Bitzer KT-420-4 Mode d’emploi

KT-420-4

Einsatz von externen Frequenzumrichtern bei Bitzer Hubkolbenverdichtern

Deutsch .................................................................................................................................................... 2

Operation of Bitzer reciprocating compressors with external frequency inverters

English...................................................................................................................................................... 33

Utilisation de convertisseurs de fréquences externes avec des compresseurs à piston Bitzer

Français.................................................................................................................................................... 63

ECOLINE halbhermetische Hubkolbenverdichter

OCTAGON SL CO2-Verdichter subkritisch

ECOLINE ME CO2-Verdichter subkritisch

ECOLINE CO2-Verdichter transkritisch

ECOLINE+ CO2-Verdichter transkritisch (LSPM-Motor)

Offene Hubkolbenverdichter

BITZER Kühlmaschinenbau GmbH

Peter-Schaufler-Platz 1 // 71065 Sindelfingen // Germany

Tel +49 7031 932-0 // Fax +49 7031 932-147

[email protected] // www.bitzer.de

Änderungen vorbehalten // Änderungen vorbehalten // Subject to change // Toutes modifications réservéesSAP-Nr // 04.2020

PDF Download // 04.2020

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KT-420-4 // PDF Download2

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung .............................................................................................................................................................3

2 Sicherheit .............................................................................................................................................................5

3 Betrieb mit Frequenzumrichter ..........................................................................................................................6

3.1 Kälteleistung und Anlageneffizienz................................................................................................................6

3.2 Anwendungsbereiche ....................................................................................................................................7

4 Auswahl..............................................................................................................................................................10

4.1 Auswahl mit der BITZER SOFTWARE ........................................................................................................10

4.2 Verdichtermotoren .......................................................................................................................................16

4.3 Zu beachten bei offenen Verdichtern...........................................................................................................19

4.4 Zu beachten bei Tandem- und 2-stufigen Verdichtern ................................................................................19

5 Geeignete Schutzeinrichtungen ......................................................................................................................19

6 Elektrischer Anschluss.....................................................................................................................................26

6.1 Kabelführung ...............................................................................................................................................27

6.2 Motoranschlüsse an der Stromdurchführungsplatte ....................................................................................27

6.3 Anstieg der Impulsspannung an den Motorklemmen ..................................................................................28

6.4 Sicherheitskette ...........................................................................................................................................29

6.5 Blindstromkompensation .............................................................................................................................29

6.6 Fehlerstromschutzschalter...........................................................................................................................29

6.7 Direktanlauf-Permanentmagnetmotor (LSPM-Motor) ..................................................................................29

7 In Betrieb nehmen .............................................................................................................................................30

7.1 Konfiguration des Frequenzumrichters........................................................................................................30

7.2 Schalthäufigkeit und Mindestlaufzeiten .......................................................................................................32

8 Dokument als PDF.............................................................................................................................................32

KT-420-4 // PDF Download 3

1 Einleitung

Mit Frequenzumrichtern kann die Kälteleistung des Verdichters durch Drehzahlregelung stufenlos an den Kältebe-

darf der Anlage angepasst werden. Die folgende Beschreibung erläutert Auslegung, Betrieb, Anwendungsbereiche

und Besonderheiten von

• BITZER Hubkolbenverdichtern

• in Kombination mit externen, separat montierten Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung, z.B. dem

BITZER VARIPACK.

Alle BITZER Hubkolbenverdichter sind konstruktiv für einen Betrieb ober- und unterhalb der Netzfrequenz ausge-

legt und können damit über ein besonders breites Leistungsspektrum betrieben werden.

Vorteile des Betriebs mit Frequenzumrichter (FU):

• höhere Anlageneffizienz insbesondere bei Teillast

• genauere Temperaturführung möglich

• exakte Medienvorlauftemperatur bei kritischen Prozesskühlungen und Wärmepumpen

• höhere effektive Verdampfungstemperaturen, dadurch geringere Austrocknung unverpackter Lebensmittel und

Rohstoffe in Kühlräumen sowie geringere Vereisung am Verdampfer

• weniger Verdichteranläufe

• geringere Belastung des Motors und des Stromnetzes durch integrierten Sanftanlauf: Anlaufstrom geringer als

bei Direktanlauf, Sanftanlauf, Stern-Dreieck- oder Teilwicklungsanlauf

• höhere Kälteleistung durch Betrieb oberhalb der Netzfrequenz in vielen Fällen möglich (erlaubt Einsatz eines

Verdichters mit geringerem Fördervolumen bei Netzfrequenz 50 oder 60Hz, ggf. niedrigere Kosten pro kW Käl-

teleistung)

Die Abbildung unten zeigt die geringeren Temperaturschwankungen bei Regelung mit Frequenzumrichter:

• Ein/Aus-Regelung, linkes Drittel: große Temperaturschwankungen, relativ niedrige mittlere effektive Verdamp-

fungstemperatur (dünne gepunktete Linie)

• Gestufte mechanische Regelung, mittleres Drittel: reduzierte Temperaturschwankungen durch schnellere Rege-

lung, höhere mittlere effektive Verdampfungstemperatur und dadurch höhere Effizienz

• Regelung mit Frequenzumrichter, rechtes Drittel: sehr gleichmäßige Raumtemperatur bzw. Mediumvorlauftem-

peratur (±0,5K möglich) durch stufenlose Regelung, höhere mittlere effektive Verdampfungstemperatur und da-

durch höhere Effizienz sowie z.B. geringere Entfeuchtung unverpackter Lebensmittel und Rohstoffe

Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters lässt sich die mittlere Verdampfungstemperatur z.B. von -7 auf

-4,5°C steigern. Eine um 1K höhere Verdampfungstemperatur erhöht die Anlageneffizienz um bis zu 3%.

KT-420-4 // PDF Download4

Raum- / Flüssigkeitstemperatur:

Zielwert

Sauggasdruck / Sauggastemperatur:

Zielwert

Ein/Aus-Regelung

gestufte Leistungsregelung

Regelung mit FU

Zeit

Abb.1: Leistungsregelung mit Frequenzumrichter (FU) im Vergleich zur Ein/Aus- und gestuften mechanischen Leistungsregelung

Die Kälteleistung in Abhängigkeit von der Last ist in der folgenden Grafik dargestellt. Der Frequenzumrichter ist v.a.

bei Teillast-Betrieb im Vorteil.

0 20 40 60 80 100%

COP /

EER

Abb.2: Vergleich der Regelcharakteristik eines Hubkolbenverdichters Typ 6JE mit CR-Regelung vs. Frequenzumrichter (FU): Leistungszahl

COPr/EER (Verhältnis Kälteleistung zu aufgenommener Leistung) in Abhängigkeit von der Last.

KT-420-4 // PDF Download 5

Gepunktete Kurve: CR-Regelung.

Durchgezogene Kurve: Regelung mit FU.

Betriebsbedingungen: R449A, t0: -10°C / tC: 45°C / Δtoh: 20K

Bei der CR-Regelung liegt das Optimum immer bei 100%, bei FU-Betrieb liegt es im Teillastbereich und lässt sich durch Auslegung des Ver-

dichters und des Regelbereiches verschieben. Durch den Zielkonflikt zwischen hohem Volllast-COPr/EER und hoher Teillasteffizienz ist bei der

Auslegung ein Kompromiss erforderlich.

Zusätzlich folgende technische Dokumente beachten

KB-104

: Betriebsanleitung Halbhermetische Hubkolbenverdichter BITZER ECOLINE und ECOLINE VARISPEED

KB-120

: Betriebsanleitung Halbhermetische Hubkolbenverdichter für subkritische CO2-Anwendungen

KB-130

: Betriebsanleitung Halbhermetische Hubkolbenverdichter für transkritische CO2-Anwendungen

KB-150

: Betriebsanleitung Hubkolbenverdichter – Ergänzung "2-stufig"

KB-520

: Betriebsanleitung Offene Hubkolbenverdichter

CB-100

: Betriebsanleitung VARIPACK – externe BITZER Frequenzumrichter

2 Sicherheit

Restgefahren

Von Verdichtern, elektronischem Zubehör und weiteren Bauteilen können unvermeidbare Restgefahren ausgehen.

Jede Person, die an einem Gerät arbeitet, muss deshalb die dazugehörige Betriebsanleitung sorgfältig lesen! Es

gelten zwingend

• die einschlägigen Sicherheitsvorschriften und Normen,

• die allgemein anerkannten Sicherheitsregeln,

• die EU-Richtlinien,

• nationale Vorschriften und Sicherheitsnormen.

Beispielnormen: EN378, EN60204, EN60335, EN ISO14120, ISO5149, IEC60204, IEC60335, ASHRAE 15, NEC,

UL-Normen.

Autorisiertes Fachpersonal

Sämtliche Arbeiten an Verdichtern, Kälteanlagen und deren elektronischem Zubehör dürfen nur von Fachpersonal

ausgeführt werden, das in allen Arbeiten ausgebildet und unterwiesen wurde. Für die Qualifikation und Sachkunde

des Fachpersonals gelten die jeweils landesüblichen Vorschriften und Richtlinien.

Sicherheitshinweise

Sicherheitshinweise sind Anweisungen, um Gefährdungen zu vermeiden. Sicherheitshinweise genauestens einhal-

ten!

HINWEIS

Sicherheitshinweis um eine Situation zu vermeiden, die die Beschädigung eines Geräts oder dessen Aus-

rüstung zur Folge haben könnte.

VORSICHT

Sicherheitshinweis um eine potentiell gefährliche Situation zu vermeiden, die eine geringfügige oder mäßige

Verletzung zur Folge haben könnte.

KT-420-4 // PDF Download6

WARNUNG

Sicherheitshinweis um eine potentiell gefährliche Situation zu vermeiden, die den Tod oder eine schwere

Verletzung zur Folge haben könnte.

GEFAHR

Sicherheitshinweis um eine unmittelbar gefährliche Situation zu vermeiden, die den Tod oder eine schwere

Verletzung zur Folge hat.

Zusätzlich zu den in diesem Dokument aufgeführten Sicherheitshinweisen unbedingt auch die Hinweise und Rest-

gefahren in den jeweiligen Betriebsanleitungen beachten!

3 Betrieb mit Frequenzumrichter

3.1 Kälteleistung und Anlageneffizienz

Mechanische Leistungsregelung

Die Kälteleistung eines Hubkolbenverdichters kann mechanisch an den Kältebedarf der Anlage angepasst werden,

z.B. durch:

• Absperren des Saugkanals

• Absperren des saugseitigen Gasflusses zu einzelnen Zylinderbänken

• in Verbundanlagen auch (zusätzlich) durch Ein- und Ausschalten einzelner Verdichter

Der Verdichter wird bei konstanter Drehzahl betrieben, die Drehzahl des Motors korreliert direkt mit der Netzfre-

quenz. Daraus resultieren für 4-polige Asynchronmotoren Nenndrehzahlen von

• 1450min-1 bei 50Hz bzw.

• 1750min-1 bei 60Hz.

Leistungsregelung mit Frequenzumrichter

Das durchschnittliche Drehmoment an der Verdichterwelle hängt v.a. von den Betriebsbedingungen und dem Käl-

temittel ab und bleibt daher über einen breiten Drehzahl-/Frequenzbereich annähernd konstant. Kälteleistung und

Leistungsaufnahme variieren deshalb annähernd proportional zur Drehzahl (siehe Abb. unten), die Kälteleistung

kann mithilfe der Drehzahl stufenlos angepasst werden. Die zulässigen Drehzahlen für BITZER Verdichter sind un-

ten dokumentiert (Drehzahl- und Frequenzbereiche von BITZER Hubkolbenverdichtern).

KT-420-4 // PDF Download 7

140

100

0 10 20 30 40 50 60

120

f [Hz]

Q0[%]

1 06

0250 850

550 1450 2050 n [min-1]

1150 1750 2350

70 80

Abb.3: Typischer Verlauf der Kälteleistung Q0 in Abhängigkeit von Drehzahl und Frequenz bei Hubkolbenverdichtern

HINWEIS

Gefahr von Verdichterschaden und Motorausfall!

Betrieb mit Frequenzumrichter nicht mit mechanischer Leistungsregelung des Verdichters kombinieren! Auf-

grund des stark verringerten Kältemittel-Massenstroms wäre speziell bei niedrigen Drehzahlen eine ausrei-

chende Motorkühlung nicht sichergestellt.

Die elektrische Leistungsaufnahme bei Volllast ist geringfügig höher als bei Betrieb des Verdichters direkt am Netz.

Dies ist auf Verluste im Frequenzumrichter zurückzuführen - verursacht durch die Verluste einzelner elektronischer

Komponenten zur Leistungsumwandlung und zur Kühlung des Frequenzumrichters. Eine weitere Quelle für die Er-

wärmung des Motors und den reduzierten Motorwirkungsgrad sind Oberwellen: Je höher die Qualität des Frequen-

zumrichters und je besser er konfiguriert ist, desto geringer ist der Oberwellenanteil im Ausgangssignal.

Verschiedene Variablen im Umrichterbetrieb beeinflussen Betrieb und Anlauf des Verdichters:

• Der Spannungsverlauf begrenzt und regelt die Stromversorgung des Motors,

• die Schaltfrequenz des Stromrichters im Frequenzumrichter regelt Leistung und Zuverlässigkeit des Motors,

• die Anlaufsequenz und Spannungsverstärkung regeln den Anlauf des Verdichters.

Im Allgemeinen werden jedoch die Verluste durch den Frequenzumrichter normalerweise ausgeglichen durch Ge-

winne bei der Anlageneffizienz, indem man durch Anpassung der Verdichterleistung an die Anforderungen der An-

lage einen effizienteren Zyklus nutzt. Umrichteranwendungen erhöhen daher normalerweise die Gesamteffizienz

der Anlage unter "realen" Bedingungen.

Damit der Motor bei variabler Drehzahl immer an seinem Nennbetriebspunkt läuft, wählt man am Frequenzumrich-

ter einen Regelmodus mit konstantem Spannungs-Frequenz-Verhältnis (U/f).

3.2 Anwendungsbereiche

Für einen sicheren Betrieb des Verdichters mit Frequenzumrichter unbedingt folgende Begrenzungsfaktoren be-

rücksichtigen:

• minimale und maximale Frequenz (s. unten)

• maximale Motortemperatur

• maximale Druckgas- oder Öltemperatur und/oder Druckdifferenz (pC–pO)

• maximalen und minimalen Hochdruck

• maximalen Betriebsstrom des Verdichters

KT-420-4 // PDF Download8

• maximale Verdampfungstemperatur

• minimale Druckdifferenz (pC–pO)

• minimalen Saugdruck – dieser sollte vorzugsweise leicht über dem atmosphärischen Druck liegen.

• ausreichende Zusatzkühlung

Diese Begrenzungsfaktoren definieren die Einsatzgrenzen für einen sicheren Betrieb. Sie können jedoch in Abhän-

gigkeit von Frequenzbereichen und Betriebsbedingungen variieren.

Drehzahl- und Frequenzbereiche

Verdichter Frequenzbereich [Hz] Drehzahlbereich [min-1] Standardmotor

Halbhermetische Hubkolbenverdichter

ECOLINE

2KES..2FES 30 .. 70 900 .. 2050 40S

2EES..2CES 30 .. 70 900 .. 2050 40S

4FES..4BES 25 .. 70 750 .. 2050 40S

4VES..4NES 25 .. 70 750 .. 2050 40P

4VE..4NE 25 .. 70 750 .. 2050 40P

4JE..4FE 25 .. 70 750 .. 2050 40P

6JE..6FE 25 .. 70 750 .. 2050 40P

OCTAGON SL subkritisch

2NSL..2FSL 30 .. 75 900 .. 2200 40S

2ESL..2CSL 30 .. 75 900 .. 2200 40S

4FSL..4CSL 25 .. 70 750 .. 2050 40S

4VSL..4NSL 25 .. 70 750 .. 2050 40P

ECOLINE ME subkritisch

2MME..2FME 30 .. 75 900 .. 2200 40S

2EME..2DME 30 .. 75 900 .. 2200 40S

6TME..6PME 25 .. 70 750 .. 2050 40P

ECOLINE transkritisch

2MTE..2KTE 30 .. 75 900 .. 2200 40S

4PTE..4KTE 25 .. 70 750 .. 2050 40S

4JTE..4CTE 25 .. 70 750 .. 2050 40P

6FTE..6CTE 25 .. 70 750 .. 2050 40P

ECOLINE+ transkritisch (LSPM)

4PTEU..4KTEU 25 .. 70 750 .. 2100 40S

4JTEU..4CTEU 25 .. 70 750 .. 2100 40S

6FTEU..6CTEU 25 .. 70 750 .. 2100 40S

Offene Hubkolbenverdichter

2T.2..4G.2

W2TA .. W4GA

750 .. 1750 (externer Motor)

6H.2..6F.2

W6HA..W6FA

900 .. 1750 (externer Motor)

2TFR..2NFR auf Anfrage (externer Motor)

KT-420-4 // PDF Download 9

Verdichter Frequenzbereich [Hz] Drehzahlbereich [min-1] Standardmotor

4UFC..6NFC auf Anfrage (externer Motor)

Tab.1: Zulässige Drehzahl- und Frequenzbereiche von BITZER Hubkolbenverdichtern mit externen Frequenzumrichtern und Standardmotoren

(zusätzlich die Einsatzgrenzen und maximale Stromaufnahme des Motors beachten)

Mit dem VARISPEED bietet Bitzer eine eigene Verdichterserie mit integriertem Frequenzumrichter an, bei der Ver-

dichter und Frequenzumrichter bereits aufeinander abgestimmt sind (siehe Betriebsanleitung

KB-104

, Technische

Informationen

KT-210

und

KT-220

• Verdichter 2DES-3.F1 mit

Frequenz 30..87Hz

• Verdichter 4FE-5.F1 .. 4NE-20.F4 mit

Frequenz 25..87Hz

• Verdichter 4PTE-7.F3K .. 4KTE-10.F4K mit

Frequenz 25..87Hz

Auslegung bei anderen Anschlussspannungen und Netzfrequenzen

Weicht die Netzversorgung von den zuvor definierten Standardbedingungen (400V/3/50Hz) ab, sind ggf. Sonder-

spannungsmotoren und eine angepasste Auslegung des Frequenzumrichters erforderlich (Sonderspannungsmoto-

ren). Weitere Informationen auf Anfrage.

Einsatzgrenzen

Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft Einsatzgrenzen eines Hubkolbenverdichters für unterschiedliche Fre-

quenzen und wie sie sich mit der Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur verändern. Konkrete Einsatzgren-

zen für die jeweiligen Verdichter, Motoren und Kältemittel sind in der BITZER SOFTWARE aufgeführt.

10 6050403020

140

120

100

p [bar]

t = 10 K

t [°C]

-10

-20

-30

50 Hz

60 Hz

70 Hz

Abb.4: Beispiel für Einsatzgrenzen von Hubkolbenverdichter 4MTE-10 mit Kältemittel R744 (CO2) und Frequenzumrichter bei 50, 60 und 70 Hz

(Beschränkungen durch die Motortemperatur oder maximale Stromstärke). Der Verdichter darf nur im Bereich unterhalb der Frequenzlinien be-

trieben werden (ggf. größeren Frequenzumrichter wählen).

to: Verdampfungstemperatur, tc: Verflüssigungstemperatur, Δtoh: Sauggasüberhitzung

Dunkelgraue Fläche: Betriebsparameter beachten.

Schwingungen

Schwingungen des Verdichters und Druckpulsationen sind üblicherweise sehr gering. Sie können jedoch Reso-

nanzfrequenzen in Rohren und Wärmeübertragern hervorrufen (d.h. die Eigenfrequenz der Anlage treffen), die zu

Schall, Vibrationen und möglicherweise zu Rohrleitungsermüdung und Undichtigkeit führen. Mögliche Quellen von

Vibrationen sind:

KT-420-4 // PDF Download10

• Gaspulsationen in der Druckgasleitung

• Drehmomentschwankungen, die auf die Verdichterbefestigung oder die Flanschverbindungen der Leitungen wir-

ken

• Resonanzen in der Economiser-Leitung (bei Schrauben- und Scrollverdichtern)

Die Frequenz dieser Schwingungen steht in Zusammenhang mit der Betriebsfrequenz des Verdichters, die sich in

einem breiten Bereich bewegen kann. Verglichen mit Anlagen mit fester Drehzahl (ohne Frequenzumrichter) ver-

schärft sich dies in frequenzgeregelten Anlagen: Selbst wenn die Rohrleitungen bei einer bestimmten Drehzahl

ausreichend sind, kann dies bei anderen Drehzahlen nicht der Fall sein. Aus diesem Grund müssen die Rohrlei-

tungsschwingungen im gesamten Drehzahlbereich sowohl bei der Anlagenplanung als auch bei der Inbetriebnah-

me jeder einzelnen Anlage geprüft werden (

siehe Seite 31

4 Auswahl

4.1 Auswahl mit der BITZER SOFTWARE

Information

In der Bitzer Software ist eine Auslegung mit externem Frequenzumrichter bisher nur für halbhermetische

Verdichter möglich.

Schritt 1: Verdichter wählen

Zunächst Kältemittel, Kälteleistung und Betriebspunkte sowie "Externer FU" wählen. Anschließend Berechnung

starten durch Klick auf die Schaltfläche . Die Software bietet dann zwei geeignete Verdichter im Bereich der

maximalen Betriebsfrequenz an, jeweils mit ihrem Standardmotor (Drehzahl- und Frequenzbereiche). Wird einer

dieser Verdichter ausgewählt, gibt die Software Frequenz, Kälteleistung und Stromaufnahme (Spannung) aus:

Table des matières

Langues :

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Bitzer 2MTE-4K Manuel utilisateur

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Bitzer HSK85 Manuel utilisateur

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Bitzer ACP8551K-2 Manuel utilisateur

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Bitzer SW-110-1 Instructions d'utilisation et d'entretien

Bitzer

Bitzer 4FE-5.F1Y Manuel

Bitzer

Bitzer KT-230-2 Manuel

Bitzer

Bitzer 4UFCY Instructions d'utilisation et d'entretien

Bitzer

Bitzer CSH Series Manuel utilisateur

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Bitzer HS.85 series Manuel utilisateur

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Bitzer CSH 65 Series Manuel utilisateur

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Bitzer VSK31 Series Manuel utilisateur

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Bitzer OCTAGON Series Manuel utilisateur

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Bitzer F400 Caractéristiques techniques

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Bitzer 4TF Instructions d'utilisation et d'entretien

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Bitzer HS.64 series Manuel utilisateur

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Bitzer ECH209Y Manuel utilisateur

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