Chłodzenie termiczne przetwornicy częstotliwości o dużej mocy

Przetwornice częstotliwości zapewniają zasilanie i sterowanie silnikami komercyjnymi i przemysłowymi i muszą być chronione termicznie zgodnie z ich projektem i środowiskiem zastosowania. Główne zalety przemiennika częstotliwości to elastyczne sterowanie, stabilna wydajność rozruchu i wyłączania oraz znaczna oszczędność energii dzięki wentylatorom odśrodkowym i pompom pracującym ze zmiennym obciążeniem.

Sprawność większości przemienników częstotliwości i ich akcesoriów wzrasta nie tylko o 4 procent, ale także o 2 procent w układzie elektronicznym. Jednak ze względu na dużą konwersję mocy w przetwornicy częstotliwości dużej mocy, nawet jeśli utrata wydajności jest niewielka, doprowadzi to do wytwarzania ciepła odpadowego z kilku kilowatów do kilkudziesięciu kilowatów. Musimy spróbować rozproszyć to ciepło.

1. Otwarte lub zapieczętowane:

W otwartej szafce chłodzonej powietrzem łatwo jest usunąć to ciepło. Jednak w trudnych warunkach niemożliwe jest zastosowanie chłodzenia wentylatora filtrującego lub bezpośredniego przepływu powietrza do chłodzenia, a zarządzanie ciepłem powłoki stało się ważną częścią procesu projektowania. Strategia badawcza jest bardzo ważna dla przetwornicy częstotliwości, która skutecznie, pasywnie i ekonomicznie chłodzi uszczelnioną powłokę średniej i dużej mocy w trudnych warunkach.

Szafa z otwartym przepływem powietrza może umożliwić cyrkulację powietrza otoczenia przez szafę i bezpośrednie i skuteczne chłodzenie modułu dużej mocy. Uszczelniona obudowa nie pozwala na dostanie się powietrza z zewnątrz do szafy, ale wykorzystuje powietrze w szafie do chłodzenia produktów elektronicznych i oddawania ciepła do otaczającego powietrza przez wymiennik ciepła. Obie szafy nadają się do systemów małej mocy. Jednak w przypadku wielu szaf inwerterowych o dużej mocy poziom zużycia energii jest wyższy niż w przypadku chłodzenia powietrzem. Elementy o małej mocy są na ogół chłodzone bezpośrednio strumieniem powietrza, podczas gdy elementy o większej mocy są chłodzone bezpośrednio lub pośrednio przez wodę chłodzącą obiekt, układ sprężania pary lub układ pompowanej cieczy.

2. Chłodzenie termosyfonowe:

Termosyfon pętlowy (LTS) to dwufazowe urządzenie chłodzące z napędem grawitacyjnym. Ich tryb pracy jest podobny do trybu heat pipe. Dopóki płyn roboczy odparowuje i skrapla się w obiegu zamkniętym, może przenosić ciepło na określoną odległość. W porównaniu z rurą cieplną, główną zaletą termosyfonu pętlowego jest to, że może wykorzystywać przewodzący płyn roboczy i przesyłać dużą moc wydajnie i zdalnie. W porównaniu z aktywnym płynem chłodzącym, sprężaniem pary lub dwufazowym układem chłodzenia z pompą, termosyfon pętlowy nie ma ruchomych części i jest bardziej niezawodny. Termosyfon pętlowy doskonale nadaje się do przesyłania ciepła odpadowego o dużej mocy z urządzeń energoelektronicznych w szafie do środowiska zewnętrznego szafy.

3. Uszczelniony płaszczowy wymiennik ciepła:

W połączeniu termosyfonu pętlowego i szczelnego wymiennika ciepła, tranzystor bipolarny z izolowaną bramką dużej mocy (IGBT) lub tyrystor z komutowaną bramką (IGCT) jest instalowany na płycie zimnej termosyfonu pętlowego. Jego obciążenie 10kW plus obciążenie cieplne jest odprowadzane do powietrza zewnętrznej szafki przez termosyfon pętlowy. Wszystkie wtórne komponenty elektroniczne są chłodzone przez szczelny gazowo-gazowy wymiennik ciepła, który może odprowadzać ciepło odpadowe o mocy około 1 kW. Uszczelniona obudowa chłodnicy może odprowadzać ciepło wytwarzane przez niskoenergetyczne i rozproszone komponenty w szafie elektroniki mocy i zapobiegać interakcji zanieczyszczeń z powietrza zewnętrznego z tymi komponentami. Połączenie dwóch rozwiązań chłodzących może niezawodnie chłodzić sterownik silnika dużej mocy w szczelnej obudowie wymaganej w trudnych warunkach pracy.

4. Chłodzenie cieczą:

Chłodzenie cieczą jest powszechnym sposobem przemysłowego chłodzenia cieczą. W przypadku wyposażenia przetwornicy częstotliwości ta metoda jest rzadko stosowana do odprowadzania ciepła ze względu na jej wysoki koszt i dużą objętość w przypadku zastosowania w przetwornicy częstotliwości o małej wydajności. Ponadto, ponieważ pojemność ogólnej przetwornicy częstotliwości wynosi od kilku KVA do prawie 100 KVA, a moc nie jest zbyt duża, trudno jest zapewnić użytkownikom akceptację kosztów. Ta metoda jest stosowana tylko w wyjątkowych sytuacjach) i przetwornic częstotliwości o szczególnie dużej wydajności.

Bez względu na to, które rozwiązanie termiczne zostanie przyjęte, jego pobór mocy należy określić zgodnie z wydajnością przetwornicy częstotliwości, a odpowiednie wentylatory i grzejniki należy dobrać w celu uzyskania doskonałej wydajności kosztowej. Jednocześnie należy w pełni uwzględnić czynniki środowiskowe wykorzystywane przez przetwornicę częstotliwości. Ze względu na trudne warunki otoczenia należy podjąć odpowiednie środki w celu zapewnienia normalnej i niezawodnej pracy przetwornicy częstotliwości. Z punktu widzenia samej przetwornicy częstotliwości należy w miarę możliwości unikać wpływu niekorzystnych czynników, aby zapewnić niezawodną pracę przetwornicy częstotliwości.