Sposoby chłodzenia przetwornic częstotliwości dużej mocy
Przetwornice częstotliwości zapewniają zasilanie i sterowanie silnikami komercyjnymi i przemysłowymi i muszą być zabezpieczone termicznie zgodnie z ich konstrukcją i środowiskiem zastosowania. Głównymi zaletami przetwornicy częstotliwości są elastyczne sterowanie, stabilne uruchamianie i wyłączanie oraz znaczna oszczędność energii, jaką zapewniają wentylatory odśrodkowe i pompy pracujące przy zmiennym obciążeniu.
Sprawność większości przetwornic częstotliwości i ich akcesoriów wzrasta nie tylko o 4 procent, ale także o 2 procent w układzie elektronicznym. Jednakże, ze względu na dużą konwersję mocy w przetwornicy częstotliwości dużej mocy, nawet jeśli utrata wydajności jest niewielka, będzie to prowadzić do wytwarzania ciepła odpadowego o mocy od kilku kilowatów do kilkudziesięciu kilowatów. Musimy spróbować rozproszyć to ciepło.
1. Otwarte lub zapieczętowane:
W otwartej szafie chłodzonej powietrzem łatwo jest usunąć to ciepło. Jednak w trudnych warunkach niemożliwe jest zastosowanie chłodzenia wentylatorem filtrującym lub bezpośredniego przepływu powietrza do chłodzenia, a zarządzanie ciepłem obudowy stało się ważną częścią procesu projektowania. Strategia badawcza jest bardzo ważna w przypadku przetwornicy częstotliwości, która skutecznie, pasywnie i ekonomicznie chłodzi uszczelnioną obudowę średniej i dużej mocy w trudnych warunkach.
Szafka z otwartym przepływem powietrza umożliwia cyrkulację powietrza z otoczenia przez szafę oraz bezpośrednie i skuteczne chłodzenie modułu dużej mocy. Uszczelniona obudowa nie pozwala na przedostawanie się powietrza zewnętrznego do szafy, ale wykorzystuje powietrze z szafy do chłodzenia produktów elektronicznych i odprowadzania ciepła do powietrza otoczenia przez wymiennik ciepła. Obie szafy nadają się do systemów małej mocy. Jednak w przypadku wielu szaf z inwerterami dużej mocy poziom zużycia energii jest wyższy niż w przypadku chłodzenia powietrzem. Komponenty o małej mocy są na ogół chłodzone bezpośrednio przepływem powietrza, podczas gdy komponenty o większej mocy są chłodzone bezpośrednio lub pośrednio za pomocą wody chłodzącej w obiekcie, układu sprężania pary lub układu pompowanej cieczy.
2. Chłodzenie termosyfonowe:
Termosyfon pętlowy (LTS) to dwufazowe urządzenie chłodzące napędzane grawitacyjnie. Ich tryb pracy jest podobny do trybu heatpipe. Dopóki płyn roboczy odparowuje i skrapla się w obiegu zamkniętym, może przekazywać ciepło na zadaną odległość. W porównaniu z rurką cieplną główną zaletą termosyfonu pętlowego jest to, że może on wykorzystywać przewodzący płyn roboczy i efektywnie i zdalnie przesyłać dużą moc. W porównaniu z aktywnym płynnym chłodziwem, sprężarką parową lub pompowanym dwufazowym układem chłodzenia, termosyfon pętlowy nie ma ruchomych części i ma wyższą niezawodność. Termosyfon pętlowy doskonale nadaje się do przenoszenia ciepła odpadowego dużej mocy z urządzeń energoelektronicznych w szafie do środowiska zewnętrznego szafy.
3. Uszczelniony wymiennik ciepła płaszczowy:
W połączeniu termosyfonu pętlowego i uszczelnionego wymiennika ciepła, na zimnej płycie termosyfonu pętlowego instalowany jest tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT) lub zintegrowany tyrystor z komutacją bramki (IGCT). Jego obciążenie 10kW plus obciążenie cieplne jest odprowadzane do powietrza w szafie zewnętrznej poprzez termosyfon pętlowy. Wszystkie wtórne elementy elektroniczne są chłodzone przez szczelny wymiennik ciepła typu gaz-gaz, który może odprowadzać ciepło odpadowe o mocy około 1 kW. Uszczelniona chłodnica płaszczowa może odprowadzać ciepło wytwarzane przez rozproszone komponenty małej mocy w szafie elektroniki mocy i zapobiegać interakcji substancji zanieczyszczających powietrze zewnętrzne z tymi komponentami. Połączenie tych 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 przetwornic częstotliwości metoda ta jest rzadko stosowana do rozpraszania ciepła ze względu na jej wysoki koszt i dużą objętość, gdy jest stosowana w przetwornicy częstotliwości o małej wydajności. Co więcej, ponieważ moc ogólnej przetwornicy częstotliwości wynosi od kilku KVA do prawie 100 KVA, a wydajność nie jest zbyt duża, trudno jest zapewnić użytkownikom akceptowalną wydajność kosztową. Metodę tę stosuje się tylko w wyjątkowych sytuacjach) i przetwornice częstotliwości o szczególnie dużej wydajności.
Bez względu na to, jakie rozwiązanie termiczne zostanie przyjęte, jego pobór mocy należy określić na podstawie wydajności przetwornicy częstotliwości, a następnie wybrać odpowiednie wentylatory i grzejniki, aby uzyskać doskonałą wydajność kosztową. 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.
