Wiadomości

Jak najlepiej odprowadzać ciepło w falownikach dużej mocy?

Większość falowników dużej mocy i związanych z nimi komponentów elektronicznych jest zintegrowana z szafami elektrycznymi. Falowniki nie tylko poprawiają wydajność systemu, ale sprawność samego falownika jest również bardzo wysoka, ze stratą wynoszącą zaledwie 2% do 4%. Jednak ze względu na dużą konwersję mocy w falownikach dużej mocy, nawet jeśli utrata sprawności jest niewielka, doprowadzi to do wytworzenia od kilku kilowatów do kilkudziesięciu kilowatów ciepła odpadowego, które musi zostać rozproszone.


W otwartych szafach chłodzonych powietrzem łatwo jest usunąć to ciepło. Jednak w trudnych warunkach, w których chłodzenie wentylatorem filtrowanym lub chłodzenie za pomocą bezpośredniego przepływu powietrza nie jest możliwe, zarządzanie temperaturą obudowy staje się ważną częścią procesu projektowania. Strategie są niezbędne do wydajnego, pasywnego i ekonomicznego chłodzenia szczelnych napędów obudów średniej i dużej mocy w trudnych warunkach.

01 Przepływowe lub uszczelnione

Otwarte szafy z przepływem powietrza umożliwiają przepływ powietrza z otoczenia przez szafę, skutecznie chłodząc bezpośrednio moduły o dużej mocy. Jednak to wydajne chłodzenie może powodować przedostawanie się zanieczyszczeń zewnętrznych do obudowy, które są zwykle minimalizowane dzięki zastosowaniu systemu filtrów wentylatorów do filtrowania powietrza napływającego do szafy. Filtry pomagają zmniejszyć ilość kurzu i zanieczyszczeń, ale wymagają regularnej konserwacji w celu wyczyszczenia lub wymiany filtrów.

W tych systemach komponenty dużej mocy (tranzystory bipolarne z izolowaną bramką, tyrystory komutowane ze zintegrowaną bramką, prostowniki sterowane krzemem) są zwykle podłączone do chłodzonej cieczą zimnej płyty. Płyn następnie odprowadza ciepło do otaczającego powietrza za pomocą systemu sprężania pary lub przez wymiennik ciepła ciecz-powietrze. W obu przypadkach wymagany wymiennik ciepła z powietrzem otoczenia może znajdować się wewnątrz lub na zewnątrz obiektu. Podstawową wadą tych systemów są wyzwania związane z wprowadzaniem płynu do szafy oraz odprowadzaniem chłodziwa do i z szafy.

02 Termosyfony pętlowe

Termosyfony pętlowe (LTS) to dwufazowe urządzenia chłodzące napędzane grawitacyjnie. Działają podobnie do rurek cieplnych, w których płyn roboczy odparowuje i skrapla się w zamkniętej pętli, aby przekazać ciepło na określoną odległość. Główną przewagą termosyfonów pętlowych nad rurkami cieplnymi jest możliwość zastosowania przewodzącego płynu roboczego, pozwalającego na wydajną, długodystansową transmisję dużej mocy. Termosyfony pętlowe nie mają ruchomych części i są bardziej niezawodne niż aktywne płyny chłodzące, sprężanie pary lub pompowane dwufazowe systemy chłodzenia. Termosyfony pętlowe idealnie nadają się do przenoszenia ciepła odpadowego o dużej mocy z energoelektroniki w szafie do otoczenia na zewnątrz szafy.

03 Wymienniki ciepła w szczelnych obudowach

Termosyfony pętlowe to doskonała metoda usuwania dużych ilości ciepła bezpośrednio z elementów wytwarzających wysokie ciepło. Jednak obciążenie ciepłem odpadowym komponentów wtórnych nadal musi być schładzane. Te drugorzędne komponenty, w tym wiele urządzeń o małej mocy rozproszonych po całej szafie, są trudne do schłodzenia przez bezpośredni kontakt. W przypadku tych komponentów o małej mocy i niskim strumieniu ciepła najbardziej praktyczną metodą jest bezpośrednie chłodzenie powietrzem. Komponenty o małej mocy mogą być łatwo chłodzone przez wymienniki ciepła powietrze-powietrze przy zachowaniu integralności uszczelnienia obudowy.

W kombinacji termosyfonu pętlowego i uszczelnionego wymiennika ciepła, tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT) dużej mocy lub tyrystory z komutowaną bramką (IGCT) są zamontowane na zimnej płycie termosyfonu pętlowego, a ich obciążenie 10 kW plus obciążenie cieplne jest odprowadzane do powietrza w szafie zewnętrznej przez termosyfon pętlowy (patrz rysunek 2). Wszystkie wtórne elementy elektroniczne są chłodzone przez szczelny wymiennik ciepła powietrze-powietrze, który może usunąć około 1 kW ciepła odpadowego.

Pompy wodociągowe wielu elektrowni są również dość mocne. Na przykład elektrownia cieplna o mocy 2*300 MW ma pompę wodociągową o mocy 5500 kW. Przy tak dużej mocy stosuje się typy średniego i wysokiego napięcia, takie jak 6KV.
Niektóre młyny kulowe mają również stosunkowo dużą moc, takie jak młyn kulowy Ф5500×8500, którego moc silnika wynosi 4500 kW.
Istnieje również kilka dużych walcarek o stosunkowo dużej mocy silnika, zwłaszcza urządzeń do walcowania na gorąco. Na przykład moc silnika niektórych młynów wykańczających wynosi 11 000 kilowatów.

Ogólne metody rozpraszania ciepła dla falowników

Opierając się na obecnej strukturze falowników, rozpraszanie ciepła można ogólnie podzielić na następujące trzy typy: naturalne rozpraszanie ciepła, rozpraszanie ciepła konwekcyjnego, chłodzenie cieczą i rozpraszanie ciepła w środowisku zewnętrznym.

(I) Naturalne rozpraszanie ciepła W przypadku falowników o małej mocy zwykle stosuje się naturalne rozpraszanie ciepła. Środowisko użytkowania powinno być dobrze wentylowane i wolne od kurzu i pływających przedmiotów. Ten typ falownika jest najczęściej używany do klimatyzatorów domowych, obrabiarek CNC itp., o bardzo niskiej mocy i stosunkowo dobrym środowisku użytkowania.


(II) Chłodzenie konwekcyjne rozprasza ciepło

Chłodzenie konwekcyjne jest powszechnie stosowaną metodą chłodzenia, jak pokazano na rysunku 2. Wraz z rozwojem urządzeń półprzewodnikowych, radiatory urządzeń półprzewodnikowych również szybko się rozwinęły, dążąc do standaryzacji, serializacji i uogólnienia; Podczas gdy nowe produkty rozwijają się w kierunku niskiej odporności termicznej, wielofunkcyjności, niewielkich rozmiarów, niewielkiej wagi i nadają się do zautomatyzowanej produkcji i instalacji. Kilku głównych producentów radiatorów na świecie ma tysiące serii produktów, z których wszystkie zostały przetestowane i zapewniają krzywe zużycia energii i oporu cieplnego radiatora, co zapewnia wygodę użytkownikom w dokładnym wyborze. Jednocześnie rozwój wentylatorów rozpraszających ciepło jest również dość szybki, wykazując cechy niewielkich rozmiarów, długiej żywotności, niskiego poziomu hałasu, niskiego zużycia energii, dużej objętości powietrza i wysokiej ochrony. Na przykład powszechnie stosowany wentylator rozpraszający ciepło inwerterowy o małej mocy ma tylko 25 mm × 25 mm × 10 mm; Japoński wentylator SANYO o długiej żywotności może osiągnąć 200000 godzin, a poziom ochrony może osiągnąć IPX5; jest też SingapurLEIPOLE wentylator osiowy o dużej objętości powietrza,o objętości spalin do 5700m3/h. Czynniki te zapewniają projektantom bardzo szeroki wybór przestrzeni.

Chłodzenie konwekcyjne jest szeroko stosowane, ponieważ zastosowane komponenty (wentylatory, radiatory) są łatwe w doborze, koszt nie jest zbyt wysoki, a moc falownika może wynosić od kilkudziesięciu do kilkuset kVA, a nawet więcej (przy użyciu jednostek równolegle).
(1) Chłodzenie z wbudowanym wentylatorem falownika

Chłodzenie z wbudowanym wentylatorem jest zwykle stosowane w falownikach ogólnego przeznaczenia o małej wydajności. Dzięki prawidłowej instalacji falownika można zmaksymalizować wydajność chłodniczą wbudowanego wentylatora falownika. Wbudowany wentylator może odprowadzać ciepło do wnętrza falownika. Końcowe odprowadzanie ciepła odbywa się przez żelazną płytę skrzynki falownika. Metoda chłodzenia wykorzystująca tylko wbudowany wentylator falownika jest odpowiednia dla skrzynek sterowniczych z oddzielnymi falownikami i skrzynek sterowniczych ze stosunkowo niewielką liczbą elementów sterujących. Jeśli w skrzynce sterowniczej falownika znajduje się kilka falowników lub innych elementów elektrycznych o stosunkowo dużym rozpraszaniu ciepła, efekt rozpraszania ciepła nie jest bardzo oczywisty.

(2) Chłodzenie zewnętrznym wentylatorem falownika

Dodając kilka wentylatorów z funkcją konwekcji wentylacyjnej w skrzynce sterowniczej, w której zainstalowany jest falownik, można znacznie poprawić efekt rozpraszania ciepła przez falownik i obniżyć temperaturę środowiska pracy falownika. Wydajność wentylatora można obliczyć na podstawie rozpraszania ciepła przez falownik. Porozmawiajmy o ogólnej metodzie doboru: Na podstawie doświadczenia obliczyliśmy, że na każdy 1kW ciepła generowanego przez pobór mocy objętość wyciągu wentylatora wynosi 360m³/h, a pobór mocy falownika to 4-5% jego mocy. Tutaj obliczamy na 5% i możemy uzyskać zależność między wentylatorem dostosowanym do falownika a jego wydajnością: Na przykład: moc falownika wynosi 90 kilowatów, to: objętość wyciągu wentylatora (m3/h) = wydajność falownika × 5% × 360m³/h/kW = 1620m³/h

Następnie wybierz model wentylatora różnych producentów w zależności od objętości wyciągu wentylatora, aby uzyskać wentylator spełniający nasze warunki. Ogólnie rzecz biorąc, chłodzenie wentylatorem jest głównym sposobem chłodzenia inwerterowego na tym etapie, szczególnie przydatnym w stosunkowo dużych szafach sterowniczych oraz gdy komponenty elektryczne w szafie sterowniczej pracują i nagrzewają się w tym samym czasie. Nadaje się do wysoce zintegrowanych scentralizowanych szaf sterowniczych i skrzynek sterowniczych. Ponadto, ze względu na ciągły postęp technologiczny w ostatnich latach, wentylatory rozpraszające ciepło nie są już tak ogromne jak w poprzednich latach, a małe i mocne wentylatory są wszędzie. Wydajność kosztowa jest również znacznie lepsza niż w przypadku innych metod chłodzenia.