Холодопроизводительность и эффективность системы

Механическое регулирование производительности

В средних и крупных системах HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), таких как чиллеры с воздушным охлаждением, распространенным методом регулирования производительности являются контуры с несколькими компрессорами, в которых пускаются/останавливаются несколько компрессоров. Жидкостной контур надлежащего объема обычно обеспечивает демпфирование изменений температуры жидкости, вызванных пуском и остановом отдельных компрессоров. Контроллер системы совместно с различными датчиками температуры жидкости и окружающей среды обеспечивает логику пусков компрессора для поддержания требуемой температуры жидкости.

Компрессор работает с постоянной скоростью, скорость мотора напрямую зависит от частоты сети. Это приводит к следующей номинальной скорости для 2-полюсных асинхронных моторов

Для обеспечения высокой энергоэффективности, высокой точности регулирования температуры жидкости или условий с очень низкой нагрузкой, преобразователи частоты могут иметь преимущество при регулировании производительности.

Регулирование производительности с преобразователем частоты

Средний момент на валу компрессора в основном зависит от условий эксплуатации и свойств хладагента. Таким образом, он остается примерно постоянным в широком диапазоне скорости/частоты. Холодопроизводительность и потребляемая мощность изменяются примерно пропорционально скорости (см. график ниже), холодопроизводительность может плавно адаптироваться посредством регулирования скорости. Ниже приведены допустимые скорости/частоты для компрессоров BITZER (Область применения).

Типовой график холодопроизводительности Q0 в зависимости от частоты питания и частоты вращения компрессоров ORBIT (E..7 серия: макс. 65 Hz)
Типовой график холодопроизводительности Q0 в зависимости от частоты питания и частоты вращения компрессоров ORBIT (E..7 серия: макс. 65 Hz)

Потребление электроэнергии при полной нагрузке несколько выше, чем при работе компрессора напрямую от сети. Это связано с потерями в преобразователе частоты, вызванными потерями в отдельных электронных компонентах для преобразования энергии и охлаждения преобразователя частоты. Другой причиной нагрева мотора и снижения эффективности мотора являются гармоники: чем выше качество преобразователя частоты и чем лучше он сконфигурирован, тем ниже коэффициент гармонических искажений в выходном сигнале.

В работу инвертора вовлечено несколько переменных, влияющих на работу и запуск компрессора:

Однако в целом потери, вызванные преобразователем частоты, обычно компенсируются повышением эффективности системы за счет работы в более эффективном цикле за счет согласования производительности компрессора с требуемой нагрузкой системы. Таким образом, применение инвертора обычно повышает общую эффективность системы в «реальных» условиях.

Характеристика напряжения

Для данных условий работы крутящий момент мотора будет иметь тенденцию быть относительно постоянным независимо от его скорости. Для хорошей эффективности и надежности мотора напряжение должно регулироваться в диапазоне скоростей для достижения постоянного тока (силы тока) при данных условиях. Лучше всего это сделать, установив отношение напряжения, указанного на паспортной табличке, к частоте, указанной на паспортной табличке, и запрограммировав инвертор на поддержание этого соотношения во всем диапазоне скоростей. Это обычно известно как отношение напряжения к частоте (U/f) или Volt-Hertz отношение.

Преобразователь частоты не может подавать напряжение выше входного напряжения (= напряжение питания). Следовательно, напряжение статора не может увеличиваться при более высокой частоте инвертора. Ток намагничивания в главной индуктивности падает, вращающееся поле статора и вращающий момент ослабевают.

Это означает, что при повышении частоты выше синхронной скорости соотношение напряжение-частота U/f падает. Поскольку крутящий момент, требуемый компрессором, остается постоянным, потребление тока мотора будет увеличиваться (см. рисунок ниже). Следовательно, мотор должен иметь достаточный резерв (ток/мощность) на частоте сети. Частота/скорость могут быть увеличены до максимального тока мотора (RMS – среднеквадратичное значение) (см. максимальный рабочий ток на заводской табличке или в Bitzer Software).

Рабочие характеристики компрессора ORBIT (Е..7 серия: макс. 65 Hz) для работы с преобразователем частоты (400 V/3/50 Hz) с резервом. P: макс. потребляемая мощность компрессораM: макс. крутящий момент мотора на валу компрессораI: макс. потребление тока компрессораf: частота (на выходе преобразователя частоты)U: напряжение (на выходе преобразователя частоты)
Рабочие характеристики компрессора ORBIT (Е..7 серия: макс. 65 Hz) для работы с преобразователем частоты (400 V/3/50 Hz) с резервом.
P: макс. потребляемая мощность компрессора
M: макс. крутящий момент мотора на валу компрессора
I: макс. потребление тока компрессора
f: частота (на выходе преобразователя частоты)
U: напряжение (на выходе преобразователя частоты)