Вплив параметрів електромережі на роботу двигунів насосів

Стрімкий розвиток електротехнічної галузі ознаменувало кінець ери парових машин і початок повсюдного поширення електричних. Електричні насоси відносяться до одних з найбільш затребуваних механізмів нашого часу. Тут і далі під терміном "насос" мається на увазі весь механізм в цілому - двигун, передавальний механізм (редуктор або інший пристрій, що виконує його функції) і виконавчий орган (крильчатка, лопаті, поршень).

Електродвигуни, що лежать в основі насосів, мають дуже високим ККД (83-95%), відносною простотою конструкції, універсальністю і високою надійністю. Тип застосовуваного двигуна і режим його роботи в великій мірі визначає підсумкові показники будь-якого електричного механізму.

У більшості випадків, якщо немає особливих вимог, застосовують асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором. Схематично такий двигун складається з корпусу, в якому розташовані статор (нерухома частина) з обмоткою і ротор (обертається частина). Напруга, підведене до обмотці статора, створює обертове магнітне поле, взаємодія якого з обмоткою ротора і змушує останній обертатися. Обмотка в електродвигунах є особливим чином намотану на металевий каркас мідний дріт, покриту ізолюючим витки лаком.

І якщо електричний двигун є серцем електронасоса, то електроенергія - душею. Без неї насос просто не буде працювати. Електроенергія характеризується якістю, тобто всі її параметри повинні відповідати розрахунковим. У разі, коли який-небудь параметр виходить за встановлені стандартом кордону, змінюється і режим роботи насоса. Основними характеристиками електроенергії є значення напруги, його форми і частоти (для змінного струму). У кожній країні є свої стандарти для вищевказаних параметрів. Напруга - це електрорушійна сила, різниця потенціалів, або, якщо просто, це та енергія, яка вивільняється при переміщенні заряду між двома точками.

Згідно ГОСТ, для країн СНД прийнято напруга (U) 220 Вольт ± 10%. Частота (# 8486;) визначає, як часто за одиницю часу змінюється полярність напруги. Стандартним значенням є 50 Герц + -1%. До основних параметрів насосів відносяться натиск, подача і робоча точка, яка об'єднує ці два параметри. Напір - це тиск рідини, що створюється насосом, а подача - її кількість, що перекачується за одиницю часу. А так як принцип роботи всього механізму полягає в перетворенні енергії обертання, виробленої двигуном, в роботу, що здійснюються виконавчим органом, то важливо забезпечити стабільність розрахункової швидкості обертання. Однією з найважливіших характеристик асинхронного електродвигуна є ковзання. Ковзання - це різниця в швидкостях обертання магнітного поля, створюваного обмоткою статора і самого ротора. Чим більше навантаження або менше напруга, тим вище величина ковзання.

Взаємозв'язок швидкості обертання ротора і напруги мережі виражається формулою:
N = Nсінхр * (1-Kнагр * Uрез * Sном); де:
"N" - результуюча швидкість обертання двигуна насоса,
"Nсінхр" - синхронна швидкість обертання.
"Kнагр" - коефіцієнт навантаження двигуна,
"Uрез" - відношення квадратів значень номінальної напруги до фактичного,
"Sном" - значення ковзання в номіналі.
Значить, при зменшенні напруги нижче номінального, також зменшується швидкість обертання ротора двигуна і, як наслідок, загальна продуктивність насоса. Важливо відзначити, що дане слідство вірно для двигунів насосів, що працюють з повним навантаженням. Якщо ж насос обраний з "запасом", то вплив зменшення напруги проявляється не так помітно.

Наступним негативним проявом зниження є нагрів обмоток. При зменшенні напруги нижче допустимого на 1% магнітний потік в двигуні зменшується на 3%. У загальному випадку, для потужності двигуна можна скористатися формулою:
P = U * I. де:
"P" - потужність двигуна,
"U" - напруга мережі,
"I" - струм, споживаний двигуном.
Отже, при збереженні значення електричної потужності двигуна і падінні напруги, збільшується споживаний з мережі струм. Перевищення значення струму понад розрахункових параметрів викликає підвищене нагрівання обмоток і, як наслідок, зменшення терміну експлуатації їх ізоляції. У деяких випадках можливий вихід двигуна з ладу. Підвищення напруги вище номінального значення зменшує термін служби двигуна і при надмірному завищенні, відбувається "електричний пробій" ізоляції обмоток. В цьому і вищевказаних випадках кажуть, що "двигун згорів".

Швидкість обертання магнітного поля і, як наслідок, швидкість обертання ротора двигуна залежить від частоти мережі. Ця залежність описується формулою:
n = 60 * f / P. де:
"N" - синхронна швидкість обертання магнітного поля,
"F" - частота електромережі,
"P" - кількість пар полюсів обмотки статора (механічний параметр).
Отже, при постійній кількості пар полюсів будь-яка зміна частоти безпосереднім чином впливає на обертання двигуна і розвивається їм механічну потужність. До особливого типу насосів відносяться вібраційні або шнекові. У їх конструкції немає двигуна в класичному розумінні, тому поломки, викликані підвищеним або заниженою напругою виявляються трохи інакше. Якщо такий насос встановлений в колодязі або свердловині і при нормальному напрузі працює в своїх номінальних параметрах, без "запасу" по потужності, то при падінні напруги він не зможе підняти воду, що для деяких моделей загрожує виходом з ладу. А при завищенні напруги інтенсивність руху гойдає мембрани зростає і механізм поступово розбиває сам себе. Той же ефект проявляється, відповідно, при зниженні і підвищенні частоти мережі.

Якісний насос купується з урахуванням довгої тривалої роботи без поломок - "поставив і забув". Ціна такого рішення, як правило, відповідна. Тому вірним рішенням буде вжити заходів для захисту насоса від можливих змін параметрів електричної мережі. До одного з варіантів відноситься підключення насоса до пристрою, який здійснює контроль і регулювання напруги - стабілізатора. Стабілізатор підбирається за потужністю з 20-30% запасом. Запас необхідний з урахуванням більш високої споживаної потужності в момент кожного включення електродвигуна. Ширші можливості захисту насоса здійснюють блоки управління з частотним регулюванням.