: 0 - 400 Hz maksimalno (prema zahtevu se može programirati)
Zaštita:
IP 20 (na zahtev i do IP 54)
Mrežne
ugrađen je mrežni filter
smetnje: Temperatura okoline:
Sadržaj vlage:
90% vlažnosti
TEHNIČKI OPIS Napon mreže je ispravljen preko diodnog mrežnog mosta, pulzacije napona se otklanjaju elektrolitskim kondenzatorima. Sadrži inteligentni procesor sa IGBT izlaznim stepenom, upravljan sinusno modulisanim impulsima, daje promenljivu veličinu napona i frekvencije na pogonski motor. Do nazivne brzine obrtanja odnos napona i frekvencije se prema priručniku za programiranje može proizvoljno menjati u zavisnosti od vrste opterećenja. Kod malih frekvencija gornji odnos se može promeniti u cilju kompenzacije omskih padova napona (Uboost).Iznad nazivnog broja obrtaja frekventni pretvarač može odati konstantnu nagu. Uz uređaj, na zahtev, može da se priključiti kočioni otpornik.
UPOZORENJA !!! -Zabranjeno je u vlažnoj okolini, ili sa vlažnim rukama započinjati ugradnju! -Zabranjeno je na stezaljke motora priključiti mrežno napajanje! -Treba izbegavati zemljospoj ili kratak spoj izlaznih stezaljki! -Zabranjeno je kondenzator za popravku faze ili RC, LC filtere koristiti na izlazu! -Treba izbegavati kontaktor na izlazu, jer zbog prekostruje uključenja može da poremeti rad frekventnog pretvarača. Ako je neophodno korišćenje kontaktora iz nekih razloga (na pr. prekopčavanje između više motora), obavezno treba lokirati mogućnost prekopčavanja u toku rada frekventnog pretvarača! -Zaštitni vod treba da bude barem tolikog preseka kao što je propisano za fazni vod! -Dužina zaštitnog voda da bude što kraća! -Zabranjeno je zajednički zaštitni vod koristiti kod mašina većih snaga (na pr. aparat zavarenje)! -Treba izbegavati pojavu električnog luka!
6.5 FABRIČKO POVEZIVANJE E1D FREKVENTNOG PRETVARAČA
- Trobojna LED dioda (zelena = uključeno; žuta = pogon; crvena = greška)
SA1 SA2 SA3 SA4
- +10 V pokretanje sa potenciometrom, izlaz ( max. 6 mA) - Analogni ulaz 1 : potenciometar, 0 - 10V,( 0 - 20 mA, OPCIONO) - GND (referentna tačka ulaza) - Analogni ulaz 2 : (kontrolni signal), 0 - 10V, (0 - 20 mA, OPCIONO)
SD1 SD2
- Digitalni ulaz 1 (fabričko podešavanje: prekidač za START)
SD3
- Digitalni ulaz 2 (fabričko podešavanje: prekidač za PROMENA SMERA)
SD4
- Digitalni ulaz 3 (fabričko podešavanje: prekidač za POTVRDA GREŠKE)
SD5
- Digitalni ulaz 4 (fabričko podešavanje: prekidač za SPOLJAŠNJA GREŠKA ) - +24V (za digitalne ulaze)
SR1 SR2
Relejni izlaz 1 (kontakt ili opto) (OPCIONO)
6.6 FABRIČKO POVEZIVANJE E3D FREKVENTNOG PRETVARAČA
- Trobojna LED dioda (zelena = uključeno; žuta = pogon; crvena = greška)
SA1 - +10 V pokretanje sa potenciometrom, izlaz ( max. 6 mA) SA2
- Analogni ulaz 1 : potenciometar, 0 - 10V,( 0 - 20 mA, OPCIONO) SA3
- GND (referentna tačka ulaza) SA4
- Analogni ulaz 2 : (kontrolni signal), 0 - 10V, (0 - 20 mA, OPCIONO) SA5
- Analogni izlaz : 0 - 10 V (0 - 20 mA) (OPCIONO) SD1
- Digitalni ulaz 1 (fabričko podešavanje: prekidač za START) SD2 SD3
- Digitalni ulaz 2 (fabričko podešavanje: prekidač za PROMENA SMERA) - Digitalni ulaz 3 (fabričko podešavanje: prekidač za POTVRDA GREŠKE)
SD4 SD5
- Digitalni ulaz 4 (fabričko podešavanje: prekidač za SPOLJAŠNJA GREŠKA ) - +24V (za digitalne ulaze)
SR1 SR2
Relejni izlaz 1 (kontakt ili opto) (OPCIONO)
SR3 SR4
Relejni izlaz 2 (kontakt ili opto) (OPCIONO)
6.7 STAVLJANJE UREĐAJA U POGON Osnovni izvor zadate vrednosti može biti : - spoljašnji, ili ugrađeni potenciometar - 0 - 10 V - 0 - 20 mA (4 - 20 mA) - ugrađeni terminal za podešavanje - ugrađeni ili spoljašnji terminal za rukovanje - ugrađeni ili spoljašnji terminal za programiranje - RS 485 serijski priključak - CAN BUS Davači logičkog upravljanja mogu biti: - redne stezaljke - ugrađeni terminal za podešavanje - ugrađeni ili spoljašnji terminal za rukovanje - ugrađeni ili spoljašnji terminal za programiranje
- RS 485 serijski priključak - CAN BUS
6.8 OPIS TERMINALA ZA PODEŠAVANJE RADA FREKVENTNOG PRETVARAČA 2x8 karakterni displej sa 4 tastera PRIKAZ - u prvom redu terminala se prikazuje izlazna frekvencija, dok u drugom redu prikazuje parametar koji se prethodno izabere preko tastera gore-dole. PROGRAMIRANJE -u pvom redu se prikazuje ime parametra i redni broj menija, dok u drugom redu vidimo aktuelnu vrednost parametra koja se može menjati. Terminal za podešavanje se samo može koristiti kao ugrađeni.
6.8.1 FUNKCIJE TASTERA (kod terminala za rukovanje i podešavanje) -Izbor između moda za prikazivanje i programiranje -Kod podešavanja parametara - korak ulevo
◄ (IZLAZ - ESC)
- Ponovnim pritiskom se ne snima vrednost parametra koji se menjao - Kod prijavljene greske prikazuje zbog čega je greška nastala
- Kod moda za prikazivanje - listanje prema dole - Kod moda za programiranje - listanje prema dole po tačkama menija
▼
- Kod podešavanja parametara predstavlja smanjenje vrednosti - U modu za rukovanje predstavlja smanjenje vrednosti potenciometra - Dugme START/STOP, u slučaju dozvole STOP
- Kod moda za prikaziovanje - listanje prema gore - Kod moda za programiranje - listanje prema gore po tačkama menija
▲
- Kod podešavanja parametara predstavlja povećanje vrednosti - U modu za rukovanje predstavlja povećanje vrednosti potenciometra - Dugme START/STOP, u slučaju dozvole START
- Kod moda za programiranje - početak podešavanja parametara
►ENTER
-Kod podešavanja parametara - korak udesno - Ponovnim pritiskom se snima vrednost parametra koji se menjao - U slučaju greške - gašenje greške
6.8.2 PROGRAMIRANJE
◄ (IZLAZ - ESC) Izlaz iz moda za prikazivanje i ulazak u mod programiranja ▼▲ Listanje između tačaka menija ►(ENTER) Izbor parametara ◄ ▼▲► Postavljanje vrednosti parametara ►(ENTER) Ponovnim pritiskom snimanje vrednosti parametra (dok blinka kurzor) ◄ (IZLAZ - ESC) Ponovnim pritiskom- izlaz iz parametara bez snimanja (dok blinka kurzor)
6.8.3 MOGUĆE VREDNOSTI ZA PRIKAZIVANJE PRVI RED :
- aktuelna frekvencija
DRUGI RED :
- struja motora, signal upravljanja, signal regulacije, kontolni signal,
Mrežni napon, DC napon, napon motora, kompletni brojač, brojač-u pokretu Prvi red je fiksan, drugi red može prikazivati bilo koji drugi parameter od navedenih. Izbor se vrši tasterima▼▲
TERMINAL SA TASTATUROM ZA PROGRAMIRANJE RADA FREKVENTNOG PRETVARAČA
Pod radnom konfiguracijom podrazumeva se radni program na PC-u ili na terminalu sa tastaturom. Terminal i PC mogu biti istovremeno priključeni na frekventni pretvarač, mogu i paralelno raditi. Povezivanje sa frekventnim pretvaračem je putem četvorožilnog kabela. (RS 485) proizvoljne dužine čime je moguće terminal montirati i odvojeno od frekventnog pretvarača,
recimo na vrata upravljačkog ormana. Na ekranu PC-a se pojavljuje ista slika,
jednako se upravlja sa njim kao sa
terminalom, PC se može povezati sa frekventnim
pretvaračem putem adaptera RS232/RS485
preko RS485-T redne stezaljke.
Tastatura
terminala se deli na dve grupe: Gornju grupu čine
"UPRAVLJAČKI" tasteri i tasteri "DISPLAY",
"ESCAPE" i "ENTER" Donja grupa se sastoji iz tastera "POZICIONIRANJE - JOG" , "SMER DIR" , "START" i "STOP".
FUNKCIONISANJE DONJIH TASTERA TERMINALA Sa donjim tasterima se upravlja radom frekventog pretvarača ako smo predhodno za mesto upravljanja odredili terminal. Donji tasteri funkcionišu nezavisno od gornjih što znači ako je terminal organ upravljanja tada je i u toku podešavanja moguće zaustavljanje ili pokretanje motora itd. "POZICIONIRANJE" - U slučaju aktiviranja ovog tastera, motor će se početi
rotirati
sa
unapred podešenom malom frekvencijom
u podešenom smeru.
Otpuštanjem tastera motor se zaustavlja, ponovnim pritiskom motor kreće itd. Pozicioniranje ima funkciju podešavanja tehnološkog karaktera (na pr. uvlačenje papira u štamparijama i dr.).
Taster "POZICIONIRANJE" samo tada deluje ako je pogon predhodno mirovao, odnosno aktiviranjem tastera "STOP" motor je zaustavljen, ili neposredno nakon uključenja uređaja. “SMER “ - Sa tasterom "SMER" vrši se promena smera obrtanja. Višestrukim pritiskanjem uvek se menja smer na taj način što će se zaustaviti sa unapred podešenim usporenjem, polazi u
obrnutom smeru sa unapred podešenim ubrzanjem i zaleti se na zadatu frekvenciju.
“START “ - Aktiviranjem tastera "START" motor polazi. “STOP” -
Aktiviranjem tastera
"STOP" motor se zaustavlja. (Taster STOP ima funkciju nužnog zaustavljanja i onda kada terminal nije određen za izvor logičkog upravljanja!)
FUNKCIONISANJE GORNJIH TASTERA TERMINALA Sa tasterima gornje grupe obavlja se komunikacija u okviru menija u cilju podešavanja podataka i prikazivanja istih. Zadavanje parametara pogona (na pr. max. frekvencija, vreme zaletanja idr.) obavlja se u sistemu menija. Sistem menija se sastoji iz tačaka BAZNOG menija iz kojeg se granaju serije podmenija (struktura grane). Podmeniji se rasčlanjuju do tog stepena na kojem se željeni parametar može jednoznačno podesiti. Ovakav način zadavanja parametara omogućuje veoma
jednostavno komuniciranje.
Tačke BAZNOG
menija određuju logičke grupe parametara: Na pr. "frekvencije", "digitalni ulazi", "izlazi" itd. Podmeniji postepeno određuju sve užu grupu programskih parametara tako da se na kraju dolazi do konkretnog parametra koji se želi podesiti. Mora se napomenuti da se ne nalazi svaki parametar sa dimenzijama frekvencije u BAZNOM meniju "frekvencija" a to važi i za ostale parametre, već se oni nalaze na logičnom mestu za podešavanje. Između pojedinih nivoa menija se komunicira sa "▲", "▼" vertikalnim kurzorima, u
sledeći
podmeni se ulazi tasterom "ENTER", povratak u predhodni meni sa tasterom "ESCAPE". Kada se stigne na kraj sistema menija sledi podešavanje.
7. ZAKLJUČAK U ovom radu data je analiza frekventne regulacije pumpnih sistema za povišenja pritiska vode u višespratnicama. Ovakav način snabdevanja vodom višespratnice, postaje sve češći iz više razloga, kao što su: konstantan pritisak, ušteda energije, dugovečnost, smanjenje buke, uštede na troškovima servisa itd. , a pruža i mnogo nivoa zaštite. Takođe, jednostavni su za ugradnju na, kako nove, tako i na već postojeće pumpne sisteme. U samom radu opisana je i višestepena centrifugalna pumpa proizvođača “SEVER” i frekventni pretverač proizvođača “PROCON”. Pokazano je kako programirati pomenuti frekventni pretvarač, kako ugraditi i ožičiti razvodni orman i kako ga spojiti na novi ili već postojeći pumpni sistem.
8. LITERATURA
[ 1.]
“ADT” , Subotica,
[ 2.]
“ATB SEVER” a.d. , Magnetna polja 6, Subotica
[ 3.]
“BINEMIKOM” d.o.o. Beograd,
[ 4.]
„Štednja energije pomoću regulisanih pogona”, EE88 Beograd, Vicko Marko, dipl.ing. ; Svetozar Jovanović
[ 5.]
„Energy Saving with Variable – speed AC Drivers – Siemens” , Josef Merkel
[ 6. ]
„Adjustable Speed AC Drive Systems – IEEE PRESS” , Bimal K. Bose