Компактные винтовые компрессоры традиционной конструкции с золотником могут работать и с внешним частотным преобразователем. Золотниковое управление в этом случае используется только для стартовой разгрузки. После выхода на режим производительность компрессоров регулируется посредством частотного преобразователя.

Диапазон регулирования при этом зависит от некоторых ограничений, распространяющихся на компактные винтовые компрессоры как с внешним, так и со встроенным частотным преобразователем.

Исходя из параметров электропитания (400В/Зф/50Гц в Центральной Европе или 460В/Зф/ 60Гц в США), необходимо выбрать нужный электродвигатель и частотный преобразователь. Из-за высокой стоимости частотных преобразователей разработчики обеспечивают требуемую максимальную производительность холодильного оборудования увеличением частоты вращения вала компрессора, а следовательно, его производительность будет значительно выше номинальной. Таким способом можно получить лучшее соотношение стоимости установки и ее производительности.

Основное условие работы частотного преобразователя — это соблюдение постоянного отношения напряжения питания к рабочей частоте (U/f = const). Если компрессор со стандартным электродвигателем подключать в сеть 400В/Зф/50Гц через частотный инвертор,то при частоте на выходе больше 50 Гц напряжение, подаваемое на электродвигатель, будет пониженным.

Напряжение на выходе из частотного преобразователя не может быть выше напряжения сети. Если электродвигатель в определенной рабочей точке обладает достаточным резервом мощности, то он может эксплуатироваться с понижением напряжения на 20 %. Но для компрессоров, используемых в системах кондиционирования с высокими рабочими температурами, крайне маловероятно, чтобы их электродвигатели при максимальной нагрузке обладали большим резервом. Поэтому здесь требуются компрессоры со специальными электродвигателями. При питании от сети 400В/Зф/50Гц эти электродвигатели могут эксплуатироваться с регулированием до 87 Гц без понижения напряжения. Недостаток такого варианта в том, что компрессор со специальным электродвигателем не может напрямую подключаться и работать от обычной сети. Кроме того, рабочий ток и типоразмер частотного преобразователя из-за низкого напряжения электродвигателя возрастает на коэффициент 1,73. Потенциал производительности при частотном регулировании компрессора до 87 Гц полностью не исчерпывается.

Потери давления

Стандартные компактные винтовые компрессоры с 2-полюсными электродвигателями рассчитаны на работу в диапазоне частот сети электропитания 50...60 Гц. Это соответствует частотам вращения вала компрессора 2900...3480 об/мин. Площади поперечных сечений внутренних каналов и окон, где течет хладагент и холодильное масло, а также геометрия запорных вентилей оптимизированы для стандартного объемного расхода в данном диапазоне частот. Если просто повысить частоту питания до 70 или 80 Гц, это приведет к увеличению частоты вращения вала компрессора до 4060...4640 об/мин. При этом объемный расход фреона повысится на 40—60 % относительно стандартного (при 50 Гц). В формулы расчета гидравлических потерь давления объемный расход входит в квадрате, становясь при режиме работы с высокими частотами определяющим фактором. Таким образом, эффективное использование стандартных компактных винтовых компрессоров при частотах вращения вала компрессора более 3500 об/мин (60 Гц) невозможно не только из-за потерь в частотном преобразователе, но и из-за возрастающих потерь давления.

Эффективность маслоотделителя

От величины объемного расхода зависит также и эффективность встроенного горизонтального маслоотделителя компактного винтового компрессора. При превышении определенной частоты питания (обычно вне стандартных границ 50...60 Гц) степень отделения холодильного масла от нагнетаемого газа непропорционально снижается (доля сепарации масла при 70...80 Гц становится ниже 97 %). Это приводит к повышенной концентрации масла в системе в результате его значительного уноса из компрессора при сильно и часто меняющейся его производительности. Здесь может оказаться целесообразным подключение вторичного вертикального маслоотделителя, но это повышает капитальные затраты на установку.

Диапазон частоты вращения

Допустимый диапазон частоты вращения определяется многими факторами. Обычно стандартные компактные винтовые компрессоры с современными интегрированными или внешними частотными преобразователями могут эффективно использоваться в диапазоне частот 20—25...60 Гц. При более высоких частотах возрастают потери давления и выброс масла. При работе компрессора с частотой ниже 20 Гц увеличиваются внутренние перетечки в профилях винтов и потери в системе преобразователь/электродвигатель.

Потери в частотном преобразователе в большей части документации по компрессорам вообще не отражаются. При использовании внешних частотных преобразователей это невозможно, так как он и поставляются сторонними фирмами и их некорректный подбор может оказать значительное влияние на величину потребляемой мощности электродвигателя компрессора. Даже фирмы, предлагающие компрессоры с интегрированными частотными преобразователями, не документируют потери на преобразователе, публикуя нереалистичные параметры эффективности в своей документации.

Допустимая область применения

Описанные выше возможности для расширения допустимой области применения в случае частичной нагрузки не так просто реализовать в установках со стандартными компактными винтовыми компрессорами с частотными преобразователями.

При регулировании производительности частотным преобразователем компактный винтовой компрессор всегда эксплуатируется в положении золотника 100 % производительности, т.е. при полной нагрузке. Из-за этого при работе частотного преобразователя в неполном объеме раскрываются возможности повышения СОР компактного винтового компрессора путем снижения температуры конденсации при частичной нагрузке. Это ведет к уменьшению критерия ESEERmiH IPLV. Сравнение эффективности при изменении нагрузки компактных винтовых компрессоров с частотным и стандартным золотниковым регулированием, работающих в составе чиллера с водяным конденсатором по условиям EUROVENT, дано на рисунке.

При 100%-ной нагрузке компрессор серии CSH с частотным преобразователем из-за потерь на преобразователе и потерь давления имеет низкую величину СОР. При нагрузке 75 % эффективность компрессоров с частотными преобразователями и с золотниковым регулированием очень близка, а при нагрузке 50 и 25 % она заметно хуже у компрессоров CSW с традиционным золотниковым регулированием.

Компрессор CSW при всех нагрузках на диаграмме выглядит лучше, чем CSH с частотным преобразователем (величина европейского критерия сезонной эффективности ESEERy CSW на 10-15 % выше).

Шумовые параметры

Современные унифицированные статоры и роторы электродвигателей компаткных винтовых компрессоров рассчитаны на диапазон частот вращения 50...60 Гц. При более широком диапазоне могут наблюдаться резонанс и вибрация. Если компрессоры все же эксплуатируются на частотах свыше 60 Гц, то их шумовые параметры возрастают непропорционально высоко, что требует дополнительных мер по звукоизоляции.

В целом доступные сегодня компактные винтовые компрессоры с интегрированным или внешним частотным преобразователем являются компромиссом, обусловленным тем, что стандартные компактные винтовые компрессоры до последнего времени не имели эффективного золотникового регулирования. Значения сезонного критерия SEER чиллеров с такими компрессорами удалось повысить благодаря частотным преобразователям. Но капитальные затраты на частотные преобразователи весьма существенны (стоимость частотного преобразователя зачастую равна стоимости самого компрессора). Но если сравнить имеющиеся решения компрессоров с частотными преобразователями с компрессорами новой серии CSW, то экономические преимущества последних очевидны.

Для специальных проектов, когда чиллеры должны обеспечивать точное значение заданной температуры охлаждаемой жидкости, или если необходимо, чтобы пусковой ток был очень низким, винтовые компрессоры с частотными преобразователями могут найти рациональное применение. В этом случае применение полугерметичных винтовых компрессоров с частотными преобразователями и внешними горизонтальными маслоотделителями в диапазоне регулирования 20...90 Гц наиболее экономично и эффективно.