Varvtalsreglera scrollkompressor i bergvärmepump?

[Hedis]

Är det någon här som vet hur det skulle fungera att varvtalsreglera en större scrollkompressor i en bergvärmepump?
Kompressorn är en Copeland ZR28K3E-TFD-522 som i normala fall styrs med "on/off"-princip.

Jag klämde in frågan i en köp/sälj-tråd och Henry kom med påpekandet att framförallt oljesmörjningen bör säkerställas hur den fungerar vid lägre varvtal. Någon här som är insatt i detta?

[TomasL]

Du kan sannolikt inte köra lägre än säg 40-45 Hz, vilket gör det hela tämligen meningslöst.
hade det varit en D-Kopplad 230V motor i den, hade det varit en annan femma, då hade du sannolikt kunnat köra den upp till 80-85 Hz, eller mer.
Detta generellt sett, helt beroende på kompressor osv, man får fråga Copeland hur högt och lågt i frekvens man kan köra dem.
Rent generellt när det gäller kompressorer speciellt helhermetiska så är det kinkigt att köra dem vid låga frekvenser, om de inte är speciellt konstruerade för detta.

Då det är en 400V motor i den, så är max-frekvensen på sin höjd 60 Hz, vilket ger dig ett reglerområde om+/- 20% på sin höjd, inte värt jobbet, faktiskt.

[Hedis]

Tack så mycket för svaret, även om jag hade hoppats på att det bara var att köra på.
Jag var främst ute efter att kunna minska frekvensen för att sänka effekten på pumpen då jag har en ganska liten tank att jobba emot och på det sättet kunna minska antalet stopp/starter.
Med de små justerutrymmena du nämnder så är det ju som du skriver ingen idé.

Men vanliga tex. 3-fas fläkmotorer är väl även dom Y-kopplade, och dessa fungerar ju fint att styra typ 5-80Hz? (minns inte riktigt värdena vi satte upp, men har gjort detta på in och avluftsfläktar i ett motorbromsrum) Men det kanske blir något annat i en sådan här tillämpning där belastningen på motorn är en helt annan?

Jag har mailat till Emerson som verkar vara det företag som Copeland drivs under i nuläget, men enda kontaktvägen in var ett "Contact us" formulär på sidan vilket kan vara ganska döfött.
Edit: Hittade en annan mailadress på deras sida, får prova den också.

[TomasL]

Sannolikt rätt döfött.
När det gäller scrollar, så går de inte ner i frekvens så mycket, däremot med rätt motortyp kan man köra dem rätt fort.
De maskiner vi kör, förvisso halvhermetriska kolvar, kör vi mellan 25 och 80 Hz. (en del dock bara upp i 70 Hz, beroende på kompressorkonstruktion).
Men då är elmotorerna i kompressorerna avsedda för detta, bl.a. då 230V motorer, vilket är en nödvändighet, eftersom spänningen måste höjjas när frekvensen ökar, typ 50Hz vid 230V (det motorn är byggd för) och 87 Hz vid 400V.

[Jan Almqvist]

Dum fråga:

Många vanliga luft/luftvärmepumpar har ju också scroll-kompressorer och dessa kan väl köras ganska sakta. Jag uppskattar att start och stopp sker runt 5-10 Hz på de 4 pumpar av olika fabrikat jag haft. På vilket sätt är kompressorn till en bergvärmepump annorlunda?

[TomasL]

Nja, de flesta luft/luftvärmepumpar har faktiskt rotationskompressorer (eng Rotating Vane), vilka funkar på annorlunda sätt.
När det gäller just scrollarna är problemet, såsom jag fattat det att spiralen måste komma upp i ett visst varvtal för att funka korrekt, samt naturligtvis detta med oljeförsörjningen (vilket alltid kan vara ett problem, om inte kompressorn är speciellt konstruerad för det, detta gäller naturligtvis oavsett kompressortyp).

[xxargs]

scrollen läcker i högre takt och för att den skall vara i samma klass och bättre än många av alternativen (kolvkompressor, rotaty-kompressor) så måste den ha en viss minimum i gasflöde, precis som att gasturbiner måste ha ännu större flöden för att läckttakten skall vara på låg procentandel på den totala flödet.

Det som läcker tillbaka från högtrycksidan till lågtrycksidan via läckage i kompresson (men även som flash-gas i kapillär eller TXV (i brist på köldmedie) är en väldigt 'dyr' förlust och drar ned den isentropiska verkninsgraden och därmed COP mycket även vid relaivt små belopp

Det är därför man aldrig ser en scroll i en kylskåp medans lösning med kolvkompressor är standard i allra flesta fallen just för att den läcker väldigt lite i tex. kolven medans maskiner med krav på stor kapacitet så blir kolvkompressor för dyr lösning och där scroll och i väldigt stora kapacitetsbehov, turbinkompressor blir starka alternativ.

I grunden är det en 'geometriproblem' att (pump)volymen ökar i kubik när (läckage)ytan bara ökar i kvadrat när det växer i storlek och motsvarande verkan när man förminskar tex. kompressor - pumpade volymen minskar kubiskt medans läckaget bara minska med kvadraten... därför är det så svårt att göra små saker effektiva och med hög verkningsgrad, från elmotorer till kompressorer... och i naturen ser man det tex. genom att en elefant behöver väldigt mycket mindre mat per kg kroppsvikt än vad en mus förbrukar...

[sonnyboy]

Sätt större differens på start och stop tempen så kanske du får ner antalet start & stop. Vad har du för värmepump?

[Hedis]

Det är enbart pumpmodulen (kompressor samt dom två värmeväxlarna) från en CTC Ecoheat 6kW ifrån 2000. Den har haft gasläck och byttes ut under sitt första levnadsår av försäkringsbolaget. Läckan är hittat och ska lödas om.

Jag var bara tvungen att leka lite, så omriktare är köpt av DAP här på forumet och bör snart komma med Schenker. Sen ska jag jaga tag på cirkulationspump till den då den saknas för brine-kretsen. Sen den lilla detaljen att det ska borras ett 200m hål rätt ner i marken också.

Tanken är att docka den mot min IVT 490 som står för både värmevatten och varmvatten i huset i dagsläget. (därav den lilla vattenvolymen)

Emerson svarade angående varvtalsreglering av kompressorn och skrev det att 45-65hz ska gå fint.
Läser man lite på värmepumpsforumet.se så finns det någon som kör lillebror till den kompressorn jag har mellan 35-70hz och har gjort i flera år utan problem, så det får nog bli att testa lite och se hur det kan fungera.

Frågor som finns är väl om man ska köra med R407 som den är designad för eller om man ska prova någon annan soppa.

Att göra ett uppvarvande lite då och då för att driva tillbaka oljan till kompressorn verkar vara en bra idé, frågan är hur ofta som kan vara lämpligt?

Styrningen blir nog baserad på en STM32 och troligtvis en hög med 1wire tempgivare.
Det här ska bli spännande....

[xxargs]

Om kompressorn är D-kopplad för 400 V matning så måste omriktaren kunna ge högre spänning än 400 Volt om du kör mycket över 50 Hz.

Det är för att strömmen (den reaktiva delen av den skenbara effekten närmare bestämt - och den är närmast konstant oberoende av lastgraden) genom motorlindningarna skall vara samma som vid 50 Hz drift och därmed magnetfältet genom rotorn på samma nivå. Minskar magnetfältet genom rotorn för att man kör högre frekvens utan att kompensera med högre spänning så börja rotorn slira mer - avger mer värme och rotorn hettas upp och det kan lätt bli en 'run away' effekt med bränd motor som slutresultat om motorn arbetar nära fullastad momentmässigt samtidigt.

Kan inte omriktaren ge högre spänning än inkommande 400V så får du titta på motors datablad för lägsta driftspänning för kontinuerlig drift vid full last och säg om den är 370 Volt och då med 400/370V ger att du kan vara 1.08 ggr över 50 Hz om du kan hålla 400 Volt över lindningarna - dvs. max 54 Hz...

Om man vill leka lite till så kan man teoretiskt varva mer om motorn går lätt lastad rent momentmässigt, men då måste man veta lastgraden på något sätt och många frekvensomformare kan rapportera VA, VAr och Watt, men det säkraste är att kunna mäta hur mycket motorn slirar med vetskap av aktuell frekvens och via akustisk detektor mäter och räkna ut den mekaniska varvtalet och se till att skillnaden inte är större än vad kompressorn har när den går med full last/momentuttag - vanliga elmotorer brukar ange 2800 rpm vid märklast vilket innebär att rotorn släpar med 3.3 varv per sekund (2-pols motor) gentemot använda nätfrekvens och det är den skillnadsfrekvensen man skall få fatt på och aldrig överstiga om man leker med frekvensomriktare över större varvtalsområde över 50 Hz men inte kan höja spänningen över inkommande nätspänning.

varför det är viktigt att hålla koll på rotorns slirning (slip) beror på att det är den delen i en elmotor som har svårast att göra sig av med värme och den inre uppvärmningen ökar mer eller mindre linjärt med antalet Hz den slirar med - dvs. om den slirar med 6.6 Hz så är den inre uppvärmningen dubbelt så hög som när den slirar med 3.3 Hz som ofta är den normala max-frekvensen och i balans med kylförmågan mot omgivningen.

kylkompressorer som har aktiv kylning med genomflödande kall gas så kan tillverkaren ofta tillåta högre lastgrad (och högre slirning på rotorn) för mer kompakta motorer i kompressorn (högre cos(fi) än 0.7), men då blir det att titta i databladen, räkna på järn och kopparförluster om man skall köra utanför tillverkarens frekvensområde och spänningsområde...





om motorn är Y-kopplade med 230V lindningar och med utdragen Noll-ledare och frekvensomriktaren kan arbeta i Y-koppling med upp till 400 Volt per fas, så har man betydligt större möjligheter att kunna varva upp i frekvens - under förutsättning att kompressorn tål detta.

[TomasL]

Du behöver ingen utdragen nolla, för detta, men det viktiga om man skall köra på höga frekvenser, dvs över 55-60 Hz är att man kör den D-kopplad, och omriktaren lämnar 230V vid 50 Hz. och 400V vid 80-87 Hz.

[xxargs]

hmm, om kompressorn körs 3-fas i Sverige så är det antingen en D-kopplad kompressorn med 400V lindningar eller en Y-kopplad kompressor med 230V lindningar

en standard större 3-fasmotor är idag 690/400V motor - man startar i Y-läge med lindningarna i 690V-koppling för lägre startströmmar och sedan går över till 400V D-koppling för drift.

skall man köra 400 Volt på 230V lindningarna på en Y-kopplad kompressor för att man kör mycket övervarv så behöver man komma åt nollan om man bara kan generera 400 Volt fasspänning, annars behöver man en omriktare som kan ge 690 Volt huvudspänning när man kör i 86 Hz

fulla friheten har man om kompressorn har alla sina ledare utdragen på två 3-fas uttag och man själv kan välja mellan Y och D-koppling samt att lindningen är 230 Volt

[TomasL]

Just när det gäller kylkompressorer så är helhermetiska 3-faskompressorer enbart avsedda för 400V, skall man varvtalsreglera dessa måste man specialbeställa en kompressor med 230V motor.
Semihermeter med motorer upp till ett par kW är för det mesta försedda med 230/400V D/Y motorer, dessa kan man varvtalsstyra utan problem (nästan).
Större kompressorer är YY-kopplade avsedda enbart för 400V, dessa kan beroende på vilken motorstorlek man valt för det mesta köras till 60 Hz.
Vill man varvtalsstyra dessa riktigt, måste man beställa dessa med 230/400V D/Y motorer.