Настройка преобразователя частоты для поддержания давления воды в системе по датчику давления

Я долго думал, с чего мне начать свои публикации на Хабре. Но буквально на днях закончил монтаж преобразователя частоты для управления водяным насосом с PID — регулированием по датчику давления, установленным у меня дома. Хоть это и был долгострой, но задача была успешно решена. Однако опыт показал, что хоть такие решения уже известны из области техники, но детального описания процесса сборки системы и настройки преобразователя частоты мне нигде ранее видеть не приходилось.

Я постарался собрать информацию из множества разрозненных источников в одном месте, включая свой личный опыт работы с преобразователями частоты и изложить ее в доступной форме. Поэтому пусть моя приветственная статья на Хабре будет подробным гайдом по настройке ПЧ для работы с обычным однофазным водяным насосом с целью поддержания стабильного давления воды в водопроводной системе. 

Предыстория

История сего проекта уходит аж в 2012 год. Я тогда работал в электротехнической компании, которой уже нет в живых, и она торговала электротехнической продукцией. В то время в технике активно внедрялись преобразователи частоты, в том числе и ныне ушедшей с рынка фирмы Schneider Electric и я имел доступ к этому оборудованию.

А у меня была проблема. Я живу в частном доме и водой обеспечиваю себя из колодца. Нагрев воды происходит с помощью газовой колонки. И в этой схеме меня всегда раздражало следующее: когда насос включается, то давления в системе очень быстро повышается. В результате душевую лейку отжимает вылетающим из нее потоком воды к стене, её начинает мотать в кронштейне из стороны в сторону. И получается почти, как в анекдоте из фильма «Отчаянный» («Desperado»): вода начинает поливать стены, пол, потолок, но при этом ни капли не попадая на моющегося бармена. Если прикрыть кран и снизить напор, то первая проблема решается, но появляется другая: когда давление в системе при небольшом расходе снижается ниже критического, газовая колонка гаснет и некоторое время на меня течёт ледяная вода.

Не то, чтобы это смертельно. Я к этому давно привык. Когда начинает течь холодная вода — просто повернул душевую лейку в сторону стены на 5–10 секунд и потом начинает идти теплая. Но все же на дворе уже третье тысячелетие, поэтому я решил стабилизировать давление в системе, что не давало бы газовой колонке гаснуть, а лейке брызгать во все стороны, применив в то время для этой цели частотник Шнайдер из линейки Altivar12.

Я выкинул из электродвигателя насоса фазосдвигающий конденсатор и подключил насос к частотнику, как трехфазный. Ниже я дам пояснения, в чем была моя ошибка и почему так делать неправильно.

Я столкнулся с тем, что в таком режиме работы двигатель насоса очень сильно вибрировал и издавал посторонние звуки. Минуты работы было достаточно, чтобы понять: такая схема включения совершенно нежизнеспособна. Я было посмотрел в сторону перемотки родного двигателя насоса на 220В «треугольник». Но ввиду высокой цены работы, я от данной затеи отказался. А если мне придется купить новый насос, то его тоже прямо из магазина нести в перемотку, лишаясь при этом гарантии? Кроме того, в системе помимо преобразователя частоты ещё и необходимо наличие датчика давления, цена на который в те годы тоже была сопоставима с половиной цены на частотник.

В общем, решение это стоило тогда больших денег. Я отложил затею в дальний угол и многие годы к ней не возвращался.

На всякого мудреца довольно простоты

Весной 2026 года я решил погуглить, есть ли сейчас схемы управления однофазными электродвигателями с фазосдвигающим конденсатором. И к своему удивлению обнаружил, что такие частотники выпускаются уже не первый год. Отбросив китайские девайсы, на которые нет нормальной документации на русском по настройке, выбор пал на российского производителя INSTART. Поиск показал, что на рынке есть и другие производители частотников для водяных насосов, стоимость которых до полутора раз дешевле моего. Ищите. Я же приобрел себе что‑то среднее между самым простым решением и общепромышленным применением: недорогой INSTART LCI‑G1.5–2B (S).

Дальнейшую процедуру настройки приведу именно для этой модели частотника, который был мной приобретен, успешно настроен и введен в эксплуатацию. Данная модель рассчитана на двигатель мощностью до 1.5кВт, чего с запасом для моего насоса на 1.1кВт.

Примечание. Сразу отмечу, что частотник этот хоть и исправно работает, но не совсем подходит для управления однофазным насосом. Дам на этот счет пояснения ниже. Если будете выбирать подобный частотник, то лучше смотрите, чтобы в конце маркировки было не -2B, а -1 (вход 1~230 (220) В, 50/60 Гц; выход 1~230 (220) В).

Я нашел даташит на просторах интернета (правда на серию VCI, но она справедлива и для серии LCI) по схемам включения, написал в тех поддержку производителя. И мне сказали, что обычный частотник их производства модель LCI, рассчитанный для управления трехфазным мотором, можно с успехом применить и для управления однофазным электродвигателем с фазосдвигающим конденсатором. Для этого необходимо подключить мотор к клеммам U и V преобразователя. А клемму W не использовать.

Привожу две схемы включения из даташита.

Я писал выше, что подключение электродвигателя к преобразователю частоты по этой схеме путем удаления конденсатора и вывода наружу трех концов обмоток у меня не заработало. Правда тогда был частотник другой фирмы. Но я думаю, что производитель ПЧ не здесь ни при чем. Он хоть и регулировал обороты двигателя, но звук, издаваемый двигателем, был похож на очень сильную вибрацию, сопровождавшуюся посторонними стуками. Я от этой схемы включения отказался, и правильно сделал.

И вот почему я считаю, что так подключать двигатель неправильно.

Внутри двигателя с фазосдвигающим конденсатором, рассчитанным на питание от одной фазы, расположены не три пары полюсов под углом 120°, как в трехфазном электродвигателе, а две пары полюсов под углом 90° одна относительно другой. Для правильной работы такого электродвигателя необходимо обеспечить сдвиг фаз токов в обмотках не на угол 120°, а на угол 90°. Это обеспечивается подключением в цепь одной из обмоток фазосдвигающего конденсатора.

Когда вы убираете из схемы конденсатор, то функцию сдвига фаз на 90° между обмотками L11 и L22 должен взять на себя частотник. А частотник формирует синусоиду со сдвигом фаз 120°, что для такого двигателя не подходит! Кроме того, когда формируется синус между клеммами U и V, то обе обмотки L11 и L22 оказываются включены последовательно. Во‑первых, совершенно неясно, зачем пропускать ток через последовательно соединенные между собой обмотки L11 и L22. Достаточно лишь сформировать сигнал между клеммами U‑W и V‑W со смещением на 90°. Во‑вторых, ток через эти две обмотки будет вдвое ниже, чем если бы они были включены между клеммами U‑W и V‑W соответственно. В‑третьих, при пропускании через них тока в статоре двигателя формируется результирующее магнитное поле, сдвинутое на угол 45° между двумя парами полюсов обмоток L11 и L22, что тоже неправильно. И вместо того, чтобы в статоре двигателя формировалось переменное вращающееся магнитное поле, в нем формируется хаос. Двигатель начинает шуметь и вибрировать.

Поэтому я настоятельно не рекомендую использовать данную схему включения за исключением тех случаев, когда производитель разработал ПЧ специально для данного вида включения, обеспечив сдвиг в фазах 90° и прочее. В остальных случаях я рекомендую схему включения с фазосдвигающим конденсатором по схеме ниже.

В данной схеме внутри борно электродвигателя ничего не меняется. Вы просто подключаете два провода, выходящие из электродвигателя напрямую к клеммам U и V частотника так, как если бы вы включили электродвигатель напрямую в розетку. Конденсатор из схемы НЕ убирается!

Предварительные настройки ПЧ

Когда пришел частотник, я настроил параметры двигателя в ПЧ и подключил к нему электродвигатель по данной схеме.

Перед осуществлением настроек преобразователя необходимо выполнить сброс всех параметров на заводские уставки. Для этого в значение кода F00.28 нужно выставить 1. Обратить перед этим внимание, чтобы параметр F00.32 был установлен в «0». Если в параметре F00.32 записано значение, отличное от «0», то сброс к заводским настройкам не будет произведен.

После сброса ПЧ производим настройку следующих параметров:

F02.00 — Тип электродвигателя. Я выбрал «0»: стандартный асинхронный электродвигатель;

F02.01 — номинальная мощность электродвигателя (кВт). У меня получилось 1,1кВт;

F02.02 — номинальная частота электродвигателя (Гц). Я выбрал 50Гц;

F02.03 — номинальная скорость электродвигателя (об/мин). Мой двигатель имеет частоту 2800 об/мин;

F02.04 — номинальное напряжение электродвигателя (В). Установил 220В;

F02.05 — номинальный ток электродвигателя (А). Данные с шильдика двигателя. У меня получилось 5,1 А;

F00.27 — Тип нагрузки. В моем случае «1»: тип P — нагрузки с переменным крутящим моментом (насосы);

F00.04 — Верхняя предельная частота. Заводская настройка — 50Гц;

F00.05 — Нижняя предельная частота, Гц. Следует отметить, что двигатель с фазосдвигающим конденсатором начинает работать от частоты более 15 Гц. При более низкой частоте двигатель будет пищать, но не будет вращаться. Длительное включение его в таком режиме не рекомендуется, что может привести к его перегреву и выходу из строя. Поэтому смело в параметре F00.05 ставим 15–20Гц. Я выставил 20Гц. Позже мы это значение еще откорректируем.

F00.12, F00.13 — время разгона и торможения соответственно. Я поставил для каждого параметра по 3.0 секунды;

F00.06 — Источник задания частоты я установил в значение 10 (регулировка частоты с помощью потенциометра на панели управления).

Обрыв выходной фазы

Произведя предварительную настройку и нажав кнопку пуск, я услышал заветный высокочастотный писк, который обычно издает электродвигатель при подключении его от преобразователя частоты. Но радость моя была недолгой. Буквально через пару секунд писк прекратился, а на экране ПЧ появилась ошибка Er 013, что указывало на обрыв одной из выходных фаз.

Это вовсе не удивительно, ведь при питании трехфазного мотора очень важным параметром является наличие всех трех фаз. А обрыв одной из них неизбежно приведет к выходу двигателя из строя. Поэтому частотник контролирует наличие всех фаз. Это был эпик фэйл! Но не совсем. Я уже было подумал, что ошибся с выбором преобразователя частоты и начал смотреть в сторону покупки модели LCI‑G1.5–1. Но покопавшись в даташите я нашел параметры, которые позволяют отключит защиту от обрыва фаз на выходе:

F05.01 (защита от обрыва фазы на выходе) — необходимо присвоить значение 0 (неактивна);

F05.02 (функция мгновенного снижения частоты при отключении питания) — необходимо присвоить значение 0 (недействительно);

Примечание. Прежде, чем выбирать частотник с трехфазным выходом для управления однофазным мотором, обязательно убедитесь в возможности отключить защиту от обрыва выходных фаз. Если такой функции в преобразователе частоты нет, то скорее всего вам не удастся запустить на трехфазном частотнике однофазный мотор. Поэтому лучше всего будет выбирать частотник с одной фазой на выходе, специально разработанный для управления электродвигателем с фазосдвигающим конденсатором, коим, например, является модель LCI‑G1.5–1. Но понял я свою ошибку уже поле приобретения LCI‑G1.5–2B. К счастью, все заработало.

Также не стоит переживать об отключении защиты от обрыва фазы для однофазного включения. Если одна из фаз (U или V) оборвется, то ничего с двигателем не произойдет. Он просто остановится.

После отключения мной защит в параметрах F05.01 и F05.02 частотник успешно запустился и двигатель начал работать без наличия каких‑либо посторонних шумов! Частота его прекрасно регулировалась в диапазоне от 20 до 50Гц.

Режим ТОЛЧ

В выбранном мной преобразователе на лицевой панели есть кнопка ТОЛЧ.>> (толчковый режим). Она позволяет в ручном режиме запустить двигатель на время нажатия данной кнопки. Эта функция предназначена для пробного пуска электродвигателя. Но с завода частота толчкового режима установлена в 2Гц. Электродвигатель же с фазосдвигающим конденсатором начинает работать с частоты 15Гц. Поэтому, прежде чем давить на эту кнопку, идем в меню и настраиваем следующие параметры:

F09.06 (частота толчкового режима) — я ставлю значение 20Гц (но не ниже 15Гц);

F09.07 (время разгона для толчкового режима) — выбираем на свое усмотрение, я ставлю 3 секунды;

F09.08 (время замедления для толчкового режима) — выбираем на свое усмотрение, я ставлю 2 секунды.

Датчик давления

Я использую для своей задачи датчик давления на 10 бар с выходным токовым сигналом 4..20мА. Опыт работы на промышленном предприятии, где установлено более сотни различных преобразователей давления показал, что нет никакой необходимости использовать в быту такие брэнды, как Метран, Элемер, Ридан и тому подобные. Все они работают примерно по одному принципу и отличаются по большей части наличием дисплея, функций программирования и точностью измерения, что во многом и определяет их немалую цену. Также они обычно внесены в реестр средств измерений, что тоже стоит своих денег. Степень надежности у них примерно одинаковая. И за 4 года общения с подобными приборами, ни один из них не вышел из строя у нас на предприятии. Поэтому для задач регулирования давления воды в домовой системе мной был выбран самый дешевый датчик давления DA110-10 ценой 3 тысячи рублей от бренда «Доступная Автоматика».

Примечание. Я рекомендую использовать датчик давления с выходным токовым сигналом 4…20мА и постараться не применять датчики с выходным сигналом 0…20мА или 0…10В. Они не позволят включать сигнализацию о неисправности датчика, о чем пойдет речь далее.

Важно! Прежде, чем подключать датчик к преобразователю частоты, переведите переключатель AI1 на ПЧ из положения V в положение I (измерение тока). Это необходимо сделать до подключения датчика! Иначе можете спалить аналоговый вход ПЧ.

Схему включения датчика давления вы найдете в его паспорте. Питание датчика осуществляется от встроенного в ПЧ источника питания 24В. Плюсовой вывод датчика подключается к +24В (клемма P24). Минусовой вывод датчика подключается к клемме AI1 ПЧ. Также из даташита на ПЧ следует, что для измерения аналогового сигнала, необходимо объединить аналоговую и цифровую земли (клеммы ACM и DCM) перемычкой, что я и сделал. Схема включения датчика давления с некоторым усовершенствованием приводится ниже.

Так как датчик имеет шкалу измерения от 4 до 20 мА, что на входном сопротивлении ПЧ 500 Ом даст шкалу от 2 до 10 В, то необходимо настроить параметр F06.18 (нижний предел аналогового входа AI1), записав в него значение 2.00 В. Для датчика со шкалой 0…20мА значение этого параметра следует оставить равным нулю.

Параметр F06.20 (верхний предел аналогового входа AI1) по умолчанию установлен на 10В. Так и должно быть: верхнему значению давления датчика будет соответствовать ток 20мА, что на входном сопротивлении ПЧ 500 Ом будет соответствовать напряжению 10 В.

Далее необходимо настроить верхний предел измерения (ВПИ) датчика давления с помощью параметра F10.04. Это параметр максимального давления датчика в барах. В моем случае это 10.0 бар.

Защита цепи токового входа AI1 датчика давления

Примечание. У меня был опыт испытания различных типов предохранителей 5×20мм, рассчитанных на ток ≤ 100мА. Оказалось, что Noname предохранители на ток ≤ 100мА зачастую срабатывают при в 10 раз большем токе, то есть после того, как защищаемое оборудование сгорит. Поэтому я настоятельно не рекомендую использовать дешевые предохранители для защиты слаботочных цепей. Из доступных, которые были мной испытаны и отвечают заявленным параметрам я выбрал Siba. Конкретно под этот проект подойдет Siba 179120.0,032 (0,032А). Я разместил предохранитель в держателе внутри шкафа, который крепится на DIN‑рейку.

Теперь мы можем посмотреть на показания датчика давления

Для этого в режиме остановленного двигателя из верхнего меню нажимаем несколько раз кнопку «Ввод», пока на экране не появится отображение буквы u, справа от которой будут отображаться цифры — это давление. Но давление это не в барах, а в вольтах! Чтобы пересчитать его в бары, необходимо значение на экране в вольтах разделить на 500 Ом (внутреннее сопротивление токоизмерительной цепи ПЧ). В результате мы получим ток в амперах. Нулевому давлению соответствует ток 4мА, максимальному давлению — 20мА.

Чтобы понять, что датчик работает, достаточно убедиться в том, что он правильно показывает «ноль». Для этого сбрасываем давление в системе и смотрим на показания на дисплее ПЧ. Если оно постепенно уменьшается вслед за падением давления, то это верный признак того, что датчик работает. Когда давление снизится до нуля, показания на экране должны быть примерно равны 2В. Что я и наблюдал в своей системе и перешел к дальнейшей настройке.

Вы же можете проверить, как работает датчик и на повышенном давлении. Для этого наберите давление в системе до 2.5 бар. Для датчика на 10 бар этому давлению будет соответствовать ток в цепи датчика 8мА, на экране ПЧ должно отобразиться значение 4 В. Давлению 5 бар будет соответствовать ток в цепи датчика 12мА, значение на экране 6 В.

Система поддержания давления

Система поддержания давления с функцией спящего режима работает следующим образом. Начальные условия: давление в системе несколько бар, насос остановлен, ПЧ находится в режиме ожидания. Когда давление в системе снижается ниже параметра F09.50 (давление пробуждения), частотник включается в работу и начинает поддерживать давление, определяемое в параметре F10.01 (рабочее давление).

Прежде, чем настроить эти параметры, необходимо определить нижнюю рабочую частоту насоса.

Нижняя рабочая частота

Я погонял свой частотник некоторое время на разных частотах и разных расходах и определил нижнюю частоту, при которой насос уже не качает. Моя газовая колонка гаснет при снижении давления ниже 2.2 бар. Поэтому нижняя рабочая частота насоса должна поддерживать давление не менее 2.5–2.7 бар. Я открыл водопроводный кран, обеспечив расход воды ~10л/мин. Подождал, пока давление после насоса снизится ниже 2.5 бар, включил частотник и потенциометром начал регулировать частоту так, чтобы давление в системе было около 2.7 бар. Частота, при которой давление стабилизировалось, оказалась равна 34Гц. Пишем ее в параметр F00.05=34. Это нижняя рабочая частота, ниже которой не имеет смысла работать. Примечание. Позже значение этого параметра я повысил до F00.05=38.

Давления пробуждения

Давление пробуждения сделал F09.50=2.8 бар.

Частота ухода в сон

Частота, ниже которой частотник уходит в спящий режим определяется в параметре F09.52. Значение параметра F09.52 должно быть выше параметра F00.05 хотя бы на 1Гц. Первоначально я устанавливал F09.52=36.00. Но позже изменил на F09.52=40.00.

Итого, первичная настройка была: F00.05=34.00, F09.52=36.00; после обкатки системы я вернулся к данным параметрам и настроил: F00.05=38.00, F09.52=40.00.

Рабочее давление

Также стало понятно, что рабочее давление, которое должен поддерживать насос при разборе воды должно быть в диапазоне 3.3–3.5 бар. Я записал данное значение в параметр F10.01=3.5

Параметр рабочего давления F10.01 может быть и заметно выше исходя из характеристик вашего насоса. Но не выше максимального развиваемого давления насосом, иначе он никогда не остановится. Например, мой насос способен развивать давление около 4.5 бар на частоте 50Гц. Но я решил ограничиться рабочим давлением в 3.5 бар, чего мне с избытком, оставив при этом уверенный запас по производительности.

Примечание. Не настраивайте параметр F10.01, равным максимальному значению давления, развиваемым вашим насосом, так как оно может меняться во времени и зависит от давления воды на входе в насос или глубины всасывания. Если сегодня вы настроили насос на максимум, он прекрасно работает и отключается при отсутствии разбора, то завтра по причине снижения давления на входе или снижения уровня воды в колодце он не сможет достичь установленного значения и будет работать, не останавливаясь. Поэтому обеспечьте запас давления сверху не менее 10%.

Окончательная настройка

Итак, предварительно все параметры настроены. Мотор включается в ручном режиме, управляется с панели ПЧ, частота меняется с помощью потенциометра. Теперь необходимо произвести настройку остальных параметров. Данные по настройке вы можете найти в предпоследнем разделе руководства по эксплуатации INSTARI LCI. Ниже привожу свои значения с некоторыми пояснениями.

F00.01 Вариант работы в режиме управления. Пока я настраивал привод и управлял частотником с панели, то в данном меню у меня было записано значение 0 — управление с панели ПЧ. Когда я завершил настройку, то в разрыв между клеммами S1 и DCM я поставил тумблер и вынес его на переднюю дверь шкафа. После чего изменил значение параметра F00.01 на 1 (управление с клемм). Примечание. Если вы оставите ПЧ работать в режиме управлении с панели, нажав кнопку «Пуск», то после отключения и появления питания вновь придется нажимать кнопку «Пуск» для старта системы. В случае же управления с клемм, ПЧ запустится сразу же после появления питания, так как клеммы S1-DCM останутся в замкнутом состоянии.

F00.32 Макрос изменения параметров. Этот пункт меню я не трогал. Он относится к параметрам, которые выводятся на экран в работе и в режиме останова. Примечание. Имейте ввиду, что при установлении значения параметра F00.32 отличного от «0», невозможен сброс параметров к заводским настройкам через параметр F00.28. Для сброса параметров необходимо установить значение «0» в параметре F00.32. 

F00.05 Нижняя предельная частота. Ранее мы уже настроили данный параметр. При необходимости вы можете более тонко его откорректировать по своему усмотрению.

F00.06 Вариант источника задания частоты А. Выбираем значение 8 (ПИД‑управление).

F00.12, F00.13 Время разгона и торможения соответственно. Я поставил по 3.0 секунды.

F10.00 Источник опорного сигнала ПИД‑управления = 0 (цифровой опорный сигнал в параметре F10.01).

F10.01 Требуемое значение давления в бар, которое должен поддерживать частотник во время разбора воды. Я уже писал, что меня получилось 3.5 бар. Мне этого хватает, но можно сделать и около 4 бар для моего насоса.

F10.02 Источник сигнала обратной связи ПИД‑управления = 0 (Аналоговый вход AI1, к которому подключен датчик давления).

F10.03 Направление действия ПИД управления. Выбираем «0»: прямое действие — с ростом давления частота снижается (заводская уставка).

F10.04 Этот параметр отвечает за диапазон измерения датчика давления в барах. В моем случае это 10.0 бар. Мы его настроили ранее.

F10.28 Работа ПИД управления в состоянии останова. Чтобы насос не молотил без устали, а при отсутствии расхода воды отключался, и включался при понижении давления ниже заданного, необходимо настроить параметр F10.28 равным 1. Это активация функции перевода ПЧ в спящий режим.

F09.50 Это давление, ниже которого частотник выйдет из спящего режима и начнет поддерживать рабочее давление. У меня это значение равно 2.8 бар.

F09.51 Время задержки выхода из спящего режима. Я поставил 0.5с.

F09.52 Частота перехода в спящий режим. Когда расход снижается, то давление в системе начинает постепенно повышаться выше указанного в параметре F10.01. Частота начинает снижаться и при снижении частоты ниже F09.52 привод уходит в сон. Выше я писал, что данный параметр у меня равен 40.00.

F09.53 Время задержки активации спящего режима. Это время в секундах после снижения давления в параметре F09.52, по истечению которого привод уходит в сон. У меня установлено 0.5с.

F08.03, F08.05 Я ничего не менял, ибо меня устроили заводские настройки.

F06.18 Минимальный входной сигнал кривой AI1. Мы уже установили его ранее равным 2.00 В.

На этом настройки преобразователя частоты LCI‑G1.5–2B (S) можно считать завершенными. После чего остается нажать на панели кнопку пуск (или в зависимости от настроек замкнуть клеммы S1-DCM) и наблюдать за результатом.

Если давление в системе выше, чем в параметре F09.50, откройте кран и сбросьте давление. При снижении давления ниже данного параметра частотник запустится и будет поддерживать давление в системе. Закрытие разбора воды приведет к постепенному снижению частоты привода и уходу преобразователя в спящий режим.

Реле давления

Overclocking

Погоняв свой частотник некоторое время, я заметил, что для моих задач 50Гц с избытком. Но при желании вы можете настроить верхнюю предельную частоту своего насоса нескольким больше, чем на 50Гц (параметр F00.04). Правда вы выполняете данное действие на свой страх и риск! И выше, чем на 10% от номинала я его разгонять точно не рекомендую! Но 52–55Гц могут быть вполне допустимыми при работе. Только прежде, чем перевести насос на работу с повышенной частотой, необходимо проверить ток в обмотках двигателя на данных частотах. Он не должен превышать паспортного значения, указанного на шильдике электродвигателя! Работа электродвигателей при перегрузках приводит к нагреву обмоток и ускоренному старению изоляции. Поэтому, если вам кажется, что двигатель горячий, но продолжает успешно работать на повышенных частотах и повышенных токах, то не удивляйтесь, если он выйдет у вас из строя раньше времени.

Если же вы все‑таки решили использовать электродвигатель на пределе его возможностей, то не лишним будет добавить в обмотки двигателя PTC‑термистор для контроля температуры обмоток. Схему его включения смотрите в даташите на ПЧ.

Длина линии

В мировой практике считается, что длина отходящей кабельной линии от преобразователя частоты до электродвигателя не должна превышать 100м. Если вы используете один частотник для управления сразу несколькими двигателями, то длина линий до каждого двигателя суммируется и их общая длина не должна превышать 100м. Это связано с тем, что в отходящих проводах присутствует распределенная емкость. Чем больше длина провода, тем выше значение емкости. Слишком высокий показатель приводит к дополнительным потерям на транзисторах, что может вывести ПЧ из строя. Поэтому обратите внимание, чтобы длина отходящей кабельной линии была по возможности как можно более короткой. Если необходимо увеличить длину свыше 100м, то обратитесь к производителю оборудования и приготовьтесь на выходе поставить выходной фильтр (дроссель). Правда вы будете приятно удивлены, узнав, что цена дросселя обычно сопоставима со стоимостью самого преобразователя частоты.

Защита ПЧ.

Классическим решением по защите ПЧ является установка на его входе двухполюсного автомата. В моем случае с номинальным током 10А. Но в моем ПЧ нет защиты от тока утечки. И если ранее у меня стоял в цепи питания насоса дифавтомат с максимальным током утечки 10мА, чего было достаточно, то в инструкции на преобразователь указано о наличии естественного тока утечки ПЧ, который может превышать 3.5мА (насколько большим — не уточняется). Следовательно, дифавтомат на 10 мА может приводить к ложным срабатываниям. В результате было принято решение установить на входе в ПЧ дифавтомат на 10А с максимальным током утечки 30мА. И я получил не только защиту от токов утечки, но и защиту по номинальному току. Стоимость дифавтомата оказалась ненамного дороже обычного двухполюсного автомата.

Шкаф управления и его охлаждение

В обычном исполнении мой преобразователь частоты имеет степень защиты IP20. Это значит, что у него нет никакой защиты от влаги (брызг, капель, конденсата). Поэтому я решил расположить его внутри шкафа со степенью защиты IP54. Размер шкафа выбрал 400×300×220, чего достаточно для обеспечения зазоров по бокам от частотника и хватает места для размещения автоматов защиты.

Паспортное тепловыделение моего преобразователя составляет 95Вт, что не так и много. Но при продолжительной работе оборудование внутри шкафа может перегреваться. Следовательно, необходимо делать систему вентиляции. Для этого в нижней части левой стенки шкафа я установил вентилятор, который нагнетает воздух из помещения в шкаф, а в правой стенке сверху — вентиляционную решетку, через которую нагретый воздух выходит наружу. Ввиду того, что каких‑либо особых требований к рассеиваемому теплу не предъявляется, я решил остановиться на самом бюджетном вентиляторе и решетке с монтажными размерами 92×92мм. Напряжение питания вентилятора 220В. В цепи питания вентилятора установил отдельный автоматический выключатель на 2А.

Остался вопрос, как обеспечить включение вентилятора при повышении температуры. Обычно для этой цели используются термостаты «на охлаждение», монтируемые внутри шкафа. Что я и сделал: купил термостат за 700 рублей и установил внутри шкафа в его верхней части.

Но можно схитрить и немного сэкономить. В моем ПЧ есть релейный выход R с максимальным током контактов 3А, чего достаточно для коммутации слаботочной нагрузки вроде вентилятора. Параметры реле настраиваются в меню F07.03. В заводской настройке у реле нет функции. Но если присвоить значение F07.03=18 (работа), то реле будет замыкается, когда преобразователь перейдет в режим «Работа». Если задействовать данное реле для управления внешним вентилятором, то, когда преобразователь запустит двигатель, будет включаться не только его собственный вентилятор, но и вентилятор, установленный на стенке шкафа. Когда частотник прекратит работу, то выключится и вытяжной вентилятор. Я же применил термостат, а контакты реле решил задействовать для включения индикации в случае выхода из строя датчика давления, о чем говорится ниже.

Выносная панель

Контроль давления

К сожалению, на экране большинства ПЧ возможно отображать одновременно лишь один параметр процесса: частоту, ток, напряжение и др. Мне это кажется неинформативным. Я хотел бы видеть на экране одновременно и расчетную частоту, и давление воды в системе. Для отображения еще одного параметра можно воспользоваться аналоговым выходом, который присутствует в большинстве ПЧ. На него можно вывести аналоговый сигнал в зависимости от тока, давления, частоты и других параметров работы.

Параметр F07.13 определяет выбор функции выхода A01. Выбор может быть сделан для 15 различных функций.

Чтобы настроить выход ПЧ для отображения давления в барах, я настроил F07.13=8 (AI1 — отображение сигнала с датчика давления). Перемычку AO1 перевел в значение V. В результате на выходе AO1 будет меняться напряжение в зависимости от давления. Но меняться оно будет так же, как будет меняться и входной сигнал: в диапазоне от 2 до 10В. Чтобы привести выходной сигнал в соответствие и давлению 0 бар (4мА на входе AI1) соответствовало 0В на выходе AO1; а давлению 10 бар (20мА на входе AI1) соответствовало 10В на выходе AO1, можно воспользоваться функциями F07.15, F07.16:

F07.15 Коэффициент смещения A01 (-100,0 ~100,0%), зав.=0;

F07.16 Усиление сигнала A01 (-10,00 ~ + 10,00), зав.= 1,00.

Если «b» — смещение нуля (F07.15), «k» — усиление (F07.16), «Y» — сигнал после коррекции, а «X» — сигнал до коррекции, то фактический выходной сигнал: Y = kX + b.

Сначала необходимо расширить диапазон выходного сигнала с 2..10 В до 0..10 В, то есть в 1.25 раза. Для этого запишем в F07.16=1.25, что позволит расширить выходной сигнал до 2.5…12.5В. Затем необходимо сместить всю шкалу в область отрицательных значений на 2.5В, то есть на некоторый процент: 2.5В от шкалы 10В — это 25%. Запишем это значение со знаком минус в параметр F07.15=-25.00.

Теперь при изменении давления на входе от 0 до 10 бар, напряжение на выходе AO1 будет меняться в диапазоне от 0 до 10В и каждому вольту будет соответствовать один бар.

Осталось разместить обычный вольтметр на переднюю дверцу шкафа и на его экране будет отображаться давление в барах. Для этой цели я использую недорогой трехпроводной китайский вольтметр с диапазоном измерения 0..30В. Питание для него берем от клемм P24(+24В) и DCM. Измерительный провод вольтметра (обычно желтого цвета) подключаем к выходу AO1. Теперь на панели нашего шкафа отображается не только расчетная частота привода, но и давление. Аналогичным образом на индикатор можно вывести также и ток или какой‑то другой параметр (см. даташит).

Следует учесть, что диапазон выходного напряжения на AO1 может меняться от 0 до 10В. Если необходимо отобразить параметр, который выходит за этот предел, то можно применить для данных целей Arduino, настроив АЦП и проводя нехитрые расчеты, выводить на экран дисплея любой доступный параметр.

Сигнализация о неисправности датчика давления

Поскольку я установил в своем шкафу термостат, то клеммы выходного реле R остались свободными. Я решил задействовать их для включения индикации в случае неисправности датчика давления.

Останов по длительности включения

Одной из полезных функций моего ПЧ является останов по времени непрерывной работы. Например, это может быть полезно в случае, если в системе произошла утечка, а вас нет дома или когда ребенок не закрыл кран. В этом случае ПЧ не остановится, пока не перекачает весь колодец к вам в дом. То же касается и случая, когда ПЧ не может развить рабочее давление и будет работать непрерывно.

Функции F09.43-F09.45 позволяют настроить отсчет времени работы ПЧ от момента запуска, по истечении которого насос автоматически остановится. Я не припомню ни одного случая, чтобы в моей системе был непрерывный разбор воды длительностью более 20–30 минут. Поэтому я решил ограничить время непрерывной работы 40 минутами.

F09.43 Отсчет времени (0: выключен, 1: включен);

F09.44 Источник задания отсчета времени. 0 — задание времени параметром F09.45;

F09.45 Задание времени отсчета (0,0 ~ 6500,0 мин).

Я настроил свои параметры так: F09.43=1; F09.44=0; F09.45=40.

ПИД‑регулятор

Параметры ПИД‑регулятора позволяют настроить скорость изменения частоты насоса в зависимости от изменения давления. Они определяются в значениях:

F10.05 Пропорциональный коэффициент ПИД управления KP1 (0.0 ~ 100.0), зав. 20.0;

F10.06 Время интегрирования ПИД управления TI1 (0.01 с ~ 10.00 с), зав. 2.00 с;

F10.07 Время дифференцирования TD1 (0.000 с ~ 10.000 с) 0.000 с.

Для большинства применений заводские настройки менять не требуется. Но мне процессе эксплуатации не понравилось, как настроены параметры ПИД‑регулятора с завода. Слишком уж медленно регулируется выходная частота в зависимости от изменения давления. А при отсутствии разбора воды насос подолгу не уходит в сон. С завода коэффициент пропорциональности установлен в значение 20. Я предполагаю, что это значение больше подходит для систем, в которых применён гидроаккумулятор малой емкости или он вовсе отсутствует. В этом случае оправдано применение малых коэффициентов пропорциональности, что исключает колебания давления за счет плавности регулировки.

У меня же на насосной станции установлен гидроаккумулятор на 25 литров, который прекрасно справляется с колебаниями давления в системе. Поэтому через несколько дней эксплуатации я повысил коэффициент пропорциональности в 2.5 раза до значения F10.05=50. И это значение оказалось оптимальным. Я получил быстрый отклик, уверенные разгоны и замедления насоса, быстрый выход на рабочее давление. Выходное давление стало более стабильным, а при отсутствии расхода воды происходит быстрый уход в сон за время менее 10 секунд против около 30 секунд ранее.

Фото результата

Напоследок добавлю несколько фотографий того, что у меня получилось.

Фото шкафа снаружи:

Фото шкафа изнутри:

Заключение

Я постарался максимально подробно описать процесс настройки своего преобразователя частоты для управления насосом, опираясь на собственный опыт. Также я стремился задействовать максимальное количество функций преобразователя частоты и при наличии возможностей расширить его функционал. Надеюсь, мне это удалось, и статья оказалась полезной.

Благодарю за внимание!

Инженер ООО «КриоГаз‑Тула», Чекалин Андрей.