Convertidors de freqüència VLT AQUA Drive per a unitats de bomba

A les instal·lacions de bombeig modernes, el més estès és un accionament elèctric amb control de freqüència. La base d'aquest tipus d'accionament és un convertidor de freqüència semiconductor. Primer convertidors de freqüència de semiconductors es va començar a utilitzar en unitats de bombeig a finals dels anys 60.

Danfoss va ser un dels primers a utilitzar convertidors de freqüència de semiconductors en l'accionament d'instal·lacions centrífugues. Va ser el primer al món (des de 1968) a produir una sèrie de convertidors de freqüència utilitzats en instal·lacions de bombeig.

Aprofitant els seus anys d'experiència en l'ús de convertidors de freqüència en aquesta branca de la tecnologia, l'empresa ha creat una sèrie de convertidors de freqüència VLT AQUA Drive destinats al seu ús en instal·lacions de bombeig de sistemes de subministrament d'aigua i clavegueram. Els convertidors d'accionament VLT AQUA es fabriquen per a accionaments de 0,37 kW a 1400 kW.

El factor de potència del convertidor també és força elevat (cosphi ≥ 0,9), de manera que l'ús d'un accionament variable basat en el convertidor VLT AQUA Drive no requereix dispositius addicionals que augmentin el cosphi (bateries compensadores estàtiques, etc.).

A la fig. La figura 1 mostra un diagrama esquemàtic del transductor VLT AQUA Drive i un esquema típic de connexió externa (alimentació, motor de bomba, sensors, etc.). La vista externa dels convertidors VLT AQUA Drive es mostra a la fig. 2.

Arròs. 1. Esquema de connexió del convertidor VLT AQUA Drive

Arròs. 2. Convertidors de freqüència «Danfoss» VLT AQUA Drive sèrie

El VLT AQUA Drive està pensat per al seu ús en instal·lacions de bombeig per al subministrament d'aigua, eliminació d'aigües residuals i sistemes de reg. En aquest sentit, disposa d'una sèrie de característiques especials que proporcionen les propietats necessàries per funcionar en aquestes condicions, que es detallen a continuació.

1. El sistema de control del convertidor proporciona una regulació automàtica dels controladors proporcionals-integrals, per la qual cosa els guanys dels reguladors PI s'ajusten en funció de la resposta de l'objecte de control (dipòsit-bomba-línia d'aigua) als canvis en el mode de funcionament introduït de el sistema accionament variable.

Gràcies a aquesta propietat, el controlador PI s'ajusta individualment per a cada objecte específic i no requereix un ajust precís dels components proporcionals (P) i integrals del controlador en posar en marxa el convertidor.

2. El sistema de control del convertidor VLT AQUA Drive garanteix l'ompliment gradual de la canonada buida, evitant el risc de xoc hidràulic i el consegüent dany a les canonades i equips hidromecànics.Aquesta propietat és especialment valuosa per a les unitats de bombeig de reg, que sovint s'inclouen en el funcionament de canonades d'aigua buides. L'ompliment del subministrament d'aigua es realitza mitjançant un senyal sensor de pressió en uns quants passos.

3. El sistema de control del convertidor VLT AQUA Drive té la capacitat de senyalitzar la caiguda de pressió a la canonada per sota del valor establert quan la bomba arriba a la velocitat nominal (punt A). Aquest senyal indica la necessitat d'encendre una bomba addicional si un grup de bombes funciona a la línia d'aigua.

Si una sola bomba està pensada per funcionar en una xarxa d'aigua aïllada, el senyal indica una ruptura d'aigua o una gran fuita d'aigua del sistema. En aquest cas, la unitat de bomba s'apaga i es prenen mesures per eliminar el mal funcionament del subministrament d'aigua.

4. El sistema de control del convertidor té la capacitat de regular la velocitat de la bomba quan està parada, gràcies a aquesta propietat, la velocitat de gir es redueix gradualment a la velocitat de gir corresponent al moment de tancament de la vàlvula, la qual cosa evita que es produeixi cop d'ariet al sistema i influències mecàniques sobre la pròpia vàlvula.

5. El sistema de control de l'inversor VLT AQUA Drive té la capacitat de detectar el funcionament en sec. El sistema avalua contínuament les condicions de funcionament de la bomba en funció dels resultats de la mesura dels paràmetres de l'accionament (velocitat i potència d'accionament). Amb un baix consum d'energia, que es produeix amb un cabal massa baix o nul, la unitat de bomba s'atura.

6. El controlador de freqüència VLT AQUA Drive pot funcionar en mode de repòs.Aquest mode s'entén com el funcionament de la bomba amb un cabal molt baix, que correspon a un baix consum d'energia. Això sol passar quan la bomba funciona a baixa velocitat.

El sistema de control, comparant la velocitat de la bomba i la potència que consumeix, posa el sistema en «mode de repòs». A baix cabal, la bomba augmenta la pressió fins al valor requerit i s'atura. A més, el sistema de control controla la pressió al sistema de subministrament d'aigua o el nivell d'aigües residuals al dipòsit receptor de la depuradora.

Quan baixa la pressió del sistema de subministrament d'aigua o augmenta el nivell d'aigües residuals al dipòsit receptor de l'estació de bombeig, la bomba es posa en funcionament. A causa de la propietat del sistema de control de proporcionar un "mode de repòs", es redueix el desgast de la unitat de bombeig, impedint el seu funcionament amb una petita presa d'aigua o un petit cabal d'aigua residual al dipòsit receptor de l'estació de bombeig. La presència d'aquesta funció del convertidor permet estalviar una mitjana del 5% de l'energia consumida per al subministrament d'aigua.

7. El sistema de control del convertidor VLT AQUA Drive té una funció per la qual es té en compte la pèrdua de pressió a la línia d'aigua des de l'estació de bombeig fins al punt dictador de la xarxa d'aigua. Gràcies a aquesta funció, la pressió requerida s'ajusta a la sortida de l'estació de bombeig d'acord amb el subministrament d'aigua canviant. Això té en compte que la pèrdua de pressió a les canonades és proporcional al quadrat del cabal.

Aquesta propietat permet proporcionar la capçalera necessària al final de la línia d'aigua sense cap sensor de pressió.Tanmateix, només es pot utilitzar eficaçment en absència de drenatge intermedi d'aigua al llarg de la canonada.

8. Juntament amb les propietats esmentades del convertidor VLT AQUA Drive del sistema de control, cal tenir en compte el següent:

• assegurant un arrencada suau amb una intensitat determinada d'arrencada i aturada de la bomba, que evita danys als coixinets de la bomba, redueix la probabilitat de xoc hidràulic a les canonades, redueix els corrents d'arrencada a la xarxa d'alimentació;

• assegurant l'alternança de les unitats de bombeig en funcionament i en mode d'espera. Això assegura un desgast uniforme del recurs motor de les unitats de bombeig;

• Indicació de pagament del convertidor que mostra quant de temps queda fins que la unitat VLT AQUA es restableixi completament.

A més, anotem per separat les característiques especials d'estalvi d'energia dels variadors de freqüència basats en convertidors Danfoss.

1. Funció AEO (funció d'optimització energètica automàtica). Gràcies a aquesta funció, el variador consumeix tanta energia com és necessària per subministrar líquid en un moment donat.

L'ús d'aquesta funció estalvia un 5-10% d'energia addicional. A més, aquesta característica redueix el consum de la unitat potència reactiva i, en conseqüència, el corrent de càrrega del motor elèctric. Aquesta funció és especialment eficaç per a mecanismes amb moment d'arrossegament del ventilador (el moment d'arrossegament és proporcional al quadrat de la velocitat), incloses les bombes centrífugues. Aquesta característica també redueix el soroll acústic del dispositiu.

2.Funció d'adaptació automàtica del motor integrada a l'inversor.L'ajust del convertidor de freqüència depèn significativament dels paràmetres interns del motor elèctric (resistència, inductància, etc.).

La funció d'adaptació automàtica permet determinar amb precisió els paràmetres del motor connectat a l'inversor i ajustar-lo. Aquesta funció és important en els casos en què es substitueixen els motors de la bomba, quan els paràmetres del motor canvien després de la reparació i quan es connecten en sèrie diferents tipus de motors elèctrics al mateix convertidor.

La presència d'aquesta funció redueix el consum d'energia en un 3-5%, i quan s'utilitzen motors elèctrics renovats, l'estalvi arriba al 10%. L'ús de convertidors de freqüència de potència especialment alta s'associa amb la generació d'harmònics d'ordre superior.

La presència d'harmònics més alts en el corrent provoca un sobreescalfament dels cables del cable, augmenta les pèrdues en els transformadors, empitjora les condicions de treball bancs de condensadors… A més, l'aïllament dels elements de les xarxes d'alimentació envelleix prematurament, els elements dels dispositius de protecció (dispositius automàtics, fusibles) es desencadenen sense raó, es produeixen interferències a les xarxes de telecomunicacions situades a prop dels cables d'alimentació.

Actualment, molts models de convertidors de freqüència estan equipats amb filtres de compatibilitat electromagnètica (EMC) integrats. En particular, per evitar que els harmònics de corrent superior entrin a la xarxa de subministrament externa, els convertidors de freqüència VLT AQUA Drive estan equipats amb bobines a l'enllaç de corrent intermedi per reduir les distorsions harmòniques.