Načini hlajenja frekvenčnega pretvornika visoke moči
Frekvenčni pretvorniki zagotavljajo napajanje in nadzor komercialnih in industrijskih motorjev in morajo biti toplotno zaščiteni v skladu z njihovo zasnovo in okoljem uporabe. Glavne prednosti frekvenčnega pretvornika so fleksibilno krmiljenje, stabilen zagon in zaustavitev ter znaten prihranek energije, ki ga prinašajo centrifugalni ventilatorji in črpalke, ki delujejo pod spremenljivo obremenitvijo.
Učinkovitost večine frekvenčnih pretvornikov in njihovih dodatkov se ne poveča samo za 4 odstotke, ampak se poveča tudi za 2 odstotka v elektronskem sistemu. Vendar pa bo zaradi velike pretvorbe moči v frekvenčnem pretvorniku visoke moči, tudi če je izguba učinkovitosti majhna, povzročila nastajanje odpadne toplote od nekaj kilovatov do deset kilovatov. Poskušati moramo odvesti to toploto.
1. Odprto ali zapečateno:
V odprti zračno hlajeni omarici je to toploto enostavno odstraniti. Vendar pa je v težkih okoljih nemogoče uporabiti hlajenje s filtrirnim ventilatorjem ali neposredni pretok zraka za hlajenje, zato je upravljanje toplote lupine postalo pomemben del procesa načrtovanja. Raziskovalna strategija je zelo pomembna za frekvenčni pretvornik, ki učinkovito, pasivno in ekonomično hladi zaprto lupino srednje in visoke moči v težkih okoljih.
Omara z odprtim pretokom zraka lahko omogoči kroženje zraka iz okolice skozi omarico ter neposredno in učinkovito ohladi modul visoke moči. Zaprto ohišje ne dopušča vstopa zunanjega zraka v ohišje, ampak uporablja zrak v ohišju za hlajenje elektronskih izdelkov in iznašanje toplote v okoliški zrak skozi toplotni izmenjevalnik. Obe omari sta primerni za sisteme nizke moči. Vendar pa je pri mnogih zmogljivih inverterskih omarah raven porabe energije višja kot pri zračnem hlajenju. Komponente z nizko močjo se običajno hladijo neposredno s pretokom zraka, medtem ko se komponente z večjo močjo hladijo neposredno ali posredno z vodo za hlajenje objekta, kompresijskim sistemom s paro ali sistemom s črpano tekočino.
2. Termosifonsko hlajenje:
Loop thermosyphon (LTS) je dvofazna hladilna naprava na gravitacijski pogon. Njihov način delovanja je podoben načinu delovanja toplotne cevi. Dokler delovna tekočina izhlapeva in kondenzira v zaprtem ciklu, lahko prenaša toploto znotraj določene razdalje. V primerjavi s toplotno cevjo je glavna prednost termosifona z zanko ta, da lahko uporablja prevodno delovno tekočino in učinkovito in na daljavo prenaša visoko moč. V primerjavi z aktivnim tekočim hladilnim sredstvom, kompresijo pare ali črpalnim dvofaznim hladilnim sistemom, termosifon z zanko nima gibljivih delov in ima večjo zanesljivost. Zankasti termosifon je zelo primeren za prenos odpadne toplote velike moči iz močnostne elektronske opreme v omari v zunanje okolje omare.
3. Zaprti toplotni izmenjevalnik:
V kombinaciji termosifona z zanko in zaprtega toplotnega izmenjevalnika je visokozmogljiv bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati (IGBT) ali integriran tiristor s komutacijo vrat (IGCT) nameščen na hladno ploščo termosifona z zanko. Njegova obremenitev 10 kW in toplotna obremenitev se odvaja v zrak zunanje omare skozi termosifon z zanko. Vse sekundarne elektronske komponente so hlajene z zaprtim izmenjevalnikom toplote plin-plin, ki lahko oddaja odpadno toploto približno 1 kW. Zaprti ohišje hladilnika lahko odvaja toploto, ki jo ustvarijo nizkoenergijske in porazdeljene komponente v omari za močnostno elektroniko, in preprečuje interakcijo onesnaževal v zunanjem zraku s temi komponentami. Kombinacija obeh hladilnih rešitev lahko zanesljivo ohladi visoko zmogljiv krmilnik motorja v zaprtem ohišju, ki ga zahteva težko delovno okolje.
4. Tekočinsko hlajenje:
Hlajenje s tekočino je pogost način industrijskega hlajenja s tekočino. Za opremo frekvenčnega pretvornika se ta metoda redko uporablja za odvajanje toplote zaradi visokih stroškov in velike prostornine pri uporabi v frekvenčnem pretvorniku majhne zmogljivosti. Poleg tega, ker je zmogljivost splošnega frekvenčnega pretvornika od nekaj KVA do skoraj 100 KVA in zmogljivost ni zelo velika, je težko narediti stroškovno učinkovitost sprejemljivo za uporabnike. Ta metoda se uporablja samo v posebnih priložnostih) in frekvenčnih pretvornikih s posebno veliko zmogljivostjo.
Ne glede na to, katera toplotna rešitev je sprejeta, je treba njeno porabo energije določiti glede na zmogljivost frekvenčnega pretvornika in izbrati ustrezne ventilatorje in radiatorje, da se doseže odlična stroškovna učinkovitost. Hkrati je treba v celoti upoštevati okoljske dejavnike, ki jih uporablja frekvenčni pretvornik. Glede na težko okolje je treba sprejeti ustrezne ukrepe za zagotovitev normalnega in zanesljivega delovanja frekvenčnega pretvornika. Z vidika samega frekvenčnega pretvornika se je treba čim bolj izogibati vplivom škodljivih dejavnikov, da zagotovimo zanesljivo delovanje frekvenčnega pretvornika.
