Підвищення надійності каскадних систем стабілізації тиску насосних станцій із застосуванням джерел безперебійного живлення

У сучасних насосних станціях знаходить широке застосування каскадне керування насосами із запуском електродвигунів від одного перетворювача частоти. При такому способі керування тиск у системі стабілізується на постійному рівні регулюванням швидкості обертання електродвигуна одного з насосів. Якщо насос досяг максимальних обертів, а тиск у системі продовжує падати, то двигун насоса, що працював, відключається від перетворювача частоти і підключається безпосередньо до мережі. При цьому сам перетворювач перемикається на наступний насос і регулює швидкість для стабілізації тиску у вихідній магістралі. Ця процедура повторюється аналогічно до включення всіх насосів станції. У довільний час стабілізація тиску може здійснюватися за рахунок регулювання швидкості будь-якого з насосів. Така система регулювання тиску називається мультимайстерною. Схема мультимайстерної системи стабілізації тиску представлена малюнку.

Особливістю такої системи, коли в коло між перетворювачем і двигуном включається додатковий комутуючий пристрій, є зниження надійності електроприводу в цілому. Причина в тому, що при зниженні напруги живлення нижче певної межі відбувається відключення силових контакторів і, відповідно, розривається коло живлення асинхронного електродвигуна. Якщо пропадання напруги в електромережі живлення буде тривалим, то перетворювач визначає зниження напруги в мережі і відключає ключі інвертора, при цьому двигун насоса встигає зупинитися. Після появи електроживлення до котушки контактора прикладається напруга, коло між перетворювачем частоти та двигуном замикається і система повертається в робочий режим.

Набагато гіршою є ситуація, коли пропадання напруги в мережі короткочасне. Контактор силового кола встигає вимкнутись при зникненні напруги на короткий час. При цьому навантаження перетворювача дорівнює нулю і напруга конденсаторів ланки постійного струму повільно знижується. Залежно від потужності перетворювача час ідентифікації зникнення напруги може становити кілька секунд, а до цього перетворювач видаватиме на вихідний клемний з'єднувач напругу номінальної частоти та амплітуди. У цей же час двигун насоса зупинятиметься в режимі вибігу під впливом навантаження. Якщо в момент часу, коли контактор вже встиг вимкнутись, а перетворювач частоти ще не ідентифікував пропадання напруги мережі, електроживлення з'явиться знову, то в системі виникає ситуація, яка може призвести до відмови перетворювача частоти.

За наявності змінної напруги на вихідному клемному з'єднувачі перетворювача та спрацьовуванні силового контактора до обмоток двигуна прикладається номінальна напруга, або близька до нього. В обмотках знову з'являється змінний струм, значно більший за номінальне значення (аж до шестиразового при повній зупинці двигуна). Обмотки асинхронного двигуна допускають таке перевантаження, а ось перетворювач частоти – ні. У кращому випадку перетворювач частоти відключиться по перевантаженню, у гіршому – відмова силових ключів інвертора.

Виключення таких ситуацій можливе за рахунок використання джерел безперебійного живлення малої потужності для гарантованого електропостачання котушок силових контакторів. Вузол силової частини схеми, що забезпечує перемикання електродвигуна з перетворювача на мережу, представлений на малюнку:

Контакти S1, S2 замикаються зовнішньою системою керування перемиканням насосів.

При такому підключенні та зникненні електроживлення контактор К1 залишається замкненим під час роботи двигуна від перетворювача частоти. Двигун продовжує обертатися та споживати енергію від конденсаторів ланки постійного струму, суттєво прискорюючи процес їхнього розряду. Після цього перетворювач частоти визначає зниження напруги у ланці постійного струму та відключається з індикацією помилки «Низька напруга». Коли електропостачання відновлюється, повторний запуск системи керування насосами здійснюється в штатному режимі без розривів та комутацій у колі між перетворювачем частоти та двигуном під навантаженням.

При цьому слід пам'ятати, що пристрій зовнішнього керування насосами, наприклад, програмовний логічний контролер, також необхідно підключити до джерела безперебійного живлення, щоб контакт S1 залишався замкнутим. У разі реалізації системи керування перемиканням насосів на основі самого перетворювача частоти необхідно використовувати гарантоване електропостачання лише для контакторів.

Загалом можна відзначити, що застосування джерел безперебійного живлення малої потужності, достатньої для живлення котушок комутувальних контакторів, суттєво підвищує надійність системи електроприводу насосів, зменшуючи вплив перепадів напруги мережі на роботу насосної станції.