Frascold en. frequentieregeling. In deze uitgave. Nummer 2, april frequentieregeling. Introductie. P5 Danfoss Performer scrollcompressoren

Transcriptie

1 Nummer 2, april 2008 In deze uitgave P1 Frascold en frequentieregeling P5 Danfoss Performer scrollcompressoren P6 Rothenberger Romax Expander Compact Frascold en frequentieregeling Introductie Als de grootste energiegebruiker in koeltechnische systemen, is de compressor vaak het eerste component wat kritisch wordt bekeken door de gebruiker om een reductie van het totaal opgenomen vermogen te bewerkstelligen. Om dit te bereiken heeft Frascold al het mogelijke gedaan om de efficiency en C.O.P. van de compressoren te verbeteren door het toepassen van hoogefficiënte elektromotoren, optimalisatie van de afsluiters, van de cilinders om de zogenaamde schadelijke ruimte te beperken, enz. Maar om meer rendement te bereiken in efficiëntie, zijn er fundamentele veranderingen in het compressorgebruik nodig. Het variëren van het toerental van de compressor is vaak het eerste waar aan gedacht wordt. De reden hiervan is dat de maximaal benodigde koelcapaciteit, normaliter, slechts benodigd is bij zeer korte perioden met een hoge warmtebelasting, zoals een aantal extreem warme dagen of een eventueel grote inslag. Een grote efficiëntie kan gewonnen worden door de koelcapaciteit van het systeem te verminderen bij een lagere belasting. Naast energiebesparing, zal het variëren van de capaciteit ook de nauwkeurigheid van de temperatuurregeling verbeteren. In plaats van een eenvoudige aan/uit regeling kan door het toepassen van frequentieregeling de op dat moment benodigde werkelijke capaciteit geleverd worden, door middel van een continue variabel draaien van de compressor, wat ook resulteert in een lager geluidsniveau. Frascold wil als één van de grootste compressorenfabrikanten dan ook al het mogelijke doen om u als gebruiker de beste keuzes te laten maken, energie te besparen en zo ook het milieu te ontlasten. In het kort brengen wij in dit artikel punten onder uw aandacht betreffende de werking en een aantal valkuilen waar u rekening mee moet houden bij het toepassen van frequentieregeling in combinatie met Frascold compressoren.

2 P 2 Waarschuwingen Zuigercompressoren hebben het voordeel boven andere type compressoren dat zij zeer eenvoudig capaciteitsgeregeld kunnen worden, door bijvoorbeeld het afschakelen van cilinders, met het behoud van een hoogrendement. Echter indien het (leiding)systeem niet zorgvuldig is ontworpen, geïnstalleerd en functioneert, kan dit bij zuigercompressoren tot schade leiden. Schade aan compressoren reduceert het betrouwbaarheidsniveau en beschikbaarheid van de koelinstallatie en kan leiden tot grote verliezen in termen van stilstand maar ook aan het verlies van opgeslagen materialen. Realiseert u zich ook dat het reduceren van de draaisnelheid de zuiggasoververhitting verhoogt, welke leidt tot een hogere persgastemperatuur en een lager isentropisch rendement. De gebruiker moet zich bewust zijn dat een verhoging van de persgastemperatuur van 15K of meer verwacht kan worden als de snelheid van de compressor gereduceerd wordt van een frequentie van 50 naar 30Hz. Dit bovenstaande moet goed in ogenschouw genomen worden wanneer men in twijfel staat of er eventueel oliekoeling of vloeistoftusseninspuiting geïnstalleerd moet gaan worden. Wat is een frequentieregeling Het meest voorkomende ontwerp van frequentieregelaars welke hedendaags toegepast worden behoren tot het type van de spanningsbronomvormer. Door middel van een gelijkrichter wordt de AC wisselstroomspanning omgevormd in een DC gelijkstroomspanning. Deze gelijkstroomspanning wordt ook wel tussenkringspanning genoemd. Van deze gelijkstroom- of tussenkringspanning wordt dan weer, gebruikmakend van een pulspatroon, een driefasig frequentiegeregelde spanning gemaakt, door middel van een wisselrichter. De wisselrichter is opgebouwd uit vermogens halfgeleiders I.G.B.T. s (Insulated Gate Bipolar Transistor). Deze I.G.B.T. s zijn als het ware twee zeer snelle schakelaars met slechts twee standen, aan of uit. Het pulspatroon wordt ook wel Puls Breedte Modulatie genoemd en bestaat uit een afwisselende schakeling tussen 0 en de maximale spanning en veroorzaakt daarbij dusdanige pulstreinen dat de motor reageert alsof er een werkelijk sinusvormige driefasig (wissel)spanning wordt aangeboden. Het pulspatroon kan zowel de frequentie als de spanning tegelijkertijd regelen. Het regelen van de spanning is noodzakelijk omdat de impedantie van de motor verandert bij variërende frequenties. Als de spanning niet geregeld zou worden (onder het 50Hz punt), zou dit leiden tot overbekrachtiging en dus sterke opwarming van de motor. AC motoren De karakteristieken van AC wisselstroommotoren verlangen dat het aangeboden voltage proportioneel aangepast wordt wanneer de frequentie veranderd, om zodoende de juiste torsie te leveren. Een voorbeeld: als een motor ontworpen is om te draaien op 460V bij 60Hz, moet het voltage verlaagd worden tot 230V indien de frequentie is gereduceerd tot 30Hz. Dus de evenredigheid van volts per herz moet teruggerekend worden tot een constante waarde (460/60 = 7,67 V/Hz in dit voorbeeld). Bedrijfsomstandigheden met hogere draaisnelheden zijn mogelijk, maar altijd gelimiteerd aan de maximale condities welke niet meer vermogen nodig hebben dan vermeldt op het typeplaatje van de compressor om zogenoemd veldverzwakking te voorkomen. Veldverzwakking vindt plaats als de spanning niet meer evenredig stijgt met de frequentie. Dit heeft tot gevolg dat bij toenemende frequentie het motorkoppel daalt wanneer de motor boven zijn nominaal toerental draait en de motorstroom gelijk is aan de nominale stroom, dit moet voorkomen worden! Mechanische aandachtspunten Eén van de meest voorkomende mechanische problemen bij toepassing van frequentieregelaars zijn kritische trillingen welke veroorzaakt worden door pulsaties in het leidingsysteem, wat kan resulteren in het afscheuren van leidingen en/of verbindingen. Deze pulsaties of drukgolven worden veroorzaakt door veranderende aanstroomsnelheden van het gas en de frequenties van deze pulsaties zijn gerelateerd aan de variabele compressordraaisnelheden. Zij veroorzaken dynamische krachten in het leidingsysteem met name waar er sprake is van een verandering van richting (bochten) of eindkappen en bij verandering van diameter of weerstand (reductie, expansie). Deze drukgolven kunnen forse vibraties en trillingen produceren als het ontwerp van het leidingsysteem niet voldoende gebalanceerd is. Een nauwkeurig ontwerp van het leidingsysteem met aandacht voor het opvangen van deze vibraties en een goede beugeling is dan ook een absoluut vereiste indien een frequentieregelaar wordt toegepast. Elektronische aandachtspunten De huidige versie van de zogenaamde Insulated Gate Bipolar Transistor (I.G.B.T.)-type variabele frequentieregelaars produceren zeer snel opeenvolgende spanningsgolven tot een frequentie van wel 20kHz.

3 Nummer 2, april 2008 P 3 Laagspanning elektromotoren ontwikkeld voor sinusvormige wisselspanningen draaien efficiënter en stiller onder deze condities. Wanneer een I.G.B.T. besturing wordt toegepast moet aandacht worden geschonken aan de geschiktheid van de elektromotor welke aangestuurd gaat worden. De vraag of de isolatieklasse van de elektromotor geschikt is voor toepassing met een I.G.B.T. besturing is afhankelijk van de geproduceerde spanningspulsen (zogenoemde voltage spikes), draagfrequentie en golffront karakteristieken van de frequentieregelaar. De toegepaste isolatieklasse van de elektromotor, windingen, bedrijfstemperaturen en blootstelling aan koudemiddelgassen hebben significante impact op de levensduur van de motorwikkelingen. Ontwikkelingen van sneller schakelende motoren, leiden tot verbeteringen op het gebied van warmteontwikkeling van de wikkelingen, geluidsniveau en het opgenomen vermogen. Frequentieregelaars met I.G.B.T. besturing produceren output golven welke bestaan uit vele steile pulsfronten. Hoewel het geluidsniveau en de draaikarakteristiek van de elektromotor verbeteren als het aantal pulsen vergroot worden, wordt tegelijkertijd het isolatiemateriaal zwaarder belast door de repeterende en steile vorm van het pulsgolven front. Een motorwinding welke blootgesteld wordt aan een sinusvormige spanning van 120 golffronten per seconde zal tegelijkertijd duizenden pulsaties ondervinden van de frequentieregelaar. Het pulspatroon is zeker geen ideale sinusvorm, de hoekige pulsen van een typische frequentie-regeling uitgang hebben een steilheid tussen de 5 en 10 kv/μs welke hoge frequentiestromen veroorzaken in de motorkabel. De spanning tussen de fase en de nul laat een vergelijkbaar steilheid zien als gevolg van zogenaamde parasitaire capacitantie of strooicapaciteit. De omvang en het aantal van deze hoge spanningspieken kunnen gedeeltelijke ontladingen veroorzaken in de windingen welke resulteren in beschadigingen van de toegepaste isolatiematerialen. Danfoss frequentieregeling Frascold en frequentieregeling Elektromotoren van Frascold compressoren functioneren alleen met een sinusvormig signaal. Alle standaard toegepaste 2- en 4-polige elektromotoren zijn van het isolatieklasse B type. Frascold adviseert in het algemeen isolatieklasse F of H bij toepassing van frequentieregelaars, met uitzondering van frequentieregelaars met een laag draagfrequentie (2 of 4kHz) en een lage harmonische verstoring, hier kunnen gewone isolatieklasse B elektromotoren worden toegepast. Afhankelijk van de toegepaste frequentieregelaar zal dus bepaald moeten worden of een compressor met standaard isolatieklasse B kan worden toegepast of dat een hogere isolatieklasse is vereist. Compressoren met elektromotoren in de isolatieklasse F of H kunnen op aanvraag besteld worden. Toepassing van elektromagnetische interferentie filters en RFI filters wordt aanbevolen om te voldoen aan de richtlijnen van de EMI regelgeving. De instelling van de draagfrequentie moet zo laag mogelijk gehouden worden (zie isolatieklasse hierboven) met inachtneming van een acceptabel geluid- en vibratieniveau. Eenvoudig gezegd is het eigenlijk een afweging van het een tegen het ander, een hogere draagfrequentie (schakelen van de I.G.B.T. s) resulteert in een lager geluidsniveau, maar heeft wel een grotere warmteontwikkeling tot gevolg, wat dus weer invloed heeft op de toe te passen isolatieklasse van de elektromotoren. Frascold compressoren welke uitgevoerd zijn met een oliepomp (type V, W en Z) worden standaard geleverd met een elektronische olieverschildruk pressostaat met een vast ingestelde verschildruk van 0,65 bar. Bij ontwerpen met een lagere frequentie dan 50Hz wordt aangeraden deze niet toe te passen, maar hiervoor in de plaats een mechanisch olieverschildruk pressostaat te gebruiken, met een handreset functie, een tijdvertraging van 0 sec. en met een verschildruk ingesteld op 1,5 bar. Frascold zuigercompressoren uitgevoerd in isolatieklasse B of optioneel isolatieklasse F elektromotoren zijn inzetbaar in een range van 30 tot 60Hz. Carel frequentieregeling Frascold schroefcompressoren zijn inzetbaar in een range van 35 tot 70Hz en moeten uitgevoerd zijn in de optionele isolatieklasse F. De frequentieregelaars welke toegepast worden moeten geschikt zijn voor variabele torsie (torsie verschil opstart/vol bedrijf), kwadrant 1 (snelheid en torsie positief), niet regeneratief en zónder rem.

4 P 4 Het zou te ver voeren om bovenstaande nog verder uit te diepen, maar uit ervaring is gebleken dat er zeer goede resultaten behaald kunnen worden met Frascold zuigercompressoren in isolatieklasse B uitvoering in combinatie met Danfoss AKD frequentieregelaars die net als de Carel NXL frequentieregelaars een instelbare draagfrequentie hebben van 1 tot 16kHz. Als de omstandigheden dusdanig zijn dat verwacht wordt dat meer dan 20% van de bedrijfstijd de compressor op 120% gaat draaien, is het verstandiger om een standaard 60Hz compressor toe te passen. Bij het draaien op 120% moet de verdampingsdruk dan gereduceerd worden tot 75/85% van de ontwerpconditie, om 100% vermogen te blijven handhaven. Als verwacht wordt dat meer dan 20% van de bedrijfstijd de compressor werkt op 60% wordt sterk aanbevolen elke 5 minuten (dat de compressor draait op laag toeren), één minuut op vol toeren te draaien om een goede olieretour en smering te garanderen. De op- en afschakeltijd, de zogenaamde ramp-up en ramp-down mag niet meer bedragen dan 1 seconde. De startfrequentie mag niet lager zijn dan de minimum ingestelde draaifrequentie en kan variëren tussen de 30 en 40Hz voor zuigercompressoren. Eenmaal in bedrijf moet bij het op- en aftoeren van de compressoren er rekening mee gehouden worden dat dit niet meer mag bedragen dan 10Hz per minuut, om beschadiging en stress aan lagers, krukassen en zuigerstangen te voorkomen. Het toepassen van een condensordrukregelaar met váste instelwaarde moet afgeraden worden in combinatie met een frequentiegeregelde compressor, aangezien de COP van de compressor dan zal afnemen. Dit wordt veroorzaakt door een verslechtering van het volumetrisch rendement van de compressor bij lage toerentallen en een in verhouding hoger opgenomen vermogen veroorzaakt door de kunstmatig hoog vastgezette condensatiedruk. Veel beter is om een vlottende condensordruk toe te passen wat een positief gevolg heeft voor de C.O.P. Als bovenstaande goed in acht wordt genomen kunt u er verzekerd van zijn dat dit leidt tot een goed ontwerp van uw koelinstallatie en wij verwachten dan ook dat frequentieregeling in combinatie met Frascold compressoren u vele mogelijkheden kan bieden. Wij helpen u graag verder met aanvullende informatie of met het selecteren van de juiste combinaties. Mocht u verder vragen hebben over toepassingen van Danfoss AKD en Carel NXL frequentieregelaars in combinatie met Frascold compressoren dan kunt u contact opnemen met onze technische afdeling. Gert van Vugt

5 Nummer 2, april 2008 P 5 Danfoss Performer scrollcompressoren De ultieme oplossing voor woonhuizen en licht commerciële toepassingen De Danfoss Performer scrollcompressoren, ontworpen voor buitengewone prestaties, geluidsarm en lange levensduur, zijn de stilste, meest betrouwbare en duurzaamste compressoren die verkrijgbaar zijn. Beschikbaar in een volledige serie met capaciteiten van 2,5 tot 30 pk, zijn ze de perfecte keuze voor iedere toepassing en voldoen aan de meest zware eisen in de HVAC&R industrie. De serie van scrollcompressoren ontworpen voor woonhuizen en licht commerciële toepassingen, is geschikt voor R410A, R407C, en R22 van 8.5 kw tot 35 kw en bieden u de meest betrouwbare en duurzame compressoren in de HVAC&R industrie, dankzij de geavanceerde technologie en hoge productkwaliteit. Men mag dus een goede betrouwbaarheid en zeer lange levensduur verwachten, wat het leven van de installateur makkelijker maakt. Geoptimaliseerd voor eenvoudige montage en service De eenvoudige, lichtgewicht en compacte constructie, met dezelfde voetmaat en gelijke positie van de aansluitingen als van de concurrenten, verzekeren eenvoudige montage, service, en toepassing in bestaande systemen door onderstaande kenmerken zoals: - Een simpele (pers)montage techniek. - Geen schroefdraadbevestigingen - 90% van de intern toegepaste bouten zijn vervangen door geperste bevestigingen. - De helft van het aantal lassen en eenderde minder onderdelen in vergelijking met de modellen van de concurrentie. - Een ander uniek voordeel is de gepatenteerde hot oil over protection (HOOP), waardoor een veel snellere reactie van de inwendige motorbeveiliging, dit zorgt voor een laag uitvalspercentage en hoge thermische werkomstandigheden. - Bewezen lange levensduur in vergelijkende testen onder extreme bedrijfscondities, geven de verzekering dat onze compressoren voldoen aan veeleisende HVAC&R toepassingen. Energiebesparing, efficiënt en geluidsarm Een zeer simpele en innovatieve terugslagklep gemonteerd in de vaste scroll, een hoog geoptimaliseerde motor en een adaptieve regeling verzekeren de stilste, zeer efficiënte en energiebesparende oplossingen in de markt door het verlagen van het drukverschil. Elektrische aansluitingen en systeemontwerp aanbevelingen Danfoss Performer scrollcompressors zijn ontwikkelt om te kunnen werken zonder enige hulp, zolang ze binnen de gedefinieerde nominale spanning draaien. Een PSC bedrading met een bedrijfscondensator is voldoende, er is geen noodzaak voor een startrelais en startcondensator in de één fase uitvoering. Bij lagedrukinstellingen, kan bij diep vacuüm bedrijf van een scrollcompressor, inwendige vonkvorming en instabiliteit van de scroll ontstaan. Danfoss Performer scrollcompressoren hebben een hoog volumetrische efficiency en kunnen een vrij diep niveau van vacuüm trekken, waardoor dit probleem zou kunnen worden opgewekt. Coolmark adviseert daarom het gebruik van een Danfoss Saginomiya ACB lage druk (LP) minipressostaat. Voor meer details over de scrollcompressoren serie kunt u contact opnemen met onze technische afdeling. Alex Lagerwerf

6 P 6 Romax Expander Compact Colofon Coolmark introduceert de nieuwe Romax Expander Compact van het fabricaat Rothenberger. Rothenberger is één van de grootste ondernemingen op het gebied van buisbewerkingsgereedschappen en machines van hoge kwaliteit. De gereedschappen van Rothenberger worden door vakbekwame installateurs over de gehele wereld dagelijks gebruikt. De electrohydraulische Expander is voor het optrompen en kalibreren van zachte- en halfharde koperen koelleidingen. Coolmark biedt u de mogelijkheid om deze NIEUWE draadloze Expander tegen ACTIE- PRIJZEN aan te schaffen. Eigenschappen Romax Expander Compact Geen soldeerfittingen meer benodigd Gemakkelijk te hanteren expander Constante axiale duwkracht op optrompkop Geschikt voor de standaard Rothenberger optrompkoppen Veilig voor de gebruiker door de handige noodstopknop Compleet met accu en oplader Oplaadtijd accu minder dan 1 uur Leveringsmogelijkheden Romax Expander Compact in koffer met accu en oplader, zonder optrompkoppen Romax Expander Compact in koffer met accu, oplader en optrompkoppen 3/8, 1/2, 5/8,3/4, 7/8 en 1.1/8. Romax Expander Compact in koffer met accu, oplader en optrompkoppen 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 22 mm en 28 mm Actieprijzen en documentatie worden u op aanvraag toegezonden. Henk de Visser Coolmark BV Zweth 6, 2991 LH Barendrecht Postbus 393, 2990 AJ Barendrecht info@coolmark.nl Algemeen Tel Fax Koudetechniek Tel Fax Technische afdeling koudetechniek Tel Fax Airconditioning Tel Fax Watersystemen Tel Fax Eindredactie Conny van der Klift Coolmark Info verschijnt tweemaandelijks. De volgende uitgave verschijnt in juni Officieel importeur