+7 495 487-27-87
info@frostsystems.ru
Обратный звонок
+7 495 487-27-87
info@frostsystems.ru
  • Главная
    →
  • Блог
    →
  • Частотное регулирование компрессоров холодильных установок

Частотное регулирование компрессоров холодильных установок: принцип, применение и подбор ВЧП

Содержание:
  1. Принцип работы частотного регулирования
  2. Как меняется мощность при изменении частоты
  3. Компрессоры со встроенным инвертором
  4. Внешние преобразователи частоты
  5. Диапазоны частот и ограничения
  6. Требования к мотору и кабелям
  7. Управляющие сигналы и контроллеры
  8. Экономия электроэнергии
  9. Диагностическая таблица
  10. Порядок подбора и установки ВЧП
  11. Типичные ошибки

Принцип работы частотного регулирования

Преобразователь частоты (ВЧП, частотный инвертор) изменяет частоту и напряжение питания асинхронного электродвигателя. Скорость вращения асинхронного двигателя прямо пропорциональна частоте питающего напряжения: при снижении частоты с 50 Гц до 35 Гц двигатель вращается примерно в 0,7 раза медленнее. Производительность объёмного компрессора пропорциональна скорости вращения — масса хладагента, перекачиваемого за единицу времени, снижается аналогично.

ВЧП преобразует трёхфазное напряжение 380 В / 50 Гц сначала в постоянный ток (выпрямитель), затем снова в переменный с заданной частотой (инвертор на IGBT-транзисторах). Регулирование плавное, бесступенчатое — в отличие от разгрузки цилиндров или золотникового регулирования, работающих ступенями.

Как меняется мощность при изменении частоты

Для объёмных компрессоров (поршневых и винтовых) производительность меняется практически линейно со скоростью вращения. Потребляемая мощность снижается быстрее производительности — за счёт уменьшения механических потерь и потерь на клапанах при малых скоростях. При 50% скорости вращения поршневой компрессор потребляет около 35–45% полной мощности, тогда как при разгрузке цилиндров на те же 50% — около 60–65%.

Для центробежных компрессоров (Danfoss Turbocor) действует закон подобия: мощность пропорциональна кубу частоты вращения. При снижении скорости вдвое мощность уменьшается в восемь раз — это принципиальное преимущество центробежных машин при частотном регулировании по сравнению с объёмными.

Компрессоры со встроенным инвертором

Ряд производителей выпускает компрессоры с оптимизированной конструкцией под инверторный привод.
Bitzer ECOLINE Varispeed — линейка поршневых (серия VS) и спиральных компрессоров с мотором и конструктивом, адаптированными под переменную частоту. Диапазон: 25–70 Гц для поршневых, 25–90 Гц для спиральных. Сопряжённый модуль CM-RC-01 (Bitzer IQ Module) обеспечивает мониторинг, управление и защиту — интегрируется с контроллерами через Modbus. Хладагенты: R134a, R404A, R507A, R452A, R448A, R407C, R32.

Copeland Scroll Variable Speed (EZV) — герметичные спиральные компрессоры Copeland с постоянными магнитами (PM-мотор). Для PM-моторов обязательно применять только специализированный инвертор — стандартный ВЧП для асинхронных двигателей не подходит. Управление — через выделенный модуль Emerson или от контроллера по 4–20 мА.

Danfoss VZH с частотным управлением — спиральные компрессоры серии VZH с возможностью частотного привода через внешний ВЧП в диапазоне 30–80 Гц. Danfoss Turbocor (TT/TG) — полностью герметичные центробежные компрессоры с магнитными подшипниками и встроенным частотным преобразователем; управление через Modbus или BACnet.

Внешние преобразователи частоты

Для существующих компрессоров с асинхронными двигателями применяют внешние ВЧП, монтируемые в щите управления.

Danfoss FC102 / FC302 (VLT HVAC Drive / Automation Drive) — наиболее распространены в холодильных применениях в России. FC102 оптимизирован для насосно-вентиляторных нагрузок, FC302 — для компрессоров с высоким пусковым моментом. Поддерживают 4–20 мА, Modbus RTU, интеграцию с контроллерами AK-CC.

Siemens SINAMICS G120/G120C — компактная серия с встроенным STO (Safe Torque Off), применяется в промышленных холодильных системах. ABB ACS880 — для тяжёлых применений, винтовые и поршневые компрессоры большой мощности. Mitsubishi Electric FR-A800 — точная векторная регулировка, поддержка PM-моторов. ОВЕН ПЧВ3 — отечественный вариант для несложных применений с поддержкой контроллеров ОВЕН.

При подборе внешнего ВЧП по мощности применяют коэффициент 1,1–1,25 к номинальной мощности двигателя — с запасом под пиковые пусковые токи и перегрузочные способности компрессора.

Диапазоны частот и ограничения

Рабочий диапазон частот компрессора ограничен снизу и сверху.

Минимальная частота определяется двумя факторами. Первый — давление масляного насоса: у поршневых и винтовых компрессоров с принудительной смазкой давление насоса пропорционально скорости вращения; ниже 25–30 Гц давление масла недостаточно. Второй — охлаждение обмоток: в герметичных компрессорах мотор охлаждается потоком всасываемого хладагента; при очень малой скорости расход газа снижается и мотор перегревается. Типичный минимум для поршневых компрессоров Bitzer ECOLINE — 25 Гц, для винтовых — 30 Гц.

Максимальная частота ограничена механической прочностью: балансировкой ротора, нагрузкой на подшипники, работой клапанов при высокой частоте. Превышение максимума ведёт к росту температуры нагнетания и ускоренному износу. Bitzer ECOLINE Varispeed: максимум 70 Гц для большинства серий.

Резонансные частоты: у некоторых конструкций компрессоров и трубопроводов существуют частоты, при которых возникает резонансная вибрация. В настройках ВЧП задаются «запрещённые зоны» частот (skip frequency), в которых привод не задерживается при разгоне и торможении.

Требования к мотору и кабелям

Мотор должен быть пригоден для работы от ВЧП. Инверторный мотор (inverter-rated) имеет усиленную изоляцию обмоток класса F или H, специальные подшипники с защитой от токов утечки, конструктив под переменную нагрузку в широком диапазоне частот.

Стандартный мотор, не адаптированный для ВЧП, при инверторном питании подвергается импульсам напряжения dV/dt, которые ускоренно разрушают изоляцию обмоток. Для защиты применяют dV/dt-фильтр на выходе ВЧП — обязателен при длине кабеля между ВЧП и мотором более 20–30 м.

Силовой кабель между ВЧП и компрессором — экранированный, с заземлением экрана на обоих концах. Прокладывается отдельно от управляющих кабелей и коммуникационных шин с интервалом не менее 300 мм. Длина кабеля ограничена производителем ВЧП — обычно не более 100–150 м без дополнительных фильтров.

Управляющие сигналы и контроллеры

ВЧП получает управляющий сигнал от холодильного контроллера и изменяет выходную частоту пропорционально.

Распространённые интерфейсы:
  • аналоговый вход 0–10 В или 4–20 мА — наиболее распространён, совместим со всеми холодильными контроллерами
  • Modbus RTU / Modbus TCP — для полного управления и мониторинга параметров ВЧП
  • BACnet — для интеграции в систему диспетчеризации здания
Контроллер управляет частотой по измеряемой переменной: давлению всасывания (наиболее распространено), давлению нагнетания, температуре теплоносителя или температуре в охлаждаемом объёме. Контроллеры Danfoss AK-CC и AK-PC, Carel pRack с модулем частотного управления, Dixell XC640/650 с аналоговым выходом поддерживают ПИД-регулятор с обратной связью по давлению всасывания. Уставка давления всасывания поддерживается с точностью ±0,05–0,1 бар против ±0,3–0,5 бар при ступенчатом регулировании.

Экономия электроэнергии: сравнение с другими методами

Сравнение потребления при 50% производительности:
  • пуск-остановка (on/off): 0% или 100% — среднее ~50%, ударные нагрузки при каждом пуске
  • разгрузка цилиндров / золотник: ~60–65% при 50% производительности
  • цифровое регулирование Copeland Digital: ~50–55%
  • частотное регулирование ВЧП: ~35–45% при 50% производительности
Типичная экономия при переходе с on/off или разгрузки цилиндров на ВЧП составляет 20–35% годового потребления электроэнергии — в зависимости от профиля нагрузки и климатических условий. Максимальный эффект достигается при объектах с переменным тепловыделением: супермаркеты, холодильные склады, чиллеры технологического охлаждения.

Дополнительная экономия — от установки ВЧП на вентиляторы конденсатора: при снижении температуры окружающей среды давление конденсации поддерживается на минимально необходимом уровне, что дополнительно снижает потребление компрессора на 5–15%.

Диагностическая таблица

Порядок подбора и установки ВЧП

  1. Определение параметров мотора. Снимают данные с шильдика компрессора: мощность, ток, напряжение, КПД, коэффициент мощности. Уточняют у производителя компрессора допустимый диапазон частот и минимальную частоту. Для PM-моторов — обязательно согласование с производителем специализированного инвертора.
  2. Подбор ВЧП. Выбирают ВЧП с номинальным током не менее тока мотора с коэффициентом запаса 1,1–1,25. Проверяют тип нагрузки (постоянный момент — CT, квадратичный — VT) — компрессоры требуют типа CT. Проверяют наличие нужных интерфейсов: 4–20 мА, Modbus RTU.
  3. Монтаж ВЧП. Устанавливают в щите управления с соблюдением требований к вентиляции (минимальные зазоры по верхнему и нижнему торцу). Прокладывают экранированный силовой кабель до компрессора отдельно от управляющих кабелей. Устанавливают dV/dt-фильтр при длине кабеля более 20–30 м.
  4. Настройка параметров ВЧП. Вводят данные мотора: мощность, ток, номинальная частота, скорость. Настраивают тип управления (U/f или векторное). Задают минимальную и максимальную частоты согласно документации производителя компрессора. Задают зоны skip frequency при наличии резонансных частот.
  5. Настройка контроллера. В контроллере (Danfoss, Carel, Dixell, Eliwell) настраивают ПИД-параметры регулирования давления всасывания с аналоговым выходом на ВЧП. Задают уставку давления всасывания, диапазон частот 0–10 В или 4–20 мА, уставку минимальной нагрузки.
  6. Первый пуск. Запускают компрессор на минимальной частоте, контролируют ток и давление масла. Постепенно увеличивают до рабочей частоты, наблюдают за давлениями и температурой нагнетания.
  7. Пуско-наладочные работы. При стабилизированном режиме фиксируют рабочие параметры: давление всасывания и нагнетания при разных значениях частоты, ток при полной и частичной нагрузке, температуру нагнетания. Параметры вносят в сервисный журнал как базовые для последующего сравнения.

Типичные ошибки

  • Применяют стандартный ВЧП без проверки совместимости с мотором компрессора. Стандартный асинхронный мотор без инверторного исполнения при питании от ВЧП с длинным кабелем и без dV/dt-фильтра теряет изоляцию обмоток за 1–2 сезона. Проверка класса изоляции и совместимости с ВЧП — обязательный шаг до монтажа.
  • Не задают минимальную частоту по документации компрессора. По умолчанию ВЧП допускает снижение до 0 Гц. Компрессор при этом теряет давление масла и охлаждение обмоток задолго до полной остановки. Правильная уставка минимума — 25–30 Гц для большинства поршневых компрессоров.
  • Прокладывают силовой кабель ВЧП–мотор рядом с сигнальными проводами. Высокочастотные помехи от IGBT-инвертора наводятся на датчики давления, температуры и коммуникационные шины. Контроллер получает ложные сигналы, система работает нестабильно. Разделение кабелей на 300 мм — обязательное требование.
  • Не настраивают зоны skip frequency. Компрессор при прохождении через резонансную частоту трубопровода вибрирует и создаёт акустический дискомфорт — при длительном пребывании в резонансной зоне возможна усталостная трещина в паяном соединении. Идентифицировать резонансную зону просто: плавно изменяют частоту вручную и фиксируют значение, при котором резко нарастает вибрация.
Frostsystems выполняет подбор и установку преобразователей частоты на компрессоры холодильных установок, настройку контроллеров с ПИД-регулированием давления всасывания и пуско-наладочные работы — Москва и Московская область.

Не знаете с чего начать?

Оставьте ваши контактные данные и инженер разберется в вашей проблеме и предложит пути решения.