EP2467652B1 - Verfahren zum betrieb einer kälteerzeugungseinrichtung zur kühlung eines supraleiters sowie hierfür geeignete kälteerzeugungseinrichtung - Google Patents
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- EP2467652B1 EP2467652B1 EP10745591.7A EP10745591A EP2467652B1 EP 2467652 B1 EP2467652 B1 EP 2467652B1 EP 10745591 A EP10745591 A EP 10745591A EP 2467652 B1 EP2467652 B1 EP 2467652B1
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- F25B2400/073—Linear compressors
Definitions
- the invention relates to a method for operating a refrigeration device for cooling a superconductor according to the preamble of claim 1.
- a refrigeration device is eg from the US 5 535 593 A known.
- the invention further relates to a suitable for carrying out the method of refrigeration device according to claim 8.
- the superconductor In electrical apparatus or machines with superconductors, e.g. Motors, generators or superconducting current limiters, the superconductor must be cooled and this is usually in a cryostat containing a cryogenic refrigerant such. liquid neon or liquid nitrogen.
- a refrigeration device serves for the recondensation of vaporized refrigerant present in the cryostat.
- the refrigeration device often referred to as a refrigerator, usually comprises a closed circuit in which a working means, e.g. Helium gas is compressed in a compressor and relaxed again in a refrigeration unit and thereby gives off cooling capacity to the refrigerant in the cryostat.
- the refrigeration device can, for example, operate on the principle of Gifford-McMahon, according to the pulse tube principle or according to the Stirling principle.
- the solution of the object directed to the method is achieved by a method according to claim 1.
- Advantageous embodiments of the method are each subject of the dependent claims 2 to 7.
- the solution of the object directed to the refrigeration device is achieved by a refrigeration device according to claim 8.
- Advantageous embodiments the refrigeration device are each subject of the subclaims 9 to 12.
- the stroke of the at least one movable piston is regulated to a, preferably predetermined, desired value.
- the stroke of a piston is here understood to mean the distance traveled by the piston from a first dead center (reversal point) of its reciprocating movement to a second dead center (reversal point).
- a fixed operating point of the refrigerating device can be independent of the temperature, the filling pressure of the working fluid and other influences such as e.g. be set an inclination of the compressor.
- an accurate conclusion on the generated cooling capacity is possible. It is thus possible to set an operating point in which a defined efficiency, in particular a predetermined, cooling capacity is generated with good efficiency.
- Such a refrigeration device operated is thus particularly suitable for use in mobile devices, such. Ships, suitable.
- the refrigeration device comprises in each case an electric motor and a frequency converter for supplying the motor with electric current with a predeterminable voltage and frequency.
- the refrigerating device comprises two movable pistons, which are each driven by a frequency converter of an electric motor with frequency synchronous voltage, the motors are designed as two-phase AC motors and the frequency converter as a three-phase inverter with a voltage intermediate circuit, the inverter on the input side connected to a three-phase network and the output side are connected via two phases to the respective motor, and wherein an additional capacitor is connected in parallel to the voltage intermediate circuits.
- the setpoint for the stroke is derived from a setpoint for the cooling capacity and the control of the stroke to a predetermined setpoint, the cooling capacity is controlled to this target value and / or regulated.
- a mean value from the stroke of the two pistons can also be used as a controlled variable for the control of the piston stroke.
- the control of the piston stroke can be done very accurately that is used as a control variable for the control of the piston stroke, the voltage applied to the respective motor.
- a resonance frequency of the reciprocating motion is determined in the control of the piston stroke and set the frequency of the reciprocating motion of the at least one movable piston to this resonance frequency.
- the resonance frequency can be determined particularly easily by means of a phase shift between a motor current and a motor voltage. Alternatively, the resonance frequency can also be determined via the control value for the control of the piston stroke.
- the refrigerating device comprises a regulating device, which is set up in such a way that it regulates the stroke of the at least one movable piston to a desired, preferably predefinable, desired value.
- data are stored in the control device, which describe a relationship between the cooling capacity and the piston stroke.
- the refrigeration device comprises a higher-level control and / or regulating device for controlling and / or regulating the refrigeration capacity to a predetermined desired value by controlling the piston stroke.
- the regulating device may comprise a measuring device, preferably a magnetic field sensor or an optical sensor.
- control device is set up such that it determines a resonance frequency of the reciprocating motion during the control of the piston stroke and adjusts the frequency of the reciprocating motion to this resonance frequency.
- FIG. 1 Shown and known from the prior art ship propulsion system 1 comprises a high-temperature superconducting motor (HTS motor) 2, which is arranged in a nacelle 3 outside the actual hull and is also referred to as a pod drive.
- the HTS engine 2 can also be located inside the ship.
- the HTS motor 2 has a rotor 4 with a rotating high-temperature superconductor field winding 5, which is arranged in a cryostat 6 in which neon with a temperature of 25 K is as a refrigerant for the superconductor.
- the rotor 4 is surrounded by a stator (stator) 7. In between there is an air gap.
- the power supply of the HTS motor via electrical lines 8.
- the HTS motor 2 is connected via a propeller shaft 9 with a propeller 10.
- the cryostat 6 is connected via a cryogenic heat pipe 12 to a refrigeration unit 22 of a refrigeration device 20.
- the refrigeration device 20 comprises a closed thermodynamic circuit 21 for a working medium into which, in addition to the refrigeration unit 22, an oil-free linear compressor 30 and a heat exchanger 24 are connected.
- the working fluid is compressed in the compressor 30, cooled in the heat exchanger 24 and relaxed in the refrigeration unit 22 and thereby gives off cooling capacity to the refrigerant of the superconductor.
- Refrigerant evaporated in the cryostat 6 is supplied to the refrigeration unit 22 via the cryogenic heat pipe 12 and recondensed on a cooled surface of the refrigeration unit 22.
- the refrigeration unit 22 is a so-called cold head.
- helium gas is used as the working medium.
- the refrigeration device can also work, for example, according to the pulse tube principle or according to the Stirling principle.
- the linear compressor 30 has two pistons 31, which are movable in a housing 34 in the direction indicated by the arrows 32 linearly against each other at a frequency f and with a stroke H to the respective other piston 31.
- one of the two pistons 31 may also be held stationary and only the other piston 31 may be linearly movable with a frequency f and with a stroke H on it.
- the drive of the two pistons 31 is effected by a respective linear motor 33.
- helium gas having a low pressure is sucked in via a feed designated by 35.
- the sucked helium gas is compressed by the pistons 31 and ejected again via 36 discharges designated.
- the stroke of the two pistons 31 is regulated to a predefinable desired value.
- the setpoint for the stroke is derived from a setpoint for the cooling capacity, which has to be delivered by the refrigeration unit 22 to the refrigerant, here neon, for the superconductor 5.
- the diagram of FIG. 3 the relationship between the cooling capacity K and the stroke H at a constant frequency f of the reciprocating motion of the piston 31.
- the cooling capacity K increases with increasing stroke H of the piston 31.
- a measuring device 37 for determining the stroke of the respective piston 31 is arranged in the interior of the linear compressor 30 on each of the two pistons 31.
- the measuring device 37 is preferably a magnetic field sensor (eg a Hall sensor) or an optical sensor (eg a laser diode).
- a control device 40 is configured such that it controls the stroke of the piston 31 to a predetermined target value.
- the control device 40 receives either manually from an operator or from a higher-level control and / or regulating device 50 for controlling and / or regulating the cooling capacity a setpoint value K for the cooling capacity.
- target values for the stroke of the pistons 31 and the frequency of the reciprocating motion of the pistons 31 are derived in the control device 40.
- data 41 are stored in the control device 40, which describe a relationship between the cooling capacity, the piston stroke and the resonance frequency. These relationships may have previously been determined experimentally.
- a frequency converter 43 is used to supply the linear motors 33 with a predetermined voltage U of the frequency f U.
- a control and / or regulating unit 44 serves to control and / or regulate the frequency converter 43.
- an average value of the stroke of the two pistons 31 is used as a control variable for the control of the piston stroke.
- the control device 40 detects actual values for the piston positions from the measuring devices 37 via signal lines 42 and determines therefrom an average value of the stroke of the two pistons 31.
- the output signals of the measuring device 37 e.g. a voltage is applied over at least one period of the stroke, i. a complete float, measured.
- the stroke of the two pistons is determined from a difference between the two dead centers of the pistons, in which they reverse their direction of movement, in a period of a reciprocating motion.
- Exemplary shows this FIG. 5 various Measurements indicating the course of the stroke H over the time t for the two pistons 31 in a period of reciprocation. From these measuring points, the minimum and the maximum of the piston stroke of each piston 31 and thus its stroke per period are calculated.
- the average value of the stroke of the two pistons per period gives an actual value H Im , which is fed to a controller 45 of the control device 40.
- FIG. 6 The controller 45 determines from the difference between the actual value H Im for the piston stroke and a setpoint H S for the piston stroke a control value, here a target value U s for the motor voltage U , which is supplied from the control device 20 together with a setpoint fs for the frequency of the motor voltage to the control and / or regulating unit 44 of the frequency converter 43.
- the control and / or regulating unit 44 then controls and / or regulates the output voltage of the two frequency inverters 43 to the required setpoint values Us and fs, the two linear motors 33 being supplied with a frequency-synchronized voltage.
- the controller 45 is, for example, an I-controller.
- the exact structure of the controller 45 is preferably carried out after an evaluation of the step responses of the controlled system and the leadership behavior of the overall system.
- the frequency of the reciprocating motion can be fixed in the regulation of the piston stroke.
- the resonance frequency of various operating parameters such as the temperature and the filling pressure
- FIG. 7 For this purpose, a possible relationship between the stroke H and the cooling capacity K over the frequency f.
- the resonance frequency of the reciprocating motion is determined by the control device 20 in the control of the piston stroke and the frequency of the reciprocating motion is set to this resonance frequency.
- the refrigeration device 20 can be operated at an operating point with optimum efficiency.
- the resonance frequency can be determined and controlled on the basis of a relationship between the resonance frequency and the operating parameters (eg the temperature) stored in the control device 40. Preferably, however, the resonance frequency is automatically controlled to an optimum value.
- the frequency f U of the motor voltage in the direction of larger and smaller frequencies is automatically varied by the control device 40 by changing the set value fs for the frequency of the motor voltage at certain time intervals at a constant predetermined amplitude of the motor voltage U and thereby the phase shift between the motor voltage U and the motor current I determined.
- the resonance frequency is present when the phase shift is maximal.
- control device 40 receives measured values for the motor voltage U and the motor current I from the frequency converters 43 or the control and / or regulating unit 44 of the converters and determines the phase shift.
- the determination of the phase shift can also be made directly in the inverters 43 or in the control and / or regulating unit 44 and transmitted to the control device 40.
- the resonance frequency can also be determined via the control value for the control of the piston stroke.
- the resonance frequency is then the frequency at which the control value, here the motor voltage, is the smallest.
- control device 40 in the control of the piston stroke deviations and irregularities with respect to a zero position of the piston 31, for example due to an inclined position of the compressor 20 taken into account.
- These can be compensated for example by different setpoint specifications for the two inverters 43 (eg in the form of a DC voltage component in the motor voltage).
- control device 40 may also include a monitoring that prevents piston stops on the housing walls and excessive motor currents by a setpoint reduction. For this purpose, the extreme values measured by the measuring devices 37 are monitored by the control device 40 for exceeding a predetermined limit value.
- the two linear motors 33 can also be fed together by a single frequency converter 43. However, in the control of the piston stroke, the two motors can then compensate for deviations and irregularities with respect to a zero position of the pistons, e.g. at an inclination of the compressor, not be driven differently.
- the motors 33 are designed as two-phase AC motors. Since the power grids in larger systems, such as in ships, usually designed as three-phase three-phase networks 60, the frequency 43 are designed as three-phase inverter with a network-side converter 61, a motor-side converter 62 and a voltage intermediate circuit 63 arranged therebetween to a symmetrical load of the network 60.
- the cooling power generated by the refrigeration device 20 has now become controllable or controllable by regulating the stroke. This is an enormous savings potential of supplied electrical energy, since the efficiency of a compressor is only about 1%. Commercially available compressors always run under full load, unneeded cooling capacity is compensated or destroyed by counter heating. 1 W of destroyed cooling capacity corresponds to 100 W destroyed power taken from the mains.
- the control and actuation according to the invention makes it possible to keep the compressor at a fixed operating point without temperature changes or other operational influences (for example slanting of the compressor) leading to shifts in the operating point. Even a striking of the piston and associated safety shutdown of the compressor can be avoided.
- a fixed set operating point can also be kept under inclination or skew of the compressor. This is an important requirement for the use of the compressor on ships. Since there are already ship-building versions commercially available for the components used for the control and activation, a refrigeration device according to the invention can thus be carried out fully suitable for shipping.
- the operating point of the compressor can be operated by automatically readjusting the operating frequency always close to the resonance point. This can ensure that the compressor is operated at the resonance point at all times, i. has an optimal efficiency.
- a plurality of compressors which are operated in a network, can be controlled or regulated in parallel.
- up to four refrigeration devices are needed, of which two are provided as redundancy, for example.
- redundancy for example.
- all four can now be driven at partial load.
- all four devices can work in a range that is favorable for the efficiency.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kälteerzeugungseinrichtung zur Kühlung eines Supraleiters gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Kälteerzeugungseinrichtung ist z.B. aus der
US 5 535 593 A bekannt. Die Erfindung betrifft ferner eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Kälteerzeugungseinrichtung gemäß Patentanspruch 8. - In elektrischen Apparaten oder Maschinen mit Supraleitern, wie z.B. Motoren, Generatoren oder supraleitenden Strombegrenzern, muss der Supraleiter gekühlt werden und befindet sich hierzu üblicherweise in einem Kryostaten, der ein kryogenes Kältemittel, wie z.B. flüssiges Neon oder flüssigen Stickstoff, enthält. Eine Kälteerzeugungseinrichtung dient dabei zur Rekondensation von in dem Kryostaten vorhandenem verdampftem Kältemittel. Die Kälteerzeugungseinrichtung, häufig auch als Refrigerator bezeichnet, umfasst üblicherweise einen geschlossenen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmittel, z.B. Heliumgas, in einem Kompressor verdichtet und in einer Kälteeinheit wieder entspannt wird und dadurch Kälteleistung an das in dem Kryostaten befindliche Kältemittel abgibt. Die Kälteerzeugungseinrichtung kann beispielsweise nach dem Prinzip von Gifford-McMahon, nach dem Pulse-Tube-Prinzip oder nach dem Stirling-Prinzip arbeiten.
- Elektrische Apparate oder Maschinen mit Supraleitern bieten sich aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, geringen Platzbedarfs und anderer spezifischer Eigenschaften des Supraleiters in hohem Maße für die Verwendung in mobilen Einrichtungen, wie z.B. in Schiffen oder Offshore-Plattformen, an. So offenbaren die
DE 10 2004 023 481 A1 und die Schifffsantriebsmaschinen und -generatoren mit einem Läufer mit einer rotierenden Hochtemperatur-Supraleiter-Feldwicklung, die in einem Kryostaten angeordnet ist, in dem sich Neon mit einer Temperatur von 25 K als Kältemittel für den Supraleiter befindet. Der Kryostat ist über eine Kry-Heatpipe an einen Kaltkopf einer Kälteerzeugungseinrichtung angeschlossen, zu der auch ein Kompressor gehört.WO 03/047961 A2 - Aus der
EP 1 526 625 A1 ist ein Kurzschluss-Strom-Schutzsystem für Schiffe und Offshore-Anlagen mit einem supraleitende Strombegrenzer bekannt, bei dem der Supraleiter in einem Kryostaten angeordnet ist, in dem sich flüssiger Stockstoff mit einer Temperatur von 77 K als Kältemittel für den Supraleiter befindet. Zur Rekondensation von verdampftem Kältemittel dient eine Kälteerzeugungseinrichtung, die einen in den Kryostaten ragenden Kaltkopf und einen Kompressor umfasst. Die Kälteerzeugungseinrichtung selbst ist nicht regelbar, vielmehr erfolgt eine Regelung indirekt durch eine Gegenheizung, die am Kaltkopf angebracht ist. Die Gegenheizung wird durch ein Temperaturregelgerät ein- und ausgeschaltet, so dass die Temperatur des flüssigen Stickstoffs bei 77 K bei Umgebungsdruck liegt. Als Kompressor kommt wegen seines geringen Wartungsbedarfs vorzugsweise ein ölfreier Linearkompressor zum Einsatz. - Für den Einsatz elektrischer Apparate oder Maschinen mit Supraleitern in mobilen Einrichtungen, insbesondere auf Schiffen oder Offshore Plattformen, ist zu beachten, dass der Betrieb der Kälteerzeugungseinrichtung auch in Neigungslage der Komponenten gewährleistet sein. So muss beispielsweise für einen Einsatz auf Schiffen ein Betrieb auch bei einer Neigungslage von 22.5 Grad sichergestellt sein. Nach dem Hubkolbenprinzip arbeitende Kompressoren oder Schraubenkompressoren sind hierfür nicht geeignet, da sie ölgeschmiert sind und deshalb im Betrieb nicht geneigt werden dürfen. Geeignet sind dagegen ölfreie Linearkompressoren. Ein derartiger Linearkompressor weist üblicherweise zwei Kolben auf, von denen zumindest einer, vorzugsweise beide synchron gegeneinander, durch einen Linearmotor mit einer Frequenz und mit einem Hub linear zu dem jeweils anderen Kolben bewegbar ist bzw. sind.
- Es ist dabei bekannt, die Leistung eines derartigen Kompressors manuell oder automatisch durch Variation der Motorspannung und der Kolbenfrequenz zu steuern. Wie sich allerdings herausgestellt hat, ist eine derartige Steuerung nicht schiffstauglich, da sie beispielsweise Abhängigkeiten der Resonanzfrequenz der Kolben vom Fülldruck in dem Kreislauf und der Temperatur des Arbeitsmittels nicht berücksichtigt. Weiterhin führt auch eine Neigung bzw. Schräglage des Kompressors zu Verschiebungen des Arbeitspunktes des Kompressors. Dies führt zum einen dazu, dass keine definierte Kälteleistung einstellbar ist. Zum anderen führt dies dazu, dass sich Arbeitspunkte einstellen, bei denen die Kälteerzeugungseinrichtung mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad arbeitet und einen vergleichweise hohen Bedarf an elektrischer Energie aufweist. Durch die Verschiebung des Arbeitspunktes kann es auch zur Gefahr eines Anschlagens der Kolben an einem Gehäuse des Kompressors und daraus folgend zu Sicherheitsabschaltungen des Kompressors kommen.
- Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Kälteerzeugungseinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem mit einem guten Wirkungsgrad eine definierte Kälteleistung erzeugt werden kann, so dass die Kälteerzeugungseinrichtung insbesondere für einen Einsatz in mobilen Einrichtungen, wie z.B. Schiffen, geeignet ist. Weiterhin ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Kälteerzeugungseinrichtung anzugeben.
- Die Lösung der auf das Verfahren gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7. Die Lösung der auf die Kälteerzeugungseinrichtung gerichteten Aufgabe gelingt durch eine Kälteerzeugungseinrichtung gemäß Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kälteerzeugungseinrichtung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 9 bis 12.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Hub des zumindest einen bewegbaren Kolbens auf einen, vorzugsweise vorgebbaren, Sollwert geregelt. Unter dem Hub eines Kolbens wird hierbei die Strecke verstanden, die der Kolben von einem ersten Totpunkt (Umkehrpunkt) seiner Hin- und Herbewegung bis zu einem zweiten Totpunkt (Umkehrpunkt) zurücklegt. Durch eine derartige Regelung des Hubs kann ein fester Arbeitspunkt der Kälteerzeugungseinrichtung unabhängig von der Temperatur, dem Fülldruck des Arbeitsmittels und anderer Einflüsse wie z.B. einer Schräglage des Kompressors eingestellt werden. Anhand des Kolbenhubs und der Frequenz ist dabei ein genauer Rückschluss auf die erzeugte Kälteleistung möglich. Es kann somit gezielt ein Arbeitspunkt eingestellt werden, bei dem mit einem guten Wirkungsgrad eine definierte, insbesondere vorgebare, Kälteleistung erzeugt wird. Eine derartig betriebene Kälteerzeugungseinrichtung ist somit besonders für einen Einsatz in mobilen Einrichtungen, wie z.B. Schiffen, geeignet.
- Für einen genauen und leistungsstarken Antrieb des oder jeden bewegbaren Kolbens umfasst die Kälteerzeugungseinrichtung jeweils einen elektrischen Motor und einen Frequenzumrichter zur Versorgung des Motors mit elektrischem Strom mit einer vorgebbaren Spannung und Frequenz.
- Somit umfasst die Kälteerzeugungseinrichtung zwei bewegbare Kolben, die über jeweils einen Frequenzumrichter von jeweils einem elektrischen Motor mit frequenzsynchroner Spannung antreibbar sind, wobei die Motoren als zweiphasige Wechselstrommotoren und die Frequenzumrichter als dreiphasige Umrichter mit einem Spannungszwischenkreis ausgebildet sind, wobei die Umrichter eingangsseitig mit einem Dreiphasennetz verbindbar und ausgangsseitig über zwei Phasen mit dem jeweiligen Motor verbunden sind, und wobei parallel zu den Spannungszwischenkreisen ein zusätzlicher Kondensator geschaltet ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Sollwert für den Hub aus einem Sollwert für die Kälteleistung abgeleitet und durch die Regelung des Hubs auf einen vorgebbaren Sollwert wird die Kälteleistung auf diesen Sollwert gesteuert und/oder geregelt.
- Bei zwei sich synchron gegeneinander linear hin- und her bewegenden Kolben kann als Regelgröße für die Regelung des Kolbenhubs auch ein Mittelwert aus dem Hub der beiden Kolben verwendet werden.
- Wenn der oder jeder bewegbare Kolben von jeweils einem Motor angetrieben wird, kann die Regelung des Kolbenhubs dadurch sehr genau erfolgen, dass als Stellgröße für die Regelung des Kolbenhubs die an dem jeweiligen Motor anliegende Spannung verwendet wird.
- Bei der Regelung des Kolbenhubs kann dabei die Frequenz der Hin- und Herbewegung fest vorgegeben werden.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Regelung des Kolbenhubs jedoch eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung ermittelt und die Frequenz der Hin- und Herbewegung des zumindest einen bewegbaren Kolbens auf diese Resonanzfrequenz eingestellt. Hierdurch kann im Betrieb automatisch ein Arbeitspunkt mit einem optimalen Wirkungsgrad eingestellt werden.
- Die Resonanzfrequenz kann besonders einfach über eine Phasenverschiebung zwischen einem Motorstrom und einer Motorspannung ermittelt werden. Alternativ kann die Resonanzfrequenz auch über den Stellwert für die Regelung des Kolbenhubs ermittelt werden.
- Von Vorteil werden bei zwei sich synchron gegeneinander linear hin- und her bewegenden Kolben bei der Regelung des Kolbenhubs Abweichungen und Unregelmäßigkeiten bezüglich einer Nulllage der Kolben, z.B. aufgrund einer Schräglage des Kompressors, ausgeglichen. Bei einer Schräglage des Kompressors, in der die Hin- und Herbewegung nicht nur eine Komponente in horizontaler Richtung, sondern auch eine Komponente in vertikaler Richtung aufweist, haben auch die Motorkräfte sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Komponente. Die vertikale Komponente tritt dabei in Wechselwirkung mit der Schwerkraft. Dies führt dazu, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt bei einem der Kolben die Motorkraft mit der Schwerkraft wirkt und bei dem anderen Kolben dagegen entgegen der Schwerkraft wirkt. Hierdurch ist bei einem der Kolben eine geringere Antriebskraft nötig, um zum Totpunkt zu gelangen, als bei dem anderen Kolben. Entsprechend würde sich bei einem Betrieb mit einem konstanten Stellwert für beide Motoren (z.B. Motorspannung) die Wege der Kolben verändern, so dass es zu einer Nullpunktverschiebung der Kolben kommt, die die maximale Kälteleistung reduziert. Diese kann z.B. durch eine gezielt unterschiedliche Ansteuerung der beiden Motoren, beispielsweise z.B. in Form eines Offsets in deren Stellgrößen (z.B. durch einen Gleichspannungsanteils in der Motorspannung) ausgeglichen werden.
- Eine erfindungsgemäße Kälteerzeugungseinrichtung zur Kühlung eines Supraleiters umfasst einen Linearkompressor zum Verdichten eines Arbeitsmittels und eine Kälteeinheit zur Abgabe einer Kälteleistung an ein kryogenes Kühlmittel des Supraleiters durch Entspannen des Arbeitsmittels, wobei der Linearkompressor zwei Kolben aufweist, von denen zumindest einer, vorzugsweise beide synchron gegeneinander, mit einer Frequenz und mit einem Hub linear zu dem jeweils anderen Kolben bewegbar ist bzw. sind. Die Kälteerzeugungseinrichtung umfasst dabei eine Regelungseinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie den Hub des zumindest einen bewegbaren Kolbens auf einen, vorzugsweise vorgebbaren, Sollwert regelt.
- Vorzugsweise sind in der Regelungseinrichtung Daten abgespeichert, die einen Zusammenhang zwischen der Kälteleistung und dem Kolbenhub beschreiben.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kälteerzeugungseinrichtung eine überlagerte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Kälteleistung auf einen vorgebbaren Sollwert durch Regelung des Kolbenhubs.
- Zur Messung des Kolbenhubs des zumindest einen bewegbaren Kolbens kann die Regelungseinrichtung eine Messeinrichtung, vorzugsweise einen Magnetfeldsensor oder einen optischen Sensor, umfassen.
- Eine automatische Einstellung eines Arbeitspunktes mit einem optimalen Wirkungsgrad ist dadurch möglich, dass die Regelungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass sie bei der Regelung des Kolbenhubs eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung ermittelt und die Frequenz der Hin- und Herbewegung auf diese Resonanzfrequenz einstellt.
- Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Beispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen:
- FIG 1
- ein Beispiel für einen Schiffsantrieb mit einem Motor mit einem Supraleiter,
- FIG 2
- einen schematischen Schnitt durch einen Linearkompressor,
- FIG 3
- ein Diagramm mit einer Darstellung der Abhängigkeit der Kälteleistung vom Kolbenhub,
- FIG 4
- Komponenten für die Ansteuerung und Regelung des Linearkompressors,
- FIG 5
- ein Diagramm mit Messwerten für den Hub der Kolben eines Linearkompressors,
- FIG 6
- ein Blockschaltbild der Regelung,
- FIG 7
- ein Diagramm mit einer Darstellung der Abhängigkeit der Kälteleistung und des Hubs von der Frequenz,
- FIG 8
- erfindungsgemäße Form mit zweiphasigen Motoren und dreiphasigen Umrichtern.
- Ein in
FIG 1 gezeigtes und aus dem Stand der Technik bekanntes Schiffsantriebssystem 1 umfasst einen HochtemperaturSupraleiter-Motor (HTS-Motor) 2, der in einer Gondel 3 außerhalb des eigentlichen Schiffsrumpfes angeordnet ist und auch als Pod-Antrieb bezeichnet wird. Der HTS-Motor 2 kann sich aber auch im Inneren des Schiffes befinden. Der HTS-Motor 2 weist einen Läufer 4 mit einer rotierenden HochtemperaturSupraleiter-Feldwicklung 5 auf, die in einem Kryostaten 6 angeordnet ist, in dem sich Neon mit einer Temperatur von 25 K als Kältemittel für den Supraleiter befindet. Der Läufer 4 ist von einem Ständer (Stator) 7 umgeben. Dazwischen befindet sich ein Luftspalt. Die Stromversorgung des HTS-Motors erfolgt über elektrische Leitungen 8. Der HTS-Motor 2 ist über eine Propellerwelle 9 mit einem Propeller 10 verbunden. - Der Kryostat 6 ist über eine Kryo-Heatpipe 12 an eine Kälteeinheit 22 einer Kälteerzeugungseinrichtung 20 angeschlossen . Die Kälteerzeugungseinrichtung 20 umfasst einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf 21 für ein Arbeitsmittel, in den neben der Kälteeinheit 22 noch ein ölfreier Linearkompressor 30 und ein Wärmetauscher 24 geschaltet sind. In dem Kreislauf 21 wird das Arbeitsmittel in dem Kompressor 30 verdichtet, in dem Wärmetauscher 24 abgekühlt und in der Kälteeinheit 22 entspannt und gibt hierdurch Kälteleistung an das Kältemittel des Supraleiters ab. In dem Kryostaten 6 verdampftes Kältemittel wird der Kälteeinheit 22 über die Kryo-Heatpipe 12 zugeführt und an einer gekühlten Oberfläche der Kälteeinheit 22 wieder rekondensiert.
- Wenn die Kälteerzeugungseinrichtung 20 nach dem Prinzip von Gifford-McMahon arbeitet, handelt es sich bei der Kälteeinheit 22 um einen sogenannten Kaltkopf. Als Arbeitsmittel kommt beispielsweise Heliumgas zum Einsatz. Die Kälteerzeugungseinrichtung kann aber auch beispielsweise nach dem Pulse-Tube-Prinzip oder nach dem Stirling Prinzip arbeiten.
- Weitere Details des Linearkompressors 30 sind schematisch in
FIG 2 gezeigt. Der Linearkompressor 30 weist zwei Kolben 31 auf, die in einem Gehäuse 34 in der mit den Pfeilen 32 bezeichneten Richtung linear gegeneinander mit einer Frequenz f und mit einem Hub H zu dem jeweils anderen Kolben 31 bewegbar sind. In einer Variante kann einer der beiden Kolben 31 auch stationär gehalten sein und nur der andere Kolben 31 linear mit einer Frequenz f und mit einem Hub H auf diesen zu bewegbar sein. - Der Antrieb der beiden Kolben 31 erfolgt durch jeweils einen Linearmotor 33. Durch die Kolbenbewegungen wird über eine mit 35 bezeichnete Zuführung Heliumgas, das einen geringen Druck aufweist, angesaugt. Das angesaugte Heliumgas wird durch die Kolben 31 verdichtet und über mit 36 bezeichnete Abführungen wieder ausgestoßen.
- Eingangsseitig liegt an den Motoren 33 eine zweiphasige Motorspannung U an, die einen Motorstrom I bewirkt.
- Erfindungsgemäß wird der Hub der beiden Kolben 31 auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt. Der Sollwert für den Hub wird dabei aus einem Sollwert für die Kälteleistung abgeleitet, die durch die Kälteeinheit 22 an das Kältemittel, hier Neon, für den Supraleiter 5 abzugeben hat. Beispielhaft hierzu zeigt das Diagramm von
FIG 3 den Zusammenhang zwischen der Kälteleistung K und dem Hub H bei konstanter Frequenz f der Hin- und Herbewegung der Kolben 31. Wie ersichtlich, steigt die Kälteleistung K mit zunehmendem Hub H der Kolben 31. Durch die Regelung des Hubs H der Kolben 31 kann die Kälteleistung somit auf einen Sollwert gesteuert und/oder geregelt werden. - Zur Bestimmung des Hubs der Kolben 31 ist im Inneren des Linearkompressors 30 an jedem der beiden Kolben 31 eine Messeinrichtung 37 zur Bestimmung des Hubs des jeweiligen Kolbens 31 angeordnet. Bei der Messeinrichtung 37 handelt es sich vorzugsweise um einen Magnetfeldsensor (z.B. einen Hall-Sensor) oder um einen optischen Sensor (z.B. eine Laserdiode) .
- Weitere Komponenten der Kälteerzeugungseinrichtung 20 für die Regelung und Ansteuerung des Linearkompressors sind in
FIG 4 gezeigt. Eine Regelungseinrichtung 40 ist derart eingerichtet, dass sie den Hub der Kolben 31 auf einen vorgebbaren Sollwert regelt. Die Regelungseinrichtung 40 empfängt entweder manuell von einem Bediener oder von einer überlagerten Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 50 zur Steuerung und/oder Regelung der Kälteleistung einen Sollwert K für die Kälteleistung. Aus diesem Sollwert werden in der Regelungseinrichtung 40 Sollwerte für den Hub der Kolben 31 und die Frequenz der Hin- und Herbewegung der Kolben 31 abgeleitet. Hierzu sind in der Regelungseinrichtung 40 Daten 41 abgespeichert, die einen Zusammenhang zwischen der Kälteleistung, dem Kolbenhub und der Resonanzfrequenz beschreiben. Diese Zusammenhänge können ggf. vorher experimentell ermittelt worden sein. - Jeweils ein Frequenzumrichter 43 dient zur Versorgung der Linearmotoren 33 mit einer vorgebbaren Spannung U der Frequenz fU. Eine Steuer- und/oder Regeleinheit 44 dient zur Steuerung und/oder Regelung der Frequenzumrichter 43.
- Als Regelgröße für die Regelung des Kolbenhubs wird ein Mittelwert aus dem Hub der beiden Kolben 31 verwendet. Die Regelungseinrichtung 40 erfasst hierzu von den Messeinrichtungen 37 über Signalleitungen 42 Istwerte für die Kolbenpositionen und ermittelt daraus einen Mittelwert des Hubes der beiden Kolben 31. Die Ausgangssignale der Messeinrichtung 37, z.B. eine Spannung, werden über mindestens eine Periode des Hubs, d.h. eine vollständige Hin- und Herbewegung, gemessen.
- Der Hub der beiden Kolben wird dabei aus einer Differenz zwischen den zwei Totpunkten der Kolben, in denen sie ihre Bewegungsrichtung umkehren, in einer Periode einer Hin- und Herbewegung bestimmt. Beispielhaft zeigt hierzu
FIG 5 verschiedene Messwerte, die den Verlauf des Hubs H über der Zeit t für die beiden Kolben 31 in einer Periode einer Hin- und Herbewegung aufzeigen. Aus diesen Messpunkten werden das Minimum und das Maximum des Kolbenhubs eines jeden Kolbens 31 und damit dessen Hub pro Periode errechnet. - Der Mittelwert aus dem Hub der beiden Kolben pro Periode ergibt einen Istwert HIm, der einem Regler 45 der Regelungseinrichtung 40zugeführt wird.
FIG 6 zeigt hierzu ein Blockschaltbild der Regelung mit dem Regler 45 und der Regelstrecke 46. Der Regler 45 bestimmt aus der Differenz zwischen dem Istwert HIm für den Kolbenhub und einem Sollwert HS für den Kolbenhub einen Stellwert, hier einen Sollwert Us für die Motorspannung U, der von der Regelungseinrichtung 20 zusammen mit einem Sollwert fs für die Frequenz der Motorspannung an die Steuer- und/oder Regeleinheit 44 der Frequenzumrichter 43 übergeben wird. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 44 steuert und/oder regelt daraufhin die Ausgangsspannung der beiden Frequenzumrichter 43 auf die geforderten Sollwerte Us und fs, wobei die beiden Linearmotoren 33 mit einer frequenzsynchronen Spannung versorgt werden. - Der Regler 45 ist beispielsweise ein I-Regler. Der genaue Aufbau des Reglers 45 erfolgt vorzugsweise nach einer Auswertung der Sprungantworten der Regelstrecke sowie des Führungsverhaltens des Gesamtsystems.
- Als Stellgrößen für die Regelung des Kolbenhubs werden somit die an den Motoren 31 anliegenden Motorspannungen U verwendet. Dabei kann bei der Regelung des Kolbenhubs die Frequenz der Hin- und Herbewegung fest vorgegeben werden. Allerdings besteht aufgrund der Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von verschiedenen Betriebsparametern wie z.B. der Temperatur und dem Fülldruck die Gefahr, dass die Kälteerzeugungseinrichtung 20 mit einem schlechten Wirkungsgrad betrieben wird. Beispielhaft zeigt
FIG 7 hierzu einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Hub H und der Kälteleistung K über der Frequenz f. Wie ersichtlich ist, findet sich ein Maximum der Kälteleistung und des Hubs im Bereich einer Resonanzfrequenz fo. Vorzugsweise wird deshalb durch die Regelungseinrichtung 20 bei der Regelung des Kolbenhubs die Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung ermittelt und die Frequenz der Hin- und Herbewegung auf diese Resonanzfrequenz eingestellt. Hierdurch kann die Kälteerzeugungseinrichtung 20 in einem Betriebspunkt mit einem optimalem Wirkungsgrad betrieben. - Die Resonanzfrequenz kann anhand eines in der Regelungseinrichtung 40 hinterlegten Zusammenhangs zwischen der Resonanzfrequenz und den Betriebsparametern (z.B. der Temperatur) ermittelt und gesteuert werden. Vorzugsweise wird aber die Resonanzfrequenz automatisch auf einen optimalen Wert geregelt. Hierzu wird durch die Regelungseinrichtung 40 durch Änderung des Sollwertes fs für die Frequenz der Motorspannung automatisch in bestimmten zeitlichen Abständen bei konstant vorgegebener Amplitude der Motorspannung U die Frequenz fU der Motorspannung in Richtung zu größeren und kleineren Frequenzen variiert und dabei die Phasenverschiebung zwischen der Motorspannung U und dem Motorstrom I ermittelt. Die Resonanzfrequenz liegt dann vor, wenn die Phasenverschiebung maximal ist.
- Die Regelungseinrichtung 40 empfängt hierzu von den Frequenzumrichtern 43 oder der Steuer- und/oder Regeleinheit 44 der Umrichter Messwerte für die Motorspannung U und den Motorstrom I und bestimmt die Phasenverschiebung. Die Bestimmung der Phasenverschiebung kann auch direkt in den Umrichtern 43 oder in der Steuer- und/oder Regeleinheit 44 erfolgen und an die Regelungseinrichtung 40 übertragen werden.
- Alternativ kann die Resonanzfrequenz auch über den Stellwert für die Regelung des Kolbenhubs ermittelt werden. Die Resonanzfrequenz ist dann diejenige Frequenz, bei der der Stellwert, hier die Motorspannung, am kleinsten ist.
- Von Vorteil werden durch die Regelungseinrichtung 40 bei der Regelung des Kolbenhubs Abweichungen und Unregelmäßigkeiten bezüglich einer Nulllage der Kolben 31, z.B. aufgrund einer Schräglage des Kompressors 20, berücksichtigt. Diese können z.B. durch unterschiedliche Sollwertvorgaben für die beiden Umrichter 43 ausgeglichen werden (z.B. in Form eines Gleichspannungsanteils in der Motorspannung).
- Zusätzlich kann die Regelungseinrichtung 40 auch noch eine Überwachung umfassen, die Kolbenanschläge an den Gehäusewänden sowie übermäßige Motorströme durch eine Sollwertreduktion verhindert. Hierzu werden von der Regelungseinrichtung 40 die von den Messeinrichtungen 37 gemessenen Extremwerte auf Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes überwacht.
- Die beiden Linearmotoren 33 können auch gemeinsam durch einen einzigen Frequenzumrichter 43 gespeist werden. Allerdings können dann bei der Regelung des Kolbenhubs die beiden Motoren zum Ausgleich von Abweichungen und Unregelmäßigkeiten bezüglich einer Nulllage der Kolben, z.B. bei einer Neigung des Kompressors, nicht unterschiedlich angesteuert werden.
- Gemäß der in
FIG 8 gezeigte erfindungsgemäße Form sind die Motoren 33 als zweiphasige Wechselstrommotoren ausgebildet. Da die Energieversorgungsnetze in größeren Anlagen, wie z.B. in Schiffen, meist als dreiphasige Drehstromnetze 60 ausgebildet sind, sind die Frequenzumrichter 43 als dreiphasige Umrichter mit jeweils einem netzseitigen Stromrichter 61, einem motorseitigen Stromrichter 62 und einem dazwischen angeordneten Spannungszwischenkreis 63 ausgebildet, um eine symmetrische Belastung des Netzes 60 sicherzustellen. - Bei Verwendung handelsüblicher Umrichter 43 besteht dann allerdings die Gefahr, dass diese die zweiphasige Belastung des Zwischenkreises 63 als einen Phasenausfall am Netz erkennen und deshalb abschalten. Eine Abhilfe besteht darin, dass die Zwischenkreisspannungen der beiden Umrichter 43 über einen zusätzlichen Kondensator 64 stabilisiert werden, der parallel zu den Zwischenkreisen 63 der beiden Umrichter 43 geschaltet ist.
- Die von der Kälteerzeugungseinrichtung 20 erzeugte Kälteleistung ist durch Regelung des Hubs nun steuerbar bzw. regelbar geworden. Hierin liegt ein enormes Einsparpotential an zugeführter elektrischer Energie, da der Wirkungsgrad eines Kompressors nur bei ca. 1 % liegt. Handelsübliche Kompressoren laufen immer unter Volllast, nichtbenötigte Kälteleistung wird durch Gegenheizen kompensiert bzw. vernichtet. 1 W vernichteter Kälteleistung entspricht hierbei 100 W vernichteter aus dem Netz aufgenommener Leistung. Durch die erfindungsgemäße Regelung und Ansteuerung ist es möglich, den Kompressor an einem festen Arbeitspunkt zu halten, ohne dass Temperaturänderungen oder andere betriebliche Einwirkungen (z.B. Schräglagen des Kompressors) zu Verschiebungen des Arbeitspunktes führen. Auch ein Anschlagen der Kolben und damit einhergehende Sicherheitsabschaltungen des Kompressors können vermieden werden.
- Ein fest eingestellter Arbeitspunkt kann hierbei auch unter Neigung bzw. Schräglage des Kompressors gehalten werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz des Kompressors auf Schiffen. Da es für die für die Regelung und Ansteuerung verwendeten Komponenten bereits schiffbautaugliche Ausführungen im Handel gibt, kann eine erfindungsgemäße Kälteerzeugungseinrichtung somit voll schifftauglich ausgeführt werden.
- Der Arbeitspunkt des Kompressors kann durch automatisches Nachjustieren der Betriebsfrequenz immer nahe am Resonanzpunkt betrieben werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Kompressor zu jeder Zeit am Resonanzpunkt betrieben wird, d.h. einen optimalen Wirkungsgrad besitzt.
- Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung können auch mehrere Kompressoren, die in einem Verbund betrieben werden, parallel gesteuert bzw. geregelt werden. Beispielsweise werden für eine HTS-Synchronmaschine bis zu vier Kältererzeugungseinrichtungen (Refrigeratoren) benötigt, wovon z.B. zwei als Redundanz vorgesehen sind. Statt zwei solcher Einrichtungen auf Volllast laufen zu lassen, können nun alle vier bei Teillast gefahren werden. Hierdurch können alle vier Einrichtungen in einem für den Wirkungsgrad günstigen Bereich arbeiten.
Claims (12)
- Verfahren zum Betrieb einer Kälteerzeugungseinrichtung (20) zur Kühlung eines Supraleiters (5), wobei die Kälteerzeugungseinrichtung (20) einen Linearkompressor (23) zum Verdichten eines Arbeitsmittels und eine Kälteeinheit (22) zur Abgabe einer Kälteleistung (K) an ein kryogenes Kühlmittel des Supraleiters (5) durch Entspannen des Arbeitsmittels umfasst, wobei der Linearkompressor (23) zwei Kolben (31) aufweist, von denen zumindest einer, vorzugsweise beide synchron gegeneinander, mit einer Frequenz (f) und mit einem Hub (H) linear zu dem jeweils anderen Kolben bewegbar ist bzw. sind, wobei der Hub (H) des zumindest einen bewegbaren Kolbens (31) auf einen, vorzugsweise vorgebbaren, Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder bewegbare Kolben (31) von jeweils einem Motor (33) über jeweils einen Frequenzumrichter (43) zur Versorgung des Motors (33) mit elektrischem Strom mit einer vorgebbaren Spannung und Frequenz angetrieben wird, wobei als Stellgröße für die Regelung des Kolbenhubs (H) die an dem jeweiligen Motor (33) anliegende Spannung (U) verwendet wird, wobei die Motoren (33) als zweiphasige Wechselstrommotoren und die Frequenzumrichter (43) als dreiphasige Umrichter mit einem Spannungszwischenkreis (63) ausgebildet sind, wobei die Umrichter (43) eingangsseitig mit einem Dreiphasennetz (60) und ausgangsseitig über zwei Phasen mit dem jeweiligen Motor (33) verbunden werden, und wobei parallel zu den Spannungszwischenkreisen (63) ein zusätzlicher Kondensator (65) geschaltet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Hub (H) aus einem Sollwert für die Kälteleistung (K) abgeleitet wird und durch die Regelung des Hubs (H) auf einen vorgebbaren Sollwert die Kälteleistung (K) auf diesen Sollwert gesteuert und/oder geregelt wird. - Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei sich synchron gegeneinander linear hin- und her bewegenden Kolben (31) als Regelgröße für die Regelung des Kolbenhubs ein Mittelwert aus dem Hub der beiden Kolben verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung des Kolbenhubs (H) die Frequenz (f) der Hin- und Herbewegung fest vorgegeben wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung des Kolbenhubs (H) eine Resonanzfrequenz (fo) der Hin- und Herbewegung ermittelt und die Frequenz (f) der Hin- und Herbewegung auf diese Resonanzfrequenz (fo) eingestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz (fo) über eine Phasenverschiebung zwischen einem Motorstrom (I) und einer Motorspannung (U) oder über einen Stellwert für die Regelung des Kolbenhubs ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung des Kolbenhubs (H) Abweichungen und Unregelmäßigkeiten bezüglich einer Nulllage der Kolben (31) ausgeglichen werden. - Kälteerzeugungseinrichtung (20) zur Kühlung eines Supraleiters (5), umfassend einen Linearkompressor (23) zum Verdichten eines Arbeitsmittels und eine Kälteeinheit (22) zur Abgabe einer Kälteleistung (K) an ein kryogenes Kühlmittel des Supraleiters (5) durch Entspannen des Arbeitsmittels, wobei der Linearkompressor (23) zwei Kolben (31) aufweist, von denen zumindest einer, vorzugsweise beide synchron gegeneinander, mit einer Frequenz (f) und mit einem Hub (H) linear zu dem jeweils anderen Kolben bewegbar ist bzw. sind, weiter umfassend eine Regelungseinrichtung (40), die derart eingerichtet ist, dass sie den Hub (H) des zumindest einen bewegbaren Kolbens (31) auf einen, vorzugsweise vorgebbaren, Sollwert regelt
dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Antrieb des oder jeden bewegbaren Kolbens (31) jeweils einen elektrischen Motor (33) und einen Frequenzumrichter (43) zur Versorgung des Motors (33) mit elektrischem Strom mit einer vorgebbaren Spannung und Frequenz umfasst und weiter gekennzeichnet durch zwei bewegbare Kolben (31), die über jeweils einen Frequenzumrichter (43) von jeweils einem elektrischen Motor (33) mit einer frequenzsynchronen Spannung antreibbar sind, wobei die Motoren (33) als zweiphasige Wechselstrommotoren und die Frequenzumrichter (43) als dreiphasige Umrichter mit einem Spannungszwischenkreis (63) ausgebildet sind, wobei die Umrichter (43) eingangsseitig mit einem Dreiphasennetz (60) verbindbar und ausgangsseitig über zwei Phasen mit dem jeweiligen Motor (33) verbunden sind, und wobei parallel zu den Spannungszwischenkreisen (63) ein zusätzlicher Kondensator (65) geschaltet ist. - Kälteerzeugungseinrichtung (20) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelungseinrichtung (40) Daten (41) abgespeichert sind, die einen Zusammenhang zwischen der Kälteleistung (K) und dem Kolbenhub (H) beschreiben. - Kälteerzeugungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine überlagerte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (50) zur Steuerung und/oder Regelung der Kälteleistung (K) auf einen vorgebbaren Sollwert durch eine Regelung des Kolbenhubs (H) umfasst.
- Kälteerzeugungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (40) eine Messeinrichtung (37), insbesondere einen Magnetfeldsensor oder einen optischen Sensor, zur Messung des Kolbenhubs (H) des zumindest einen bewegbaren Kolbens (31) umfasst.
- Kälteerzeugungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (40) derart eingerichtet ist, dass sie bei der Regelung des Kolbenhubs (H) eine Resonanzfrequenz (fo) der Hin- und Herbewegung ermittelt und die Frequenz (f) der Hin- und Herbewegung auf diese Resonanzfrequenz (fo) einstellt.
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