Как лучше всего рассеивать тепло для мощных инверторов?
Большинство мощных инверторов и связанных с ними электронных компонентов интегрированы в электрические шкафы. Инверторы не только повышают эффективность системы, но и КПД самого инвертора также очень высок, с потерями всего от 2% до 4%. Однако из-за большого объема преобразования мощности в мощных инверторах, даже если потеря КПД будет низкой, это приведет к выработке от нескольких киловатт до десятков киловатт отработанного тепла, которое необходимо рассеивать.
В открытых шкафах с воздушным охлаждением это тепло легко удалить. Однако в суровых условиях, когда охлаждение с помощью фильтрованного вентилятора или охлаждение с помощью прямого потока воздуха невозможно, управление температурным режимом корпуса становится важной частью процесса проектирования. Стратегии необходимы для эффективного, пассивного и экономичного охлаждения дисков герметичных корпусов средней и высокой мощности в суровых условиях.
01 Проточный или герметичный
Открытые шкафы с воздушным потоком позволяют окружающему воздуху проходить через шкаф, эффективно охлаждая модули высокой мощности напрямую. Однако такое эффективное охлаждение может привести к попаданию внешних загрязнителей внутрь корпуса, что обычно сводится к минимуму за счет использования системы фильтров вентилятора для фильтрации воздуха, поступающего в шкаф. Фильтры помогают уменьшить количество пыли и мусора, но они требуют регулярного обслуживания для очистки или замены фильтров.
В этих системах высокомощные компоненты (биполярные транзисторы с изолированным затвором, коммутируемые тиристоры со встроенным затвором, выпрямители, управляемые кремнием) обычно подключаются к охлаждаемой жидкостью холодной пластине. Затем жидкость отводит тепло в окружающий воздух с помощью системы сжатия пара или через теплообменник жидкость-воздух. В любом случае необходимый теплообменник окружающего воздуха может быть расположен внутри или снаружи объекта. Основным недостатком этих систем является сложность подачи жидкости в шкаф и подачи охлаждающей жидкости по трубопроводам внутрь и из шкафа.
02 Петлевые термосифоны
Петлевые термосифоны (LTS) представляют собой двухфазные охлаждающие устройства с гравитационным приводом. Они работают аналогично тепловым трубкам, где рабочая жидкость испаряется и конденсируется в замкнутом контуре для передачи тепла на заданное расстояние. Основным преимуществом петлевых термосифонов перед тепловыми трубками является возможность использования проводящего рабочего тела, что позволяет осуществлять эффективную передачу большой мощности на большие расстояния. Петлевые термосифоны не имеют движущихся частей и более надежны, чем активные жидкостные теплоносители, парокомпрессионные или насосные двухфазные системы охлаждения. Петлевые термосифоны идеально подходят для передачи высокомощного отработанного тепла от силовой электроники в шкафу в окружающую среду за пределами шкафа.
03 Теплообменники с герметичным корпусом
Петлевые термосифоны являются отличным методом отвода большого количества тепла непосредственно от компонентов, выделяющих большое количество тепла. Тем не менее, отходящая тепловая нагрузка вторичных компонентов все еще нуждается в охлаждении. Эти вторичные компоненты, в том числе многие маломощные устройства, рассредоточенные по всему корпусу, трудно охлаждаются при прямом контакте. Для этих компонентов с низким энергопотреблением и низким тепловым потоком прямое воздушное охлаждение является наиболее практичным методом. Компоненты малой мощности могут быть легко охлаждены с помощью теплообменников воздух-воздух, сохраняя при этом целостность уплотнения корпуса.
В комбинации петлевого термосифона и герметичного теплообменника на петлевой термосифонной холодной пластине установлены мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или встроенные коммутируемые тиристоры с затвором (IGCT), а его нагрузка 10 кВт плюс тепловая нагрузка рассеиваются на внешний воздух шкафа через петлевый термосифон (см. Рисунок 2). Все вторичные электронные компоненты охлаждаются герметичным теплообменником воздух-воздух, который может отводить около 1 кВт отработанного тепла.
Насосы водоснабжения многих электростанций также достаточно мощные. Например, тепловая электростанция мощностью 2 * 300 МВт имеет насос подачи воды мощностью 5500 кВт. При такой большой мощности используются типы среднего и высокого напряжения, такие как 6 кВ.
Некоторые шаровые мельницы также имеют относительно большую мощность, например, шаровая мельница Ф5500×8500, мощность двигателя которой составляет 4500 кВт.
Существуют также некоторые крупные прокатные станы с относительно большой мощностью двигателя, особенно оборудование для горячей прокатки. Например, мощность двигателей некоторых чистовых станов составляет 11 000 киловатт.
Общие методы отвода тепла для инверторов
Исходя из текущей структуры инверторов, тепловыделение можно разделить на следующие три типа: естественное рассеивание тепла, конвекционное рассеивание тепла, жидкостное охлаждение и рассеивание тепла внешней среды.
(I) Естественное рассеивание тепла Для инверторов малой мощности обычно используется естественное рассеивание тепла. Помещение для использования должно хорошо проветриваться и не содержать пыли и плавающих предметов. Этот тип инвертора в основном используется для бытовых кондиционеров, станков с ЧПУ и т. Д., С очень низкой мощностью и относительно хорошими условиями использования.
(II) Конвекционное охлаждение рассеивает тепло
Конвекционное охлаждение является широко используемым методом охлаждения, как показано на рисунке 2. С развитием полупроводниковых устройств быстро развивались и радиаторы полупроводниковых устройств, стремясь к стандартизации, сериализации и обобщению; В то время как новые продукты развиваются в направлении низкой термической стойкости, многофункциональности, небольших размеров, легкого веса, а также пригодности для автоматизированного производства и монтажа. Несколько крупных производителей радиаторов в мире имеют тысячи серий продуктов, все из которых были протестированы и предоставляют кривые энергопотребления и теплового сопротивления радиатора, что обеспечивает удобство для пользователей при точном выборе. В то же время, разработка вентиляторов для рассеивания тепла также происходит довольно быстро, демонстрируя такие характеристики, как небольшие размеры, длительный срок службы, низкий уровень шума, низкое энергопотребление, большой объем воздуха и высокая защита. Например, обычно используемый маломощный инверторный вентилятор для рассеивания тепла составляет всего 25 мм×25 мм×10 мм; Японский вентилятор SANYO с длительным сроком службы может достигать 200000 часов, а уровень защиты может достигать IPX5; есть еще СингапурОсевой вентилятор большого объема воздуха LEIPOLE,с объемом выхлопных газов до 5700м3/ч. Эти факторы предоставляют дизайнерам очень широкий выбор пространства.
Конвекционное охлаждение широко используется потому, что используемые комплектующие (вентиляторы, радиаторы) просты в выборе, стоимость не слишком высока, а мощность инвертора может составлять от десятков до сотен кВА, а то и выше (при использовании агрегатов параллельно).
(1) Охлаждение с помощью встроенного вентилятора инвертора
Охлаждение с помощью встроенного вентилятора обычно используется для инверторов общего назначения небольшой мощности. При правильной установке инвертора можно максимально увеличить холодопроизводительность встроенного вентилятора инвертора. Встроенный вентилятор может отводить тепло внутри инвертора. Окончательный отвод тепла осуществляется через железную пластину инверторной коробки. Метод охлаждения с использованием только встроенного вентилятора инвертора подходит для блоков управления с отдельными инверторами и блоков управления с относительно небольшим количеством компонентов управления. Если в блоке управления инвертором имеется несколько инверторов или других электрических компонентов с относительно большим тепловыделением, то эффект тепловыделения не очень заметен.
(2) Охлаждение с помощью внешнего вентилятора инвертора
Если добавить несколько вентиляторов с функцией конвекции вентиляции в блок управления, где установлен инвертор, можно значительно улучшить эффект рассеивания тепла инвертора и снизить температуру рабочей среды инвертора. Мощность вентилятора можно рассчитать по тепловыделению инвертора. Поговорим об общем методе выбора: Исходя из опыта, мы подсчитали, что на каждый 1 кВт тепла, выделяемого за счет энергопотребления, объем выхлопа вентилятора составляет 360 м³/ч, а потребляемая мощность инвертора составляет 4-5% от его мощности. Здесь мы рассчитываем на 5% и получаем соотношение между вентилятором, адаптированным к инвертору, и его мощностью: Например: мощность инвертора составляет 90 киловатт, тогда: объем выхлопа вентилятора (м3/ч) = мощность инвертора × 5% × 360 м³/ч/кВт = 1620 м³/ч
Затем подбирайте модели вентиляторов разных производителей в соответствии с объемом вытяжки вентилятора, чтобы получить вентилятор, соответствующий нашим условиям. Вообще говоря, вентиляторное охлаждение является основным средством охлаждения инвертора на данном этапе, особенно подходящим для относительно больших шкафов управления, а также когда электрические компоненты в шкафу управления работают и нагреваются одновременно. Он подходит для высокоинтегрированных централизованных шкафов управления и блоков управления. Кроме того, в связи с непрерывным развитием технологий в последние годы, вентиляторы для рассеивания тепла уже не такие огромные, как в предыдущие годы, а маленькие и мощные вентиляторы повсюду. Экономичность также намного лучше, чем при других методах охлаждения.
