Convertidores de frecuencia VLT AQUA Drive para unidades de bomba

En las instalaciones de bombeo modernas, el más extendido es un accionamiento eléctrico con control de frecuencia. La base de este tipo de accionamiento es un convertidor de frecuencia de semiconductores. Primero convertidores de frecuencia de semiconductores comenzó a usarse en unidades de bombeo a fines de la década de 1960.

Danfoss fue uno de los primeros en utilizar convertidores de frecuencia de semiconductores en el accionamiento de instalaciones centrífugas. Fue el primero en el mundo (desde 1968) en producir una serie de convertidores de frecuencia utilizados en instalaciones de bombeo.

Aprovechando sus muchos años de experiencia en el uso de convertidores de frecuencia en esta rama de la tecnología, la empresa ha creado una serie de convertidores de frecuencia VLT AQUA Drive destinados a su uso en instalaciones de bombeo de abastecimiento de agua y sistemas de alcantarillado. Los convertidores de frecuencia VLT AQUA se fabrican para unidades de 0,37 kW a 1400 kW.

El factor de potencia del convertidor también es bastante alto (cosphi ≥ 0,9), por lo que utilizar un convertidor variable basado en el convertidor VLT AQUA Drive no requiere dispositivos adicionales que aumenten el cosphi (baterías de compensación estática, etc.).

En la Fig. 1 muestra un diagrama esquemático del transductor VLT AQUA Drive y un diagrama típico de conexión externa (fuente de alimentación, motor de bomba, sensores, etc.). La vista externa de los convertidores VLT AQUA Drive se muestra en la fig. 2.

Arroz. 1. Diagrama de conexión del convertidor VLT AQUA Drive

Arroz. 2. Convertidores de frecuencia «Danfoss» serie VLT AQUA Drive

El VLT AQUA Drive está diseñado para su uso en instalaciones de bombeo para suministro de agua, eliminación de aguas residuales y sistemas de riego. En este sentido, cuenta con una serie de características especiales que le otorgan las propiedades requeridas para operar en estas condiciones, las cuales se enumeran a continuación.

1. El sistema de control del convertidor proporciona una regulación automática de los controladores proporcionales-integrales, por lo que las ganancias de los reguladores PI se ajustan según la respuesta del objeto de control (reservorio-bomba-línea de agua) a los cambios en el modo de operación ingresado de el sistema accionamiento variable.

Gracias a esta propiedad, el controlador PI se ajusta individualmente para cada objeto específico y no requiere un ajuste preciso de los componentes proporcionales (P) e integrales del controlador al poner en marcha el convertidor.

2. El sistema de control del convertidor VLT AQUA Drive asegura el llenado gradual de la tubería vacía, evitando el riesgo de choque hidráulico y el consiguiente daño a las tuberías y al equipo hidromecánico.Esta propiedad es especialmente valiosa para las unidades de bombeo de riego, que a menudo se incluyen en la operación de tuberías de agua vacías. El llenado del suministro de agua se realiza mediante una señal. sensor de presión en unos pocos pasos.

3. El sistema de control del convertidor VLT AQUA Drive tiene la capacidad de señalar la caída de presión en la tubería por debajo del valor establecido cuando la bomba alcanza la velocidad nominal (punto A). Esta señal indica la necesidad de encender una bomba adicional si un grupo de bombas está funcionando en la línea de agua.

Si se pretende que una sola bomba funcione en una red de agua aislada, la señal indica una ruptura de agua o una gran fuga de agua del sistema. En este caso, la unidad de bomba se apaga y se toman medidas para eliminar el mal funcionamiento del suministro de agua.

4. El sistema de control del convertidor tiene la capacidad de regular la velocidad de la bomba cuando se detiene, gracias a esta propiedad, la velocidad de rotación se reduce gradualmente a la velocidad de rotación correspondiente al momento de cierre de la válvula, lo que evita que se produzcan golpe de ariete en el sistema e influencias mecánicas en la propia válvula.

5. El sistema de control del inversor VLT AQUA Drive tiene la capacidad de detectar el funcionamiento en seco. El sistema evalúa continuamente las condiciones de funcionamiento de la bomba en función de los resultados de la medición de los parámetros del accionamiento (velocidad y potencia del accionamiento). Cuando el consumo de energía es bajo, lo que ocurre con muy poco o ningún flujo, la unidad de bomba se detiene.

6. El controlador de frecuencia del VLT AQUA Drive puede funcionar en modo de reposo.Este modo se entiende como el funcionamiento de la bomba con un caudal muy bajo, lo que corresponde a un bajo consumo de energía. Esto suele ocurrir cuando la bomba funciona a baja velocidad.

El sistema de control, comparando la velocidad de la bomba y la potencia consumida por ella, pone el sistema en «modo de suspensión». Con caudal bajo, la bomba aumenta la presión hasta el valor requerido y se detiene. Además, el sistema de control monitorea la presión en el sistema de suministro de agua o el nivel de aguas residuales en el tanque receptor de la planta de aguas residuales.

Cuando cae la presión en el sistema de suministro de agua o aumenta el nivel de aguas residuales en el tanque receptor de la estación de bombeo, la bomba se pone en funcionamiento. Debido a la propiedad del sistema de control de proporcionar un «modo dormir», se reduce el desgaste del grupo de bombeo, impidiendo su funcionamiento con una pequeña toma de agua o un pequeño caudal de aguas residuales en el depósito receptor de la estación de bombeo. La presencia de esta función del convertidor permite ahorrar un promedio del 5% de la energía consumida para el suministro de agua.

7. El sistema de control del convertidor VLT AQUA Drive tiene una función por la cual se tiene en cuenta la pérdida de presión en la línea de agua desde la estación de bombeo hasta el punto de dictado de la red de agua. Gracias a esta función, la presión requerida se ajusta a la salida de la estación de bombeo de acuerdo con el suministro de agua cambiante. Esto tiene en cuenta que la pérdida de presión en las tuberías es proporcional al cuadrado del caudal.

Esta propiedad permite proporcionar la altura necesaria al final de la línea de agua sin sensor de presión.Sin embargo, solo se puede usar de manera efectiva en ausencia de drenaje de agua intermedio a lo largo de la tubería.

8. Junto con las propiedades mencionadas del convertidor VLT AQUA Drive del sistema de control, debe tenerse en cuenta lo siguiente:

• asegurando un arranque suave con una intensidad determinada de arranque y parada de la bomba, lo que evita daños en los cojinetes de la bomba, reduce la probabilidad de choque hidráulico en las tuberías, reduce las corrientes de arranque en la red de suministro de energía;

• asegurando la alternancia de las unidades de bombeo en funcionamiento y en modo de espera. Esto asegura un desgaste uniforme del recurso motor de las unidades de bombeo;

• Indicación de pago del convertidor que muestra cuánto tiempo queda hasta que el VLT AQUA Drive se restablezca por completo.

Además, mencionamos por separado las características especiales de ahorro de energía de los variadores de frecuencia basados ​​en convertidores de Danfoss.

1. Función AEO (función de optimización automática de energía). Gracias a esta función, el accionamiento consume tanta energía como sea necesaria para suministrar líquido en un momento dado.

El uso de esta función ahorra un 5-10% de energía adicional. Además, esta característica reduce el consumo de la unidad Poder reactivo y, en consecuencia, la corriente de carga del motor eléctrico. Esta función es especialmente eficaz para los mecanismos con momento de arrastre del ventilador (el momento de arrastre es proporcional al cuadrado de la velocidad), incluidas las bombas centrífugas. Esta característica también reduce el ruido acústico del dispositivo.

2. Función de adaptación automática del motor integrada en el inversor.El ajuste del convertidor de frecuencia depende significativamente de los parámetros internos del motor eléctrico (resistencia, inductancia, etc.).

La función de adaptación automática le permite determinar con precisión los parámetros del motor conectado al inversor y ajustarlo. Esta función es importante en los casos en que se reemplazan los motores de las bombas, cuando los parámetros del motor cambian después de la reparación y cuando se conectan en serie diferentes tipos de motores eléctricos al mismo convertidor.

La presencia de esta función reduce el consumo de energía en un 3-5%, y cuando se utilizan motores eléctricos reacondicionados, los ahorros alcanzan el 10%. El uso de convertidores de frecuencia de potencia particularmente alta está asociado con la generación de armónicos de orden superior.

La presencia de armónicos superiores en la corriente conduce al sobrecalentamiento de los hilos del cable, aumenta las pérdidas en los transformadores, empeora las condiciones de trabajo bancos de condensadores… Además, el aislamiento de los elementos de las redes eléctricas envejece prematuramente, los elementos de los dispositivos de protección (dispositivos automáticos, fusibles) se disparan sin razón, se producen interferencias en las redes de telecomunicaciones ubicadas cerca de los cables eléctricos.

Actualmente, muchos modelos de convertidores de frecuencia están equipados con filtros de compatibilidad electromagnética (EMC) integrados. En particular, para evitar que entren armónicos de corriente más altos en la red de alimentación externa, los convertidores de frecuencia VLT AQUA Drive están equipados con estranguladores en el enlace de corriente intermedio para reducir las distorsiones armónicas.