Главная / Статьи / Промышленные насосы / |
Влияние параметров электросети на работу двигателей насосов
Стремительное развитие электротехнической отрасли ознаменовало конец эры паровых машин и начало повсеместного распространения электрических. Электрические насосы относятся к одним из самых востребованных механизмов нашего времени. Здесь и далее под термином "насос" подразумевается весь механизм в целом - двигатель, передаточный механизм (редуктор или другое устройство, выполняющее его функции) и исполнительный орган (крыльчатка, лопасти, поршень).
Электродвигатели, лежащие в основе насосов, обладают очень высоким КПД (83-95%), относительной простотой конструкции, универсальностью и высокой надежностью. Тип применяемого двигателя и режим его работы в большой степени определяет итоговые характеристики любого электрического механизма.
В большинстве случаев, если нет особых требований, применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Схематично такой двигатель состоит из корпуса, в котором расположены статор (неподвижная часть) с обмоткой и ротор (вращающаяся часть). Напряжение, подведенное к обмотке статора, создает вращающееся магнитное поле, взаимодействие которого с обмоткой ротора и заставляет последний вращаться. Обмотка в электродвигателях представляет собой особым образом намотанную на металлический каркас медную проволоку, покрытую изолирующим витки лаком.
И если электрический двигатель является сердцем электронасоса, то электроэнергия - душой. Без неё насос попросту не будет работать. Электроэнергия характеризуется качеством, то есть все её параметры должны соответствовать расчетным. В случае, когда какой-либо параметр выходит за установленные стандартом границы, изменяется и режим работы насоса. Основными характеристиками электроэнергии являются значения напряжения, его формы и частоты (для переменного тока). В каждой стране есть свои стандарты для вышеуказанных параметров. Напряжение - это электродвижущая сила, разность потенциалов, или, если просто, это та энергия, которая высвобождается при перемещении заряда между двумя точками.
Согласно ГОСТ, для стран СНГ принято напряжение (U) 220 Вольт +-10%. Частота (Ω) определяет, как часто за единицу времени изменяется полярность напряжения. Стандартным значением является 50 Герц +-1%. К основным параметрам насосов относятся напор, подача и рабочая точка, объединяющая эти два параметра. Напор - это давление жидкости, создаваемое насосом, а подача - её количество, перекачиваемое за единицу времени. А так как принцип работы всего механизма заключается в преобразовании энергии вращения, производимой двигателем, в работу, совершаемую исполнительным органом, то важно обеспечить стабильность расчетной скорости вращения. Одной из важнейших характеристик асинхронного электродвигателя является скольжение. Скольжение - это разница в скоростях вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора и самого ротора. Чем больше нагрузка или меньше напряжение, тем выше величина скольжения.
Взаимосвязь скорости вращения ротора и напряжения сети выражается формулой:
N=Nсинхр*(1-Kнагр*Uрез*Sном); где:
"N" - результирующая
скорость вращения двигателя насоса,
"Nсинхр" - синхронная скорость
вращения ,
"Kнагр" - коэффициент нагрузки двигателя,
"Uрез"
- отношение квадратов значений номинального напряжения к фактическому,
"Sном"
- значение скольжения в номинале.
Значит, при уменьшении сетевого напряжения
ниже номинального, также уменьшается скорость вращения ротора двигателя и, как
следствие, общая производительность насоса. Важно отметить, что данное следствие
верно для двигателей насосов, работающих с полной нагрузкой. Если же насос выбран
с "запасом", то влияние уменьшения напряжения проявляется не так заметно.
Видео ролик: "Работа частотного преобразователя Speedrive"
Следующим негативным проявлением понижения является нагрев обмоток. При уменьшении
напряжения ниже допустимого на 1% магнитный поток в двигателе уменьшается на
3%. В общем случае, для мощности двигателя можно воспользоваться формулой:
P = U*I, где:
"P" - мощность двигателя,
"U" - напряжение сети,
"I" - ток, потребляемый двигателем.
Следовательно, при сохранении значения электрической мощности двигателя и падении
напряжения, увеличивается потребляемый из сети ток. Превышение значения тока
сверх расчетных параметров вызывает повышенный нагрев обмоток и, как следствие,
уменьшение срока эксплуатации их изоляции. В некоторых случаях возможен выход
двигателя из строя. Повышение напряжения выше номинального значения уменьшает
срок службы двигателя и при чрезмерном завышении, происходит "электрический
пробой" изоляции обмоток. В этом и вышеуказанных случаях говорят, что "двигатель
сгорел".
Скорость вращения магнитного поля и, как следствие, скорость вращения ротора
двигателя зависит от частоты сети. Эта зависимость описывается формулой:
n= 60*f / P, где:
"n" - синхронная скорость вращения магнитного поля,
"f" - частота электросети,
"P" - количество пар полюсов обмотки статора (механический
параметр).
Следовательно, при постоянном количестве пар полюсов любое изменение частоты
непосредственным образом влияет на вращения двигателя и развиваемую им механическую
мощность. К особому типу насосов относятся вибрационные или шнековые. В их конструкции
нет двигателя в классическом понимании, поэтому поломки, вызванные завышенным
или заниженным напряжением проявляются немного иначе. Если такой насос установлен
в колодце или скважине и при нормальном напряжении работает в своих номинальных
параметрах, без "запаса" по мощности, то при падении напряжения он не сможет
поднять воду, что для некоторых моделей чревато выходом из строя. А при завышении
напряжения интенсивность движения качающей мембраны возрастает и механизм постепенно
разбивает сам себя. Тот же эффект проявляется, соответственно, при понижении
и повышении частоты сети.
Качественный насос приобретается с учетом долгой продолжительной работы без поломок - "поставил и забыл". Цена такого решения, обычно, соответствующая. Поэтому верным решением будет принять меры для защиты насоса от возможных изменений параметров электрической сети. К одному из вариантов относится подключение насоса к устройству, осуществляющему контроль и регулирование напряжения - стабилизатору. Стабилизатор подбирается по мощности с 20-30% запасом. Запас необходим с учетом более высокой потребляемой мощности в момент каждого включения электродвигателя. Более широкие возможности защиты насоса осуществляют блоки управления с частотным регулированием.
Еще по теме:
Частотный преобразователь Speedrive
Система автоматического водоснабжения с частотным регулированием Частотник
Запрос цены, информации:
+7 (347) 281-65-13
+7 (347) 216-65-13
Идёт загрузка...