Frekvensomvandlare

När använder man frekvensomvandlare till pumpar

Det enkla svaret är att man använder frekvensomvandlare när man vill variera pumpens flöde. Detta gäller för både förträngningspumpar och centrifugalpumpar (rotordynamiska pumpar). Förträngningspumpar eller deplacementspumpar har ett deplacement dvs. en volym som beroende på, varvtal eller slag per minut, styr pumpens flöde. Eftersom vi pratar varvtal här är det roterande deplacementpumpar man styr med frekvensomvandlare. Ju högre varvtal pumpen roterar med desto högre flöde ger pumpen.  För centrifugalpumpar behövs dock en något närmare förklaring och för att förstå effekten av varvtalsreglering måste vi förstå konceptet med Affinitetslagarna.

Frekvensomvandlare styr varvtalet vilket påverkar pumpens flöde, uppfordringshöjd och effekt

Vid förändring av varvtalet ändrar vi pumpens prestanda. Genom att använda affinitetslagarna kan man beräkna vad pumpen kommer att ge för flöde, tryck och hur stor energi som kommer krävas för det nya driftsförhållandet, affinitetsberäkningar vid förändrat varvtal ger mycket god noggrannhet. Vid förändring av pumpens varvtal parallell förflyttar man pumpkurvan upp och ner och ändrar inte pumpens hydrauliska egenskaper, verkningsgraden blir därför oförändrad för den nya pumpkurva som räknas fram.

En förändring av varvtalet (n) påverkar flöde (Q) enligt formel 1), uppfordringshöjd (H) enligt formel 2) och effektförbrukningen (P) enligt formel 3) – enligt nedanstående affinitetsformler:

Fig.1 Affinitetslagarna för pumpar

Om vi höjer varvtalet på en centrifugalpump med 10% kommer alltså flödet att öka med 10%. Med samma varvtalsökning kommer uppfordringshöjden öka 21% (1,1²) och effektförbrukningen 33%. Behöver man öka flödet, vid t.ex. en produktionsökning, kan man kan alltså installera en frekvensomformare istället för att byta pumpen. Man skall dock vara medveten om att det kommer påverka driftskostnaderna.

Om man istället tänker sig scenariot att man har en för stor pump, vilket är mycket vanligare, får man istället motsvarande positiva effekt om man sänker varvtalet. Då kan man alltså göra en rejäl besparing av driftskostnaderna. Till det kommer att man sänker systemtrycket och om detta inte påverkar andra processer i systemet negativt kommer det få effekten att det sänker differenstrycken över systemkomponenter, exempelvis reglerventiler, och därmed minskar förslitning av dessa. Man får alltså även en underhållsbesparing.

Så fungerar frekvensomvandlare

Frekvensomvandlare används för att omvandla en växelspänning med en frekvens till en växelspänning med en annan frekvens. Genom att ändra spänningens frekvens, kan man steglöst styra varvtal och moment på växelströmsmotorer mycket noggrant. En pump har ofta en kvadratisk momentkurva med momenttopp vid högsta varvtal. Vid dimensionering av drivmotor måste man ta hänsyn till bl.a. värme utvecklingen i motorn vid förändrat vridmoment och varvtal. Motorn måste anpassas för att klara drivmomentet kontinuerligt. Dock bör man vara försiktig med att överdimensionera motorer eftersom detta påverkar både installations-, inköps- och driftskostnaderna. Hur varvtal och moment förändras vid styrning med olika frekvenser för motorer med olika poltal framgår av figur.2 (källa:Elforsk).

Fig.2 Frekvensomriktare (källa:Elforsk)

Varvtalsreglering minskar belastningen på elektriska matningsnät och maskiner dessutom sparar man energi genom att reglera pumpars varvtal med frekvensomvandlare. Genom att justera varvtalet påverkar man pumpens flöde och tryck, vilket innebär att man kan anpassa pumpens prestanda till systemets krav, frekvensomvandling innebär därför att man kan minska förluster som uppkommer genom exempelvis strypreglering.

Mjukstart

En variant av spänningsvariation vid start för att styra ström och vridmoment är mjukstartern. Den ger oss möjlighet att variera spänningen över motorn steglöst. Mjukstart är i dag vanligt förekommande vid start av större pumpdrifter. Spänningen ökas upp till märkspänning enligt en inställbar ramp. Många mjukstarter ger även möjlighet att minska spänningen efter en förprogrammerad ramp. Detta är en fördel vid pumpdrifter där man arbetar med en vertikal vattenpelare och backventiler.

Genom att sänka spänningen enligt önskad ramp minskar flödet kontrollerat och man slipper tryckstötar och skadade backventiler då pumptrycket försvinner abrupt vid direktfrånkoppling av drivande motor. Observera dock att en softstarter inte kan användas för att styra en motors varvtal, endast den matande spänningen till motorn.

För mer information om frekvensomvandlare för er pump, kontakta våra rekommenderade leverantörer nedan.

Eller skicka ett mejl till info@pumpportalen.se