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
- 2900 min-1 при 50 Hz и
- 3500 min-1 при 60 Hz.
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).
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:
- Кривая напряжения ограничивает и регулирует эл. питание мотора,
- частота коммутации преобразователя частоты регулирует производительность и надежность мотора,
- последовательность пуска и коэффициент усиления напряжения контролируют пуск 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).
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)