Toplotno hlajenje frekvenčnega pretvornika visoke moči
Frekvenčni pretvorniki zagotavljajo moč in nadzor za komercialne in industrijske motorje in morajo biti toplotno zaščiteni glede na njihovo zasnovo in okolje uporabe. Glavne prednosti frekvenčnega pretvornika so prilagodljivo krmiljenje, stabilna zmogljivost zagona in izklopa 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 le za 4 odstotke, temveč se poveča tudi za 2 odstotka v elektronskem sistemu. Vendar pa bo zaradi velike pretvorbe moči v visokozmogljivem frekvenčnem pretvorniku, tudi če je izguba učinkovitosti nizka, to povzročilo nastajanje odpadne toplote od nekaj kilovatov do deset kilovatov. To toploto moramo poskusiti razpršiti.
1. Odprto ali zapečateno:
V odprti zračno hlajeni omari je to toploto enostavno odstraniti. Vendar pa je v težkem okolju nemogoče uporabiti hlajenje s filtrskim ventilatorjem ali neposreden zračni tok za hlajenje, upravljanje toplote lupine pa je postalo pomemben del procesa načrtovanja. Raziskovalna strategija je zelo pomembna za frekvenčni pretvornik, ki učinkovito, pasivno in ekonomično hladi zaprto ohišje srednje in velike moči v težkem okolju.
Odprta pretočna omarica lahko omogoči kroženje zunanjega zraka skozi omarico in neposredno in učinkovito ohladi visokozmogljiv modul. Zatesnjeno ohišje ne dovoljuje vstopa zunanjega zraka v ohišje, ampak uporablja zrak v ohišju za hlajenje elektronskih izdelkov in odvajanje toplote v zrak okolice skozi toplotni izmenjevalnik. Obe omari sta primerni za sisteme z nizko porabo energije. Vendar pa je pri mnogih visoko zmogljivih inverterskih omarah raven porabe energije višja kot pri zračnem hlajenju. Komponente z nizko močjo se običajno ohlajajo neposredno z zračnim tokom, medtem ko se komponente z večjo močjo neposredno ali posredno ohlajajo s hladilno vodo v objektu, s parnim kompresijskim sistemom ali s črpanim tekočinskim sistemom.
2. Termosifonsko hlajenje:
Loop thermosyphon (LTS) je gravitacijsko gnana dvofazna hladilna naprava. Njihov način delovanja je podoben načinu delovanja toplotne cevi. Dokler delovna tekočina izhlapi in kondenzira v zaprtem ciklu, lahko prenaša toploto znotraj določene razdalje. V primerjavi s toplotno cevjo je glavna prednost zančnega termosifona ta, da lahko uporablja prevodno delovno tekočino in učinkovito in na daljavo prenaša visoko moč. V primerjavi z aktivnim tekočim hladilnim sredstvom, parno kompresijo ali črpanim dvofaznim hladilnim sistemom, termosifon zanke nima gibljivih delov in ima večjo zanesljivost. Zančni termosifon je zelo primeren za prenos visoko zmogljive odpadne toplote iz močnostne elektronske opreme v omari v zunanje okolje omare.
3. Toplotni izmenjevalnik z zaprto lupino:
V kombinaciji zančnega termosifona in zaprtega toplotnega izmenjevalnika je na hladno ploščo zančnega termosifona nameščen visoko zmogljiv izolirani bipolarni tranzistor (IGBT) ali integrirani komutirani tiristor (IGCT). Njegova 10 kW obremenitev plus toplotna obremenitev se odvaja v zrak zunanje omare preko termosifona zanke. Vse sekundarne elektronske komponente se hladijo z zaprtim plinsko-plinskim toplotnim izmenjevalnikom, ki lahko odvaja odpadno toploto približno 1 kW. Hladilnik z zaprto lupino lahko odvaja toploto, ki jo ustvarijo komponente z nizko porabo in porazdeljene komponente v omari napajalne elektronike, in preprečuje interakcijo onesnaževal v zunanjem zraku s temi komponentami. Kombinacija dveh hladilnih rešitev lahko zanesljivo ohladi krmilnik motorja velike moči v zaprti lupini, ki jo zahteva težko delovno okolje.
4. Tekočinsko hlajenje:
Tekočinsko hlajenje je običajen način industrijskega tekočega hlajenja. Za opremo frekvenčnega pretvornika se ta metoda redko uporablja za odvajanje toplote zaradi visokih stroškov in velike prostornine, če se uporablja 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 frekvenčni pretvorniki 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 za doseganje odlične stroškovne učinkovitosti. Hkrati je treba v celoti upoštevati okoljske dejavnike, ki jih uporablja frekvenčni pretvornik. Glede na ostro 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 vplivu škodljivih dejavnikov, da se zagotovi zanesljivo delovanje frekvenčnega pretvornika.
