Pumpe mit variablem Frequenzantrieb

VFDs bieten mehrere Vorteile. Am wichtigsten ist, dass ein Antrieb mit variabler Frequenz den Stromverbrauch und den Verschleiß Ihres Pumpenmotors reduziert. Ohne VFD läuft die Pumpe im Betrieb mit fester Drehzahl, d. h. sie ist entweder ein- oder ausgeschaltet. Es gibt keine variable Geschwindigkeit.

Pumpen mit fester Drehzahl verbrauchen viel Strom, wenn die Nachfrage nach der Pumpe nicht ihren Höhepunkt erreicht. Mit anderen Worten: Ohne VFD verbraucht Ihre Pumpe immer die maximale Energiemenge. Auch diese Pumpenmotoren halten einiges aus. Der erforderliche hohe Anlaufstrom kann das Sechs- bis Siebenfache der Volllaststromstärke des Motors betragen. Dies ist nicht nur teuer, sondern führt auch zu einer erheblichen Belastung Ihrer Pumpe und Ihres Durchflusskontrollsystems im Allgemeinen.

Wenn Pumpen ausfallen, kann das mehr kosten als nur Ausfallzeiten. Die Kommunen sind sich der Kosten, die ein Ausfall von Pumpen und Füllstandsregelungen mit sich bringt, schmerzlich bewusst. Wenn Pumpstationen nicht mehr funktionieren, kommt es in der Regel entweder zu einem Abwasser- oder Regenwasserüberlauf. Beides bringt Überschwemmungen, Sachschäden, enorme Bußgelder der EPA sowie Gesundheits- und Sicherheitsrisiken für die breite Öffentlichkeit mit sich.

Jegliches Verschütten oder Überlaufen führt zu Umweltschäden, zur möglichen Zerstörung von Land und Wasserquellen und zu einem hohen Risiko von Bränden und Explosionen.

Es hat oberste Priorität, die Pumpen so effizient wie möglich in Betrieb zu halten. Die Regelung der Drehzahl des Pumpenmotors mit einem VFD ist der beste Ansatz für die Langlebigkeit der Pumpe und die Kostenreduzierung. Um einen VFD erfolgreich einsetzen zu können, benötigen Sie natürlich einen guten kontinuierlichen Füllstandsensor oder Drucktransmitter.

Wechselstrommotoren arbeiten nach dem Prinzip, dass die Synchrondrehzahl durch die Frequenz der Stromversorgung und die Anzahl der Pole in der Statorwicklung des Motors bestimmt wird. Tabelle 1 zeigt, wie die Synchrongeschwindigkeit von den Motorpolen und der eingehenden Netzfrequenz (50 Hz oder 60 Hz) abhängt.

Induktionsmotoren laufen mit einer etwas geringeren Drehzahl als Synchronmotoren. Beispielsweise läuft ein vierpoliger Motor (1.800 U/min synchron) bei Volllast typischerweise mit etwa 1780 U/min. Die Differenz zwischen Synchrondrehzahl und tatsächlicher Drehzahl wird als Schlupf bezeichnet. Schlupf ist bei Induktionsmotoren eine inhärente Eigenschaft und muss vorhanden sein, damit sie ein Drehmoment entwickeln können. Der Schlupfwert (normalerweise 1-3 %) variiert je nach Motornennleistung und Design.

Die Volllastdrehzahl eines Motors ist normalerweise auf seinem Typenschild angegeben. Es ist wichtig zu beachten, dass die Motorleistung im Vergleich zur typischen Netzspannung geringfügig beeinträchtigt wird, wenn ein Motor über einen Frequenzumrichter betrieben wird. Neben dem Temperaturanstieg und dem inkrementellen Wirkungsgrad kann auch der Schlupf beeinflusst werden. Daher wird empfohlen, die Motordatenblätter zu Rate zu ziehen, die Leistungsdaten für den VFD-Betrieb enthalten, und bei Bedenken den Hersteller zu konsultieren.

Wenn ein VFD einen Motor startet, legt er zunächst eine niedrige Frequenz (2 Hz oder weniger) an, was zu einer niedrigen Spannung am Motor führt. Anschließend erhöht der VFD die gewünschte Ausgangsfrequenz im Vergleich zum Starten über die Leitung kontrolliert und schrittweise. Die angelegte Motorspannung steigt basierend auf den im VFD eingestellten V/Hz-Verhältniseigenschaften (Volt zu Hertz) an. Die V/Hz-Kennlinien sollten den Drehmomentlastanforderungen entsprechen. Eine zu hohe Spannung bei einer bestimmten Frequenz verschwendet Energie und kann zu Überhitzung führen; Ein zu niedriges Übersetzungsverhältnis kann zu einem unzureichenden Drehmoment führen.

Der Start bei einer niedrigen Frequenz und Spannung und das Hochfahren auf die eingestellte V/Hz steuert die Beschleunigungen und verhindert den hohen Einschaltstrom, der sonst auftritt, wenn ein Motor mit Querstrom durch Einschalten eines Schalters oder Schützes gestartet wird. Mit dieser Startmethode kann ein Motor ein Nenndrehmoment entwickeln, ohne einen Einschaltstrom von 500 bis 600 % des Nennstroms zu ziehen. Im Allgemeinen beträgt der Spitzenstrombedarf des Frequenzumrichters beim Starten eines Motors 150 % des Volllaststroms.

Es ist wichtig, das zum Starten der Last verfügbare Drehmoment zu berücksichtigen. zeigen, dass rotodynamische Pumpen bei reduzierter Drehzahl ein reduziertes Drehmoment haben, während Verdrängerpumpen bei reduzierter Drehzahl das volle Drehmoment haben können. Dies macht es einfacher, rotodynamische Pumpen mit einem VFD zu starten als Verdrängerpumpen. Dieses Drehzahl-Drehmoment-Profil muss bei der Auswahl und Einrichtung des VFD berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen beim Starten von Verdrängerpumpen Systemstartverfahren befolgt werden, wie z. B. die Umgehung des Durchflusses (Reduzierung des Drucks), bis der Motor seine Drehzahl erreicht hat.

Die Stoppsequenz für einen VFD ist das Gegenteil der Startsequenz. Die an den Motor angelegten V/Hz werden mit einer kontrollierten Rate abgesenkt. Wenn die Frequenz Null erreicht, wird der VFD-Ausgang elektronisch abgeschaltet und der Motor wird nicht mehr vom VFD angetrieben. Wenn die Rampen zu schnell eingestellt sind, kann der Motor regenerative Energie erzeugen, die die Zwischenkreisspannung erhöhen und möglicherweise den Antrieb beschädigen kann.

Zusätzlich zum geringeren Einschaltstrom reduziert die kontrollierte Beschleunigung beim Starten und Stoppen des Motors die mechanischen Belastungen und begrenzt Transienten im Hydrauliksystem. Die reduzierten mechanischen Belastungen können die Lebensdauer von drehmoment- und lasttragenden Komponenten verlängern. Durch die Reduzierung hydraulischer Transienten werden Druckspitzen ausgeglichen, die andernfalls zum Bruch der Rohrleitungen führen könnten.