Преимущества применения синхронных двигателей с постоянными магнитами в насосных агрегатах установок повышения давления

Рост этажности современных зданий неизбежно ведёт к увеличению мощности, а следовательно, и к росту энергопотребления стандартных асинхронных двигателей, а также к увеличению числа рабочих колёс самого насосного агрегата УПД. Вместе с тем из-за того, что в ночные часы УПД работают в режиме низкого водоразбора, частота вращения вала электродвигателя снижается, что, в свою очередь, приводит к значительному уменьшению КПД насосов. При этом существенная доля потребляемой электрической энергии расходуется не на подачу воды, а на потери; это сокращает ресурс работы насоса и повышает стоимость подачи кубометра воды потребителю.

На сегодняшний день наиболее перспективным решением с точки зрения энергоэффективности и компактности УПД является замена традиционных асинхронных двигателей на синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ). По сравнению с асинхронными двигателями СДПМ имеют следующие преимущества:

1. Отсутствие потерь в роторе:

в асинхронных машинах значительная часть энергии тратится на создание магнитного поля и нагрев обмотки ротора. В СДПМ магнитное поле создаётся высокоэнергетическими постоянными магнитами (обычно NdFeB), что устраняет электрические потери в роторе.

2. Высокий КПД в широком диапазоне нагрузок:

в отличие от асинхронного двигателя СДПМ сохраняет близкий к максимальному КПД даже при падении нагрузки до 20–30 % от номинальной, что критически важно для динамических режимов работы УПД.

3. Улучшенные массогабаритные характеристики:

благодаря высокой удельной мощности СДПМ значительно компактнее и легче асинхронных аналогов той же мощности (габариты могут быть меньше на 30–50 %). Это позволяет уменьшить общую площадь, занимаемую насосным агрегатом.

4. Точность регулирования:

СДПМ обеспечивает высокую точность отработки заданной скорости (отсутствует скольжение ротора), что позволяет более стабильно поддерживать давление в системе при изменении водоразбора.

5. Низкий уровень шума:

СДПМ работает тише асинхронного двигателя. Отсутствие потерь в роторе снижает нагрев двигателя, что позволяет уменьшить размеры вентилятора охлаждения и уровень аэродинамического шума. Также синхронное вращение ротора СДПМ уменьшает электромагнитный шум и вибрацию по сравнению с асинхронными двигателями.

С точки зрения застройщиков внедрение энергоэффективных УПД на базе насосов с СДПМ несёт прямую выгоду на этапах проектирования, строительства и сдачи объекта.

1. Уменьшение габаритов УПД:

за счёт компактности насосов с СДПМ габариты всей УПД уменьшаются. Для застройщика это означает:

• возможность сократить размер технического помещения (насосной/ИТП);
• высвобождение полезного объёма и площади, которые можно перепрофилировать под коммерческие цели (кладовые, парковочные места).

Многоступенчатый насос вертикального исполнения серии Wilo-Helix VE

Например, для высотных зданий, где необходимо подать воду на высоту 250 м с расходом 11–12 м³/ч, при применении УПД с насосами с классическими асинхронными электродвигателями высота самих насосов составит порядка 1530 мм, из которых гидравлическая часть из 38 ступеней — 1015 мм и 415 мм — асинхронный электродвигатель. При применении СДПМ с частотой вращения вала 5200 об/мин высота гидравлической части уменьшится до 633 мм за счёт уменьшения количества ступеней до 17; также высота самого СДПМ будет меньше — 290 мм. В итоге высота насоса сократится до 923 мм, что позволит уменьшить высоту УПД почти на 40 %.

2. Снижение нагрузки на электрическую инфраструктуру здания:

высокий коэффициент мощности cosϕ (близкий к 1,0) и низкие пусковые токи синхронных двигателей с постоянными магнитами позволяют девелоперам:

• оптимизировать параметры вводно-распределительных устройств (ВРУ);
• закладывать в проект кабели меньшего сечения и защитную арматуру меньшего номинала.

Насосы серии Wilo-Helix VE с синхронными двигателями с постоянными магнитами — оптимальный выбор для решения сложных инженерных задач

Если вернуться к примеру выше, то при четырёхнасосной конфигурации такой установки (три основных + один резервный) мощность каждого электродвигателя составит 5,5 кВт. В таком случае для УПД на насосах со стандартными асинхронными электродвигателями в шкафу ВРУ потребуется автомат номиналом 50 А и кабель сечением 16 мм², а если применить насосы с СДПМ, то в шкафу ВРУ потребуется автомат номиналом 40 А и кабель сечением 10 мм².

3. Повышение класса энергоэффективности здания:

применение оборудования класса IE5 напрямую влияет на общий аудит энергоэффективности строящегося объекта. Присвоение зданию высокого класса (A, A+, A++) повышает его статус на рынке, инвестиционную привлекательность и стоимость квадратного метра.

4. Конкурентное маркетинговое преимущество на рынке покупателей недвижимости:

современный покупатель недвижимости оценивает будущие эксплуатационные расходы, например, взносы на общедомовые нужды. Застройщик, оснащающий дома УПД с СДПМ, получает сильный маркетинговый аргумент: снижение затрат жильцов на электроэнергию для общедомового водоснабжения на 25–40 % по сравнению с типовыми решениями других застройщиков.

Таким образом, переход от асинхронного двигателя к СДПМ в насосных установках повышения давления — это обоснованный шаг эволюции инженерных систем. Технологические преимущества СДПМ (высокий КПД, компактность, надёжность) напрямую трансформируются в коммерческую выгоду для застройщика и комфорт для конечного пользователя.

Вместе с тем замена асинхронных электродвигателей на СДПМ в насосных агрегатах УПД требует квалифицированного подхода с точки зрения подключения и настройки работы самих электродвигателей.

При переходе на СДПМ необходимо учитывать следующие нюансы:

1. В отличие от асинхронного двигателя, СДПМ нельзя запустить напрямую от сети. Таким образом, в шкафу автоматики УПД или на самом электродвигателе обязательно должен стоять частотный преобразователь, поддерживающий алгоритмы управления синхронными двигателями (векторное управление PM-моторами).
2. Высокая динамика СДПМ требует точной настройки регулятора давления преобразователя частоты, чтобы предотвратить резкие изменения расхода и давления и снизить риск гидроударов.

На сегодняшний день на рынке инженерного оборудования России и Беларуси компания ООО «ВИЛО РУС» обладает необходимыми компетенциями по производству таких систем. В линейке продукции нашей компании имеются многоступенчатые насосы серии Helix VE, которые оснащаются не просто СДПМ, а СДПМ со встроенным интеллектуальным модулем по принципу All-in-One. В состав данного интеллектуального модуля входит не только частотный преобразователь, но и контроллер с широким выбором различных функций, а управление осуществляется при помощи сенсорного дисплея с простым и понятным интерфейсом. Это решение позволяет убрать шкаф управления из состава насосной установки, сэкономив затраты и дополнительное пространство в техническом помещении.

В то же время интеллектуальный модуль насоса позволяет построить многонасосную систему с широким выбором функций, таких как:

• настройка главного и ведомого (ведомых) насосов, которая позволяет распределить роли в системе, обеспечив её стабильную работу;
• функция дежурного насоса, которая даёт возможность использовать в УПД насосы с меньшим расходом, чем основные насосы, для ещё более высокой энергоэффективности в периоды малого водоразбора;
• синхронный режим работы насосов, который обеспечивает максимальную экономию электроэнергии и ресурса электродвигателей в УПД;
• антикоррозионная функция, которая позволяет обеспечить надёжный запуск насосов после длительного простоя;
• возможность объединения в одну УПД до восьми насосов (шесть основных + два дежурных).

Таким образом, применение насосного оборудования Wilo в проектах жилого и коммерческого строительства закладывает фундамент для создания надёжной, энергоэффективной и экологичной городской среды. Внедрение установок повышения давления с синхронными двигателями — это стратегическое решение, которое снижает риски аварийности инженерных систем, защищает объект от роста тарифов на электроэнергию и задаёт новый премиальный стандарт качества жизни.