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
Änderungen vorbehalten
Subject to change
Toutes modifications réservées
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 60Hz, 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 (±0,5K 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 1K höhere Verdampfungstemperatur erhöht die Anlageneffizienz um bis zu 3%.
KT-420-4 // PDF Download4
Raum- / Flüssigkeitstemperatur:
Zielwert
Sauggasdruck / Sauggastemperatur:
Zielwert
Ein/Aus-Regelung
Ein/Aus-Regelung
gestufte Leistungsregelung
gestufte Leistungsregelung
Regelung mit FU
Regelung mit FU
Zeit
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 /
r
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: 20K
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
• 1450min-1 bei 50Hz bzw.
• 1750min-1 bei 60Hz.
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
0
140
80
40
20
100
60
0 10 20 30 40 50 60
120
f [Hz]
Q0[%]
1 06
0
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..87Hz
• Verdichter 4FE-5.F1 .. 4NE-20.F4 mit
Frequenz 25..87Hz
• Verdichter 4PTE-7.F3K .. 4KTE-10.F4K mit
Frequenz 25..87Hz
Auslegung bei anderen Anschlussspannungen und Netzfrequenzen
Weicht die Netzversorgung von den zuvor definierten Standardbedingungen (400V/3/50Hz) 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
20
140
120
100
80
60
40
p [bar]
C
p [bar]
o
t = 10 K
oh
t [°C]
o
20
15
10
5
0
-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 :
Autres manuels Bitzer Compresseur d'air
Bitzer
Bitzer 2DES-3.F1Y Manuel
Bitzer
Bitzer CSH6553-35Y Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer 4TF Instructions d'utilisation et d'entretien
Bitzer
Bitzer HS.85 series Instructions d'utilisation
Bitzer
Bitzer 2DES-3.F1Y Caractéristiques techniques
Bitzer
Bitzer F400 Caractéristiques techniques
Bitzer
Bitzer 4UFCY Instructions d'utilisation et d'entretien
Bitzer
Bitzer CM-RC-01 Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer CSH Series Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer Orbit 6 Series Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer OS.70 series Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer 2KTE Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer KT-230-2 Manuel
Bitzer
Bitzer ESH7 Series Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer OS.53 series Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer OSK/N7441-EX Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer ECH209Y Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer 4PTEU-6LK Manuel
Bitzer
Bitzer Orbit 6 Series Manuel utilisateur
Bitzer
Bitzer OCTAGON Series Manuel utilisateur
Manuels Compresseur d'air populaires d'autres marques
Campbell Hausfeld
Campbell Hausfeld RP3300 Guide de démarrage rapide
Ingersoll-Rand
Ingersoll-Rand UP6 20 HP Manuel utilisateur
Hitachi
Hitachi EC99S Manuel de l'opérateur
Parkside
Parkside PKO 270 A1 Manuel utilisateur
Sullair
Sullair 185 Manuel utilisateur
Clas Ohlson
Clas Ohlson QIE-ZTH-15 Manuel utilisateur
