Nach dem Stand der Technik sind Schraubenverdichteraggregate
für den
Betrieb mit ölüberfluteten
Schraubenverdichtern bekannt, die mit einer internen Bypaßregelung,
das heißt
einer Volumenstromregelung arbeiten. Sie sind zumeist mit festen oder
auch mit variablen inneren Volumen/Verdichtungsverhältnissen
ausgerüstet
und werden von Asynchronmotoren 1 Poolpaar /2-polig mit feststehenden
Drehzahlen angetrieben. Eine weitere Volumenstromregelung wird realisiert
durch die Veränderung
der Drehzahl von Asynchronmotoren über Frequenzumrichter mit üblicher
Spannungs/Frequenz-Kennliniensteuerung. Die lineare Spannungs Frequenz-Kennliniensteuerung
hat ihre Begrenzung im Drehzahlregelbereich. Dieser liegt im gesteuerten Bereich
bei ca. 1:20. Bei niedrigen Drehzahlen ist eine alternative Steuerungsstrategie,
eine Kompensation des Spannungsabfalls notwendig, um das erforderliche
Drehmoment insbesondere für
den Start zu erbringen. Der Energiebedarf des Verdichters für die zu
erbringende Leistung zum Beispiel. Kälteleistung einer Kälte-/Klimaanlage,
das erforderliche Drehmoment und die Drehzahl des Elektroantriebsmotores,
ist neben dem erforderlichen Kältemittelvolumenstrom
unter anderem auch abhängig
vom Druckverhältnis
in der Anlage. In Abhängigkeit
vom Betriebspunkt, der durch Verdampfungstemperatur/-druck und Verflüssigungstemperatur/-druck
festgelegt ist, ergeben sich auch für einen gleichen Verdichtertyp
unterschiedliche Antriebsleistungen. Für die Auswahl der Leistungsgröße des Elektroantriebsmotores
und des Frequenzumrichters ist das erforderliche Drehmoment bei
Maximaldrehzahl bestimmend. Entsprechend den speziellen Bedingungen von
Kälte- und Klimaanlagen
kann es im Stillstand und im Betrieb eines Schraubenverdichters
zu unterschiedlichen Druckverhältnissen
in der Anlage kommen. Liegt beim Start des Schraubenverdichters
der Ausgleichsdruck im Schraubenverdichteraggregat, im Verdichtersatz
oder in der Anlage über
dem des projektierten – betriebsmässig erforderlichen – Betriebsdruckes,
kann der Leistungsbedarf zum Start des Verdichteraggregates summiert
mit Losbrech- und Beschleunigungsleistung den Maximalleistungsbedarf
bestimmen. Eine energie-optimierte Auslegung des Antriebssystems
mit feststehender Drehzahl und Volumenstromregelung oder mit Drehzahlregelung über übliche Spannungs-/Frequenz-Kennliniensteuerung
mit konstantem und weitgehendem Überdrehmoment
des Motors im größten Teil
des Drehzahlbereiches ist auch bei Einsatz verschiedener Anlaufentlastungseinrichtungen
nicht möglich.Screw compressor units are state of the art
for the
Operation with oil-flooded
Screw compressors known with an internal bypass control,
this means
a volume flow control. They are mostly with fixed or
also with variable internal volume / compression ratios
equipped
and are asynchronous motors 1 pool pair / 2-pole with fixed
Speeds driven. Another volume flow control is implemented
through the change
the speed of asynchronous motors via frequency converters with usual
Voltage / frequency characteristic control. The linear voltage frequency characteristic control
has its limitation in the speed control range. This is in the controlled area
at about 1:20. At low speeds, an alternative control strategy is
compensation of the voltage drop necessary to achieve the required
Torque especially for
to get started. The energy requirement of the compressor for that too
performing service, for example. Cooling capacity of a cooling / air conditioning system,
the required torque and the speed of the electric drive motor,
is in addition to the required refrigerant volume flow
among other things also dependent
on the pressure ratio
in the plant. Dependent on
from the operating point, which is determined by the evaporation temperature / pressure and the condensing temperature / pressure
is determined, also result for the same type of compressor
different drive powers. For the selection of the power size of the electric drive motor
and the frequency converter has the required torque
Determining the maximum speed. According to the special conditions of
Refrigeration and air conditioning systems
it can be at a standstill and during operation of a screw compressor
to different pressure ratios
come in the plant. Is at the start of the screw compressor
the compensation pressure in the screw compressor package, in the compressor set
or in the plant
that of the projected - operationally required - operating pressure,
the power requirement at the start of the compressor unit can be added up
with breakaway and acceleration performance the maximum power requirement
determine. An energy-optimized design of the drive system
with fixed speed and volume flow control or with speed control via conventional voltage / frequency characteristic control
with constant and extensive overtorque
of the engine for the most part
of the speed range is also when using different starting relief devices
not possible.
Mit der Aufgabe der Erfindung wird
gewährleistet,
dass ein automatischer energieverbrauchsoptimierter Betrieb eines
Schraubenverdichteraggregates mit einem ölüberflutetem Schraubenverdichter
für alle
Anwendungen in der Prozessgas-, Luft- und auch der Kältetechnik
für Kälte-, Klima-
oder auch für Wärmepumpenbetrieb
möglich
ist.With the object of the invention
guaranteed
that an automatic energy consumption optimized operation of a
Screw compressor package with an oil-flooded screw compressor
for all
Applications in process gas, air and also refrigeration technology
for refrigeration, air conditioning
or also for heat pump operation
possible
is.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zur automatischen
online-Optimierung des Energieverbrauchs für die jeweilige Istlast verwendet.
Zunächst erfolgt über die
Messung der Betriebsdrücke
auf der Saug- und Enddruckseite des Schraubenverdichters die Erfassung
des Druckverhältnisses
und damit die Regelung des inneren Volumenverhältnisses des Schraubenverdichters.
Parallel dazu erfolgt die Regelung der Förderleistung über die
Drehzahl auf Grund der Regelgrößenabweichung
zum Beispiel des Saugdruckes beim Betrieb des Schraubenverdichters
in einer Kälteanlage.
Dabei wird der Sollwert so in der Steuerung des Frequenzumrichters
angepasst, dass er die erforderliche Magnetfeldstärke für die Istlast
liefert. Als Kompromiss zwischen höchstmöglicher Energieeinsparung und
den realen Applikationsanforderungen des Mindestdrehmomentes für das Anlauf-/Losbrechmoment
der Arbeitsmaschine sowie zur Beschleunigung der rotierenden Baugruppen
der Kraft- und Arbeitsmaschine – Rotoren,
Kupplung und E-Motorenläufer – wird,
damit der Asynchronmotor genügend
robust ist, eine untere Grenzwertstrategie festgelegt. Die Einstellungen
beruhen ausschließlich
auf Daten, die in der Steuerung hinterlegt sind bzw. die über zum
Beispiel Drehmomentgeber online bereitgestellt werden, so dass für diese Funktion
keine zusätzlichen
Abstimmungen oder Parameter notwendig sind. Im Gegensatz zum üblichen drehzahlgesteuerten
Betrieb mit magnetischer Bemessungsfeldstärke verringert die Energieoptimierung
die Verluste im Asynchronmotor und man spart dadurch Energie. Bei
Anwendungen in Schraubenverdichteraggregaten mit ölüberfluteten
Schraubenverdichtern bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen/Belastungen
und Lastzyklen kann während des
Betriebes mit geringeren Belastungen durch Reduzierung der Magnetfeldstärke Energie
eingespart werden. An Hand der Kenntnis oder der online-Messung
des Drehmoment-Drehzahl-Profiles der verschiedenen Schraubenverdichter
mit verschiedenen festen inneren Volumenverhältnissen oder mit innerer Volumenverhältnisregelung
können
für die
drehmomentveränderlichen
Lasten zu den zugehörigen Drehzahlen
Spannungs Frequenzeigenschaften in der Steuerung des Frequenzumrichters
hinterlegt werden. Das durchschnittliche Einsparpotential für Schraubenverdichter-Antriebssysteme
mit Frequenzumrichter und automatischer online Energieverbrauchsoptimierung
und zugehörigem
Asynchronmotor, beträgt
bis 5% der Nennleistung beim Betrieb in Teillastbereichen.According to the invention, an arrangement for automatic
online optimization of energy consumption for the respective actual load used.
First, the
Measurement of the operating pressures
detection on the suction and final pressure side of the screw compressor
the pressure ratio
and thus the regulation of the internal volume ratio of the screw compressor.
At the same time, the delivery rate is regulated via the
Speed due to the control variable deviation
for example the suction pressure when operating the screw compressor
in a refrigeration system.
The setpoint is thus in the control of the frequency converter
adjusted that it has the required magnetic field strength for the actual load
supplies. As a compromise between the highest possible energy saving and
the real application requirements of the minimum torque for the starting / breakaway torque
the working machine and to accelerate the rotating assemblies
the power and working machine - rotors,
Clutch and electric motor rotor - will,
so that the asynchronous motor is sufficient
is robust, a lower limit strategy is set. The settings
are based exclusively
on data stored in the controller or via
Example torque sensors are provided online, so for this function
No additional
Adjustments or parameters are necessary. In contrast to the usual speed-controlled
Operation with a rated magnetic field strength reduces energy optimization
the losses in the asynchronous motor and this saves energy. at
Applications in screw compressor packages with oil-flooded
Screw compressors under various operating conditions / loads
and load cycles can be during the
Operation with lower loads by reducing the magnetic field strength energy
be saved. Based on knowledge or online measurement
the torque-speed profile of the various screw compressors
with different fixed internal volume ratios or with internal volume ratio control
can
for the
torque variable
Loads at the associated speeds
Voltage frequency characteristics in the control of the frequency converter
be deposited. The average savings potential for screw compressor drive systems
with frequency converter and automatic online energy consumption optimization
and related
Asynchronous motor
up to 5% of the nominal power when operating in partial load ranges.
Als sehr wichtiger Nebeneffekt kann
bis in niedrige Teillastbereiche der volumenverhältnisgeregelte Schraubenverdichter
und der Asynchronmotor, bis zu mittleren Schaltfrequenzen, mit äußerst niedrigen
Schwingungs-, Körperschall-
und Luftschallemissionen betrieben werden.As a very important side effect, the volume-controlled screw compressor and the asynchronous motor, up to medium switching frequencies, with extremely low vibrations, structure-borne noise and airborne noise emissions.