Швидкий ріст цін на енергоносії і ресурси привів до того, що їх вартість в сумарних витратах на виробництво стала занадто великою. В результаті перед багатьма підприємствами гостро постала задача зменшення енерго- і ресурсозатратності для випуску продукції, тобто задача енергозбереження. Аналіз витрат енергоресурсів на багатьох підприємствах показує, що вирішення поставленої задачі має два напрямки – організаційно-технічні заходи, направлені на виключення безкорисних витрат енергоресурсів, та введення енергоефективних технологій і енергозберігаючого обладнання, що дозволяє виконувати той же обсяг роботи при менших затратах енергії. Електропривод є основним енергоспоживачем сучасного виробництва. Серед промислових електроприводів переважають електроприводи з асинхронними короткозамкнутими двигунами. Ці електроприводи завдяки своїй простоті, налагодженості та автоматизації виробництва і, завдяки цьому, відносно невисокій вартості, знайшли широке застосування в різних механізмах. Загальновідомими є і їх недоліки – важкий пуск при прямому підключенні до мережі, що супроводжується 6-7 кратним кидком струму, і, як наслідок, невисокій експлуатаційній надійності, та складність регулювання швидкості.

Характерним прикладом використання асинхронних двигунів є насосні станції водопостачання міст, житлових масивів, окремих будинків чи підприємств. В переважній більшості ці електроприводи проектовані ще до появи на ринку відносно дешевих та надійних перетворювачів частоти. Тому використовувались нерегульовані електроприводи, що не дозволяли регулювати подачу води залежно від її споживання шляхом зменшення обертів насосу. Регулювання подачі відбувалося шляхом дроселювання потоку рідини за допомогою засувки.

Засувка регулює тиск в трубопроводі при зміні споживання води, але електропривід працює з постійною швидкістю. Вибрані, виходячи з максимальної продуктивності, ці механізми значний час працюють з меншою подачею, яка визначається зміною споживання води в різний час доби. Також такі системи подачі води створюють значний тиск в трубопроводі, що приводить до витоків води та зносу технологічного обладнання та мереж водопостачання.

         Для того, щоб було зрозуміло, як саме відбувається економія електроенергії, варто розглянути схему роботи насосної станцій. З  резервуара чистої води за допомогою  насосу вода подається у водопровідну мережу. Споживання води впродовж доби ніколи не буває рівномірним. Для прикладу візьмемо водопостачання багатоквартирного будинку. Протягом першої добової чверті – з 12-ої ночі до 6-ої ранку – розбір води мінімальний, його практично немає, тому тиск збільшується, що дає навантаження на мережу. У цей час зазвичай відбувається найбільша кількість проривів.  З 6-ої до 9-ої ранку споживання води різко збільшується і тиск падає. Це година пік, коли люди використовують найбільшу кількість води. З 9-ої до 17-ої години тиск знов підвищується, адже в цей час практично ніхто водою не користується, а ввечері, протягом останньої, четвертої чверті, розбір води знов великий, на відміну від тиску, який знижується.

Встановлення  на насосній станції частотного перетворювача  дозволяє вирівняти тиск у водоводі і тримати його. Це досягається за рахунок регулювання кількості обертів електродвигуна насосного агрегату. Наприклад, його максимальна швидкість складає 1 тис. 475 обертів. Якщо він працює без частотного перетворювача, як більшість насосних агрегатів, його швидкість може бути виключно максимальною. Запустивши цей самий агрегат через частотний перетворювач, його швидкість можна регулювати в рамках необхідних позначок. І, якщо розбір води у мережі низький, електродвигун насосного агрегату може працювати зі швидкістю 1 тис. обертів. Тобто, якщо двигун має паспортну потужність 25 кВт, з якою він і має працювати протягом всього часу експлуатації, частотний перетворювач дозволяє зменшити споживання двигуном енергії до 16,6 кВт, економлячи майже 9 кВт!

Окрім оптимізації тиску, енергозбереження досягається за рахунок плавного запуску та плавної зупинки насосного  агрегату. Коли відбувається моментальний запуск агрегату, пускові струми збільшуються в шість-сім  разів, що спричиняє навантаження на електродвигун. За допомогою перетворювача, ми можемо задати час, за який відбуватиметься запуск. Наприклад, 10 секунд. Тоді частота наростає плавно і вал електродвигуна розкручується поступово.

Також плавний запуск насосного агрегату захищає мережу від гідроударів, вода подається в магістраль поступово  та рівномірно, що сприяє збереженню запірної арматури, зворотних клапанів, дозволяє уникнути поривів та розривів у трубах.

Частотний перетворювач є сучасним універсальним пристроєм, досить простим в експлуатації, до того ж він передбачає захист електродвигуна від перенапруги, обриву фаз та усіх інших факторів, які можуть виникати у процесі експлуатації.

         Насосна станція з частотним перетворенням дозволяє:

• Економити електроенергію, налаштувавши роботу електропривода в залежності від реального водоспоживання (ефект економії 20-50%);
•  Знизити витрата води, за рахунок скорочення витоків при перевищенні тиску в магістралі, коли витрата водоспоживання у дійсності малий (в середньому на 5%);
• Зменшити витрати на профілактичний і капітальний ремонт споруд і устаткування (всієї інфраструктури подачі води), в результаті припинення аварійних ситуацій, викликаних зокрема гідравлічним ударом, який нерідко трапляється у випадку використання нерегульованого електропривода (доведено, що ресурс служби устаткування підвищується мінімум в 1, 5 рази);
• Досягти певної економії тепла в системах гарячого водопостачання за рахунок зниження втрат води, що несе тепло;
• Збільшити напір вище звичайного в разі необхідності;
• Комплексно автоматизувати систему водопостачання, тим самим знижуючи фонд заробітної плати обслуговуючого і чергового персоналу, і виключити вплив «людського фактора» на роботу системи, що теж важливо.

В основному можна виділити 2 типи насосних станцій з керуванням від частотних перетворювачів:

1. Насосна станція з одним насосом і перетворювачем частоти;
2. Частотно-каскадний;

Насосна станція з одним насосом і перетворювачем частоти

Даний тип насосної станції використовується для локального підвищення й підтримки тиску від централізованих систем водопостачання, для водопостачання невеликих підприємств, житлових чи офісних будівель, водопостачання води при краплинному поливі та ін..

Цей тип представляє собою один насос який керується перетворювачем частоти, а також можна передбачити ручне керування чи ввімкнення напряму (без перетворювача частоти). Серед переваг над іншими типами слід відмітити простоту виконання та відносно меншу ціну. Недоліком такого типу насосної станції є її відносно менша (в порівнянні з іншими типами) надійність. Це зумовлено тим, що водопостачання здійснюється одним насосом (у разі поломки, планових перевірок, ремонту насосу водопостачання буде припинено). Тому такий тип слід використовувати там, де тимчасове припинення водопостачання не є критичне.

Частотно-каскадний

Цей тип насосних станцій використовується для водопостачання житлових масивів, потужних підприємств та ін.. Він представляє собою декілька двигунів які керуються за допомогою одного перетворювача частоти (деякі перетворювачі частоти можуть керувати 14-ма насосами). Відбувається це наступним чином (знову ж таки на прикладі багатоквартирного будинку). Протягом першої добової чверті – з 12-ої ночі до 6-ої ранку – розбір води мінімальний, його практично немає, тому тиск підтримується одним насосом. З 6-ої до 9-ої ранку споживання води різко збільшується і тиск падає, коли при неможливості забезпечити одним насосом необхідного тиску, в роботу включається наступний. З 9-ої до 17-ої години тиск знов підвищується, адже в цей час практично ніхто водою не користується, відповідно насос який працював напряму від мережі відмикається. Протягом останньої, четвертої чверті, розбір води знов великий, на відміну від тиску, який знижується, відповідно знову почергово вмикається необхідна кількість двигунів для забезпечення заданого тиску.

При такому типі регулювання також забезпечується рівність мотогодин кожного двигуна. Точність і економічність регулювання визначається кількістю встановлених насосних агрегатів.

Таким чином частотно-каскадний тип керування насосною станцією має достатню надійність, більшу точність та економічність регулювання в порівнянні з насосною станцією з одним двигуном хоча дещо вищу вартість.