Způsoby chlazení vysokovýkonového frekvenčního měniče
Frekvenční měniče poskytují napájení a řízení pro komerční a průmyslové motory a musí být tepelně chráněny podle jejich konstrukce a prostředí aplikace. Hlavními výhodami frekvenčního měniče jsou flexibilní řízení, stabilní výkon při spouštění a vypínání a výrazná úspora energie, kterou přináší odstředivé ventilátory a čerpadla pracující s proměnnou zátěží.
Účinnost většiny frekvenčních měničů a jejich příslušenství se nejen zvýšila o 4 procenta, ale také o 2 procenta v elektronickém systému. Avšak vzhledem k velké přeměně výkonu ve vysokovýkonném frekvenčním měniči, i když je ztráta účinnosti nízká, povede to ke vzniku odpadního tepla od několika kilowattů do desítek kilowattů. Musíme se pokusit toto teplo rozptýlit.
1. Otevřeno nebo zapečetěno:
V otevřené skříni chlazené vzduchem je snadné toto teplo odstranit. V drsném prostředí však není možné použít chlazení ventilátorem filtru nebo přímé proudění vzduchu k chlazení a tepelný management pláště se stal důležitou součástí procesu návrhu. Strategie výzkumu je velmi důležitá pro frekvenční měnič, který efektivně, pasivně a ekonomicky ochlazuje střední a vysoce výkonný uzavřený plášť v drsném prostředí.
Otevřená skříň s prouděním vzduchu může nechat okolní vzduch cirkulovat skrz skříň a přímo a efektivně chladit vysoce výkonný modul. Utěsněný kryt neumožňuje vnějšímu vzduchu vstupovat do skříně, ale využívá vzduch ve skříni k chlazení elektronických produktů a exportu tepla do okolního vzduchu přes výměník tepla. Obě skříně jsou vhodné pro systémy s nízkou spotřebou. U mnoha vysoce výkonných invertorových skříní je však spotřeba energie vyšší než u vzduchového chlazení. Součásti s nízkým výkonem jsou obecně chlazeny přímo proudem vzduchu, zatímco součásti s vyšším výkonem jsou chlazeny přímo nebo nepřímo chladicí vodou zařízení, systémem komprese páry nebo systémem čerpané kapaliny.
2. Termosyfonové chlazení:
Smyčkový termosifon (LTS) je gravitační dvoufázové chladicí zařízení. Jejich pracovní režim je podobný jako u heatpipe. Dokud se pracovní tekutina vypařuje a kondenzuje v uzavřeném cyklu, může přenášet teplo na danou vzdálenost. Ve srovnání s tepelnou trubicí je hlavní výhodou smyčkového termosifonu to, že může používat vodivou pracovní tekutinu a přenášet vysoký výkon efektivně a na dálku. Ve srovnání s aktivním kapalným chladivem, kompresí páry nebo čerpaným dvoufázovým chladicím systémem nemá smyčkový termosifon žádné pohyblivé části a má vyšší spolehlivost. Smyčkový termosifon je velmi vhodný pro přenos odpadního tepla vysokého výkonu z výkonového elektronického zařízení ve skříni do vnějšího prostředí skříně.
3. Utěsněný plášťový výměník tepla:
V kombinaci smyčkového termosifonu a utěsněného tepelného výměníku je na studené desce smyčkového termosifonu instalován vysoce výkonný izolovaný hradlový bipolární tranzistor (IGBT) nebo integrovaný hradlový komutovaný tyristor (IGCT). Jeho 10kW zátěž plus tepelná zátěž je odváděna do vzduchu externí skříně přes smyčkový termosifon. Všechny sekundární elektronické součástky jsou chlazeny utěsněným výměníkem tepla plyn-plyn, který dokáže odvádět odpadní teplo o výkonu cca 1 kW. Utěsněný plášťový chladič může odvádět teplo generované nízkopříkonovými a distribuovanými součástmi ve skříni výkonové elektroniky a zabránit znečišťujícím látkám ve vnějším vzduchu v interakci s těmito součástmi. Kombinace dvou chladicích řešení může spolehlivě chladit vysoce výkonný ovladač motoru v utěsněném krytu, který vyžaduje drsné pracovní prostředí.
4. Chlazení kapalinou:
Kapalinové chlazení je běžný způsob průmyslového kapalinového chlazení. U zařízení frekvenčního měniče se tato metoda pro odvod tepla používá jen zřídka kvůli její vysoké ceně a velkému objemu při použití v frekvenčním měniči s malou kapacitou. Navíc, protože kapacita obecného frekvenčního měniče je od několika KVA do téměř 100 KVA a kapacita není příliš velká, je obtížné učinit nákladovou výkonnost přijatelnou pro uživatele. Tato metoda se používá pouze při zvláštních příležitostech) a frekvenční měniče s obzvláště velkou kapacitou.
Bez ohledu na to, jaké tepelné řešení je použito, jeho spotřeba energie musí být určena podle kapacity frekvenčního měniče a musí být vybrány vhodné ventilátory a radiátory, aby se dosáhlo vynikajících nákladů. Současně musí být plně zohledněny faktory prostředí používané měničem kmitočtu. S ohledem na drsné prostředí je třeba přijmout odpovídající opatření k zajištění normálního a spolehlivého provozu frekvenčního měniče. Z hlediska samotného frekvenčního měniče by se mělo co nejvíce vyhnout vlivu nepříznivých faktorů, aby byl zajištěn spolehlivý provoz frekvenčního měniče.
