Frekvensstyrning av godtycklig AC-motor/kompressor?

[pi314]

Frekvensstyrning av äldre kompressor eller av godtycklig AC-motor
Inverterstyrda värmepumpar eller solfångare med växelriktare finns i många hem nu.
När jag för ett kommande projekt letade runt bland olika motorer, borstade och borstlösa, så tittade jag också på olika motorstyrningar. För AC-motorer, för borstade DC-motorer och för borstlösa DC-motorer, BLDC. BLDC, som egentligen är AC-motorer som drivs med elektronik som matar motorn med lämplig AC.

Jag slogs av att det egentligen är ganska rimligt (enkelt?) att göra en egen inverter, växelriktare, frekvensstyrning eller BLDC-styrning.

En av följdfrågrna blev då:
– Hur svårt är det att göra om en gammal start/stopp värmepump till att vara inverterstyrd?

Här är någon som ställt frågan tidigare (2009-10-22).

När jag för en tid sedan såg en begagnad frekvensomformare till salu för bara några hundralappar slog det mig att en sådan skulle kanske vara perfekt att koppla in på min CTC EcoHeat. Det är nog mer eller mindre omöjligt att integrera en sådan i CTCs styrprogram, men man skulle kunna ha t.ex. 3 olika driftlägen, sommar, höst/vår och vinter. På detta vis skulle man, i alla fall under vinterdrift kunna ställa in effekten så att kompressorn går nästan utan några stopp och under resten av året med betydligt färre stopp än i dag.
Frågan är, kan en kompressor av den typ som sitter i CTCs VP vartalsstyras eller tar den stryk? Är det någon på forumet som vet? I min VP sitter det en scrollkompressor från Copeland och jag har letat på Copelands hemsida utan att hitta något om möjligheten att varvtalsstyra denna kompressor.

Här är ett svar.

Jag har svaret på alla era frågor, jag har en sådan värmepump i källaren. Copeland schroll kan varvtalsregleras mellan 35 till 70 hz. jag styr varvtalet med en utegivare och har en joggfrekvens för varmvatten och vid spetsbehov. Det är ingen skillnad på kompressorer för varvtalsstyrning, det går till och med att använda kolvkompressorer (men då behövs en större omformare p.g.a. större startmoment) Det är bara så coolt att ha en sådan maskin. Om det i längden lönar sig är en annan femma. Det är förluster i omformaren, KB-pumpen går fullt ändå.
Men att kunna köra både 35 och 70hz. är kul

https://www.varmepumpsforum.com/vpforum ... ic=27566.0

Det är inte så att jag är beredd att genast riva ur drivelektroniken i min äldre värmepump och inverter-konvertera den, men undrar ändå. Om någon vet.

Vilka AC-motorer klarar av att frekvensstyras? Är 35-70 Hz ett frekvensintervall som många äldre kompressorer klarar?

/Pi

[TomasL]

Förutsättningen är att det är en tre-fasmotor, enfasmotorer går inte att frekvensstyra.
För en generell elmotor kan du i princip styra den med bibehållet moment från 0 Hz till 87 Hz, dock kan det bli svårt med kylning vid låga varvtal.
Äldre motorer är ofta inte så bra att styra, då lindningarnas isolering kan vara för dålig.

Beträffande kompressorer, så handlar det om smörjning, dvs oljetryck, därav den lägsta frekvensen om ca 245-35 Hz, beroende på kompressortyp.
Övre varvtalet bestäms av den mekaniska konstruktionen, huruvida den tål högra varvtal.

Nej, Du kan inte bygga om en gammal enfas start/stopp maskin till frekvensdrift, möjligtvis en trfasmaskin, dock inget som rekomenderas, då den inte är dimensionerad för det, risken är stor att de varierande gashastigheterna kan orsaka konstiga effekter med påföljande haverier.

[pi314]

>Nej, Du kan inte bygga om en gammal enfas start/stopp maskin till frekvensdrift, möjligtvis en trefasmaskin,
>dock inget som rekomenderas, då den inte är dimensionerad för det, risken är stor att de varierande
>gashastigheterna kan orsaka konstiga effekter med påföljande haverier.

TomasL:
Beskrivningen av ombyggnaden av en gammal start/stopp VP till att bli inverterstyrd/frekvensstyrd handlade om en trefas-maskin.

Så här skrev skribenten som gjort detta i ett senare inlägg i samma tråd.

70 hz är garanterat inte problem, jag kört så i fem år och anledningen till just 70 hz är att Ahlsell tillverkar en frekvensstyrd kylmaskin, med just Copeland schroll, och just 70 hz. som max.
Totala timmarna med 70 hz blir ju inte så många, men när det har varit kallt har det gått max i en vecka. Kylningen verkar fungera bra.
Det är lite svårt att mäta lindningstemperaturen, men hetgasen ger ju en fingervisning, och den är normal. Även kompressorhöljet har normal temperatur.

En-fas är ju en annan historia. Jag är lite fokuserad på VV-VP och där är det nästan alltid 3-fas. I alla fall i Sverige. Ännu så länge är intresset mer nyfikenhet än planer på att bygga om någon värmepump till frekvensstyrning.

Dom fördelar som jag först kommer på med frekvensstyrning/inverterstyrnng jämfört med start/stopp är dessa.
– Antalet starter reduceras drastiskt.
– VP arbetar normalt ungefär mitt i sitt arbetsområde. En start/stopp börjar med låg stigartemperatur och arbetar sig upp genom registret till ganska hög stigartemperatur för att nå önskat integralvärde.
– Radiatortemperaturen och därmed innetemperaturen blir jämnare.
– Maxeffekten blir lägre. En start/stopp går i princip "fullt" när den går. Det påverkar kostnaden om man har timdebitering. Jag vet inte om det alltid är så att timdebitering medför effektdebitering? Det kan också påverka krav på huvudsäkring.
– Man kan ha lite för hög effekt i VP. Det gör att det dyra tillskottet ofta kan elimineras helt.

Om man bygger en egen frekvensstyrning så kan man göra så att den kan köras på DC. Det kan underlätta om man t.ex. vill automatisera batteridrift vid högt elpris, om man har timdebitering. Om t.ex. en VP som drar max 2 kW, går normalt på 50% och då drar ca 1 kW, så räcker t.ex. ett 5 kWh-batteri ca 5 timmar. Ett 10 kWh-batteri ca 10 timmar. På natten, när elen är billig, kör man VP direkt från nätet och laddar batteriet till nästa dag. Det blir visserligen ett start/stopp per dygn, men det ska den väl klara? Man kan ju också sänka effekten lite när elen är dyr, så räcker batteriet längre.

Eftersom skribenten Plutus byggde om sin start/stopp VP till inverter 2004, så skulle det väl inte vara så förvånande om någon EF-are kom på idén att testa 2023?

/Pi

[AndLi]

Jag vet inte om det alltid är så att timdebitering medför effektdebitering ?

Jag kör timdebitering och har ingen del som påverkas av mitt faktiska toppeffektuttag.

[pi314]

AndLi:

Det där varierar tydligen.

Så här skriver t.ex. Kristinehamns Energi om effektavgift.

Effektavgift per månad räknas ut genom att vi tar det högsta timmedelvärdet föregående månad gånger effektavgiften. Vi räknar alltså bara den timme under föregående månad som anläggningen har använt flest kWh. Om det högsta värdet är 4 kW så blir effektavgiften fr o m 1 januari 2023 35,00 kr * 4 = 140 kr inkl moms.

https://kristinehamnsenergi.se/elnat/el ... atsavgift/

/Pi

[AndLi]

Jag sa bara att det inte alltid är en effektavgift på timpris.

[Prins Valiant]

I princip går det att styra alla släpringade 3-fas asynkronmotorer med en frekvensomriktare, så även din värmepump. Måste dock ge ett varningens finger att om den befintliga kompressorn är matad med max 50Hz, skall du ej gå över detta. Det beror på att motorn kommer att bli undermagnetiserad och därmed få mindre ork vid varvtal över 50Hz. Detta i kombination med att en pumps egenskap är att dess kapacitet ökar väsentligt i samband med ökat varvtal. Motorn kan helt enkelt "stalla", eftersläpningen passerar punkten för kippmomentet på dess kurva. Du kommer ej heller att ha någon kunskap om hur V/F-kurvan skall ställas, det blir en ren gissning.
Det jag förstått, precis som du skriver, skall du undvika att gå på för låga varv, enligt värmepumpsforum behövs ett visst varvtal för att oljan i köldmediet skall fara runt och smörja. Vissa rusar t.o.m. iväg kortvarigt för att dra med oljan.

Jag funderar en del på vad som skall ge referensvärde till val av frekvens? I Nibe använder man ju gradminuter och dess storlek som en del av grunden för referensvärdet. Det är klart att det går att designa en PI-förstärkare och låta avvikelsen från önskvärd rumstemperatur justera frekvensen. Men när avvikelsen blir så liten att frekvensomriktaren ej får arbeta med så låga frekvenser, måste du övergå i ett start/stoppmönster för driften.

Man skall vara medveten om att moderna motorer tillverkas ofta speciellt för frekvensdrift, och har momentkurvor som är anpassade till detta. Det innebär att de driftvärden och frekvenser du ser för kompressorer avsedda för frekvens ej kan tillämpas vid ombyggnad. Ett exempel på detta är just max frekvens där en befintlig kompressor går på 50Hz, medan exempelvis Nibe kör vissa på 94Hz och 112Hz.

Läste även din motivering till frekvensdrift, och allt stämmer. En frekvensdriven värmepump ger en mycket fin steglös värmeproduktion. Ett alternativ för dig vore ju att bara ställa en frekvens, lämplig för årstiden. Tillåten maxfrekvens vid kall vinter, och lägre frekvens vid vår/höst, just för att få mjukare värm och färre start/stopp.

[pi314]

Prins Valiant:

Tack för bra info!

Min första tanke om stall var att det är bara att mäta hur långt varvtalet hänger med. Men, insåg att det nog inte finns någonstans utanpå att mäta varvtalet. Kanske kan man titta på ankarspänningen? Kanske hitta någon vibration som man kan identifiera med en sensor som ger varvtalet?

Det gäller ju att hitta ett varvtal där den börjar släpa efter och sedan lägga sitt maxvarv en bit under det, så att det aldrig inträffar att den börjar släpa efter.

Jag tror IOFS at jag sällan behöver mer än 50 Hz, så det är kanske inget problem?

Men, jag är lite tveksam inför att börja labba med värmen. Helst skulle jag i så fall vilja ha en separat pump att labba med.

Sedan vore det, som jag förstår, bättre med en scroll-kompressor än en kolvkompressor. Så att man slipper dimensionera frekvensomvandlaren efter kolvkompressorns startström.

/Pi

[säter]

Är det släpringade motorer i värmepumpar?

[Prins Valiant]

Koll på varvtalet är inga problem. Eftersläpningen vid ett givet moment är konstant vid frekvensdrift. På vanlig svenska, om motorn har ett märkvarvtal på 1400rpm är eftersläpningen 100rpm. 1500 (synkront varvtal) -100 = 1400. Om du skulle mata denna motor med 25Hz, blir synkrona varvtalet ju 750rpm, och märkvarvtalet 750 -100 = 650 rpm. Om du skulle mata den med 5 Hz blir synkrona varvtalet 150rpm, och märkvarvtalet 150 -100 = 50 rpm vid uttag av märkmoment.

Du får inte glömma i ditt resonemang att det är eftersläpningen som ger moment. Ingen eftersläpning, den roterar med synkront varvtal, men har ej heller något effektuttag.

[TomasL]

Så att man slipper dimensionera frekvensomvandlaren efter kolvkompressorns startström.

Scrollarna har lika stor startström, dessutom behöver man inte bry sig om startströmmen om man kör med frekvensomvandlare.

[pi314]

Prins Valiant:
OK. Det bromsande momentet beror också på effektuttaget. Som t.ex. är betydligt mindre vid 5/35° än vid 0/55° i en och samma installation.

Har man en frekvensomvandlare så vet man begärt varvtal. Jag gissar att dom flesta frekvensomvandlare också mäter avgiven elektrisk effekt till motorn. Dessutom vet man temperaturskillnaden i köldkretsen och i elementkretsen. Jag råkar ha enkla flödesmätare i köldkretsen i en installation, men vanligen har man nog inte mätning av flödet. Vet man flöde och temperaturskillnad så kan man beräkna den effekt som tas från köldkretsen och den effekt som avges till elementkretsen. Man kan beräkna det "magiska" COP.
T.ex. Thermia Atlas loggar bl.a. avgiven effekt och COP. Om man inte vet flödena så blir väl beräkningarna ungefärliga? Eller finns det någon annan parameter som mäts som kan användas? Utöver temperaturskillnader och cirkulationspumparnas effekt. Det senare är ett dåligt mått på flödet, eftersom flödet dels beror på cirkulationspumpens effekt, men dels också på tryckfallet i kretsarna. Som i hög grad är installationsberoende. Både i elementkretsen och i köldkretsen.

Jag gissar att jag skulle vilja ha mätning av faktiskt varvtal på kompressor och faktiska flöden i VV-värmepumpar. Lite i enlighet med det klasiska "att mäta är att veta".

Kanske behövs det inte? Om man känner pumpen, vet inmatad elektrisk effekt, delta-T-brine, delta-T-elementkrets och skillnaden mellan brine-in och elementkrets-ut så bör man väl kunna beräkna resten? T.ex. avgiven värmeeffekt och COP. Det bör väl vara så som t.ex. Thermia Atlas gör?

TomasL:
Vet du ungefär hur startströmskurvan ser ut? Så att man vet om man kommer på den lite udda idén att inverterkonvertera en gammal start/stopp VV-VP. Vilka krav man ska ställa på invertern. Jag såg en uppgift om att startströmmen typiskt är ca 5-10 gånger den kontinuerliga strömmen. Hur länge varar den strömtoppen?

Dom inverterpumpar jag sett går alltid igång med lägsta effekt. Jag antar att det minskar startströmmen. Sedan går dom succesivt upp i varv, om det behövs. Om man nu kör igång med 35 Hz, som skribenten Plutus (på ettt annat forum) har som lägsta frekvens, hur mycket lägre blir startströmmen då? Om minskningen är 30% så kan det ju vara tillräckligt för att man t.ex. ska klara sig med en mindre huvudsäkring.

/Pi

[TomasL]

Det finns ingen startström i en omformarstyrd motor.
Startströmmen på en DS-motor beror på lindningsresistans, intill dess att motorn genererar Mot-emk.
Omformaren förmagnetiserar motorn innan start därav avsaknad av startström, dock krävs det ett visst sk lossryckningsmoment vid start, dvs övervinna motstånd i lager etc.

[TomasL]

Var medveten om att det är vanskligt att mäta flöde och temperatur med enkel utrustning, då felen kan bli rätt stora, en felmätning av temperaturen på säg 0,5K vid ett DT om 4K ger 25% fel, Och noggrannare kan du knappast mäta med vanlig utrustning.
Så dina Idéer är i teorin bra, i praktiken lär du inte uppnå någon förbättring.
Så, kontentan, meningslöst att lägga pengar och tid på det.

Omformaren i sig väljs med utgångspunkt av maximal driftsström, inget annat.

[pi314]

TomasL:

Jag håller med om att osäkerheten i mätningarna av temperaturer och temperaturskillnader i.ex. vatten-vatten-värmepumpar är betydande.

Ändå är det dom mätresultaten som används som underlag för hur pumpen styrs under drift. Uppenbarligen fungerar det.

/Pi