Làm thế nào để tản nhiệt tốt nhất cho biến tần công suất cao?
Hầu hết các biến tần công suất cao và các linh kiện điện tử liên quan của chúng đều được tích hợp vào tủ điện. Biến tần không chỉ nâng cao hiệu suất hệ thống mà bản thân hiệu suất của biến tần cũng rất cao, với tổn thất chỉ từ 2% đến 4%. Tuy nhiên, do lượng chuyển đổi điện năng lớn trong biến tần công suất cao, ngay cả khi tổn thất hiệu suất thấp, nó sẽ dẫn đến việc tạo ra từ vài kilowatt đến hàng chục kilowatt nhiệt thải, phải được tiêu tán.
Trong tủ làm mát ngoài trời, việc loại bỏ nhiệt này rất đơn giản. Tuy nhiên, trong môi trường khắc nghiệt, nơi không thể làm mát bằng quạt lọc hoặc làm mát thông qua luồng không khí trực tiếp, quản lý nhiệt của vỏ máy trở thành một phần quan trọng của quá trình thiết kế. Các chiến lược là điều cần thiết để làm mát hiệu quả, thụ động và tiết kiệm các ổ đĩa kín công suất trung bình và cao trong môi trường khắc nghiệt.
01 Dòng chảy hoặc niêm phong
Tủ luồng không khí mở cho phép không khí xung quanh lưu thông qua tủ, làm mát hiệu quả các mô-đun công suất cao trực tiếp. Tuy nhiên, việc làm mát hiệu quả này có thể dẫn đến các chất gây ô nhiễm bên ngoài xâm nhập vào vỏ bọc, thường được giảm thiểu bằng cách sử dụng hệ thống lọc quạt để lọc không khí đi vào tủ. Bộ lọc giúp giảm bụi và mảnh vụn, nhưng chúng cần được bảo dưỡng thường xuyên để làm sạch hoặc thay thế bộ lọc.
Trong các hệ thống này, các thành phần công suất cao (bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện, thyristor chuyển mạch cổng tích hợp, bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon) thường được kết nối với một tấm lạnh làm mát bằng chất lỏng. Sau đó, chất lỏng loại bỏ nhiệt ra không khí xung quanh bằng cách sử dụng hệ thống nén hơi hoặc thông qua bộ trao đổi nhiệt từ chất lỏng sang không khí. Trong cả hai trường hợp, bộ trao đổi nhiệt không khí xung quanh cần thiết có thể được đặt bên trong hoặc bên ngoài cơ sở. Hạn chế chính của các hệ thống này là những thách thức trong việc đưa chất lỏng vào tủ và đường ống dẫn chất làm mát vào và ra khỏi tủ.
02 Vòng lặp Thermosyphons
Loop Thermosyphons (LTS) là thiết bị làm mát hai pha điều khiển bằng trọng lực. Chúng hoạt động tương tự như ống dẫn nhiệt, nơi chất lỏng làm việc bay hơi và ngưng tụ trong một vòng kín để truyền nhiệt trên một khoảng cách nhất định. Ưu điểm chính của thermosyphon vòng so với ống dẫn nhiệt là khả năng sử dụng chất lỏng làm việc dẫn điện, cho phép truyền công suất cao, đường dài hiệu quả. Thermosyphon vòng lặp không có bộ phận chuyển động và đáng tin cậy hơn so với chất làm mát bằng chất lỏng hoạt động, nén hơi hoặc hệ thống làm mát hai pha được bơm. Thermosyphons vòng lặp lý tưởng để truyền nhiệt thải công suất cao từ thiết bị điện tử công suất trong tủ ra môi trường bên ngoài tủ.
03 Bộ trao đổi nhiệt bao vây kín
Thermosyphons vòng lặp là một phương pháp tuyệt vời để loại bỏ một lượng lớn nhiệt trực tiếp từ các bộ phận sinh nhiệt cao. Tuy nhiên, tải nhiệt thải của các thành phần thứ cấp vẫn cần được làm mát. Các thành phần thứ cấp này, bao gồm nhiều thiết bị công suất thấp nằm rải rác khắp tủ, rất khó làm mát khi tiếp xúc trực tiếp. Đối với các thành phần công suất thấp, thông lượng nhiệt thấp này, làm mát bằng không khí trực tiếp là phương pháp thiết thực nhất. Các bộ phận công suất thấp có thể dễ dàng làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt không khí trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của vòng đệm vỏ bọc.
Trong tổ hợp thermosyphon vòng và bộ trao đổi nhiệt kín, bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện công suất cao (IGBT) hoặc thyristor chuyển mạch cổng tích hợp (IGCT) được gắn trên tấm lạnh thermosyphon vòng và tải 10 kW cộng với tải nhiệt của nó được tản ra không khí bên ngoài tủ thông qua thermosyphon vòng (xem Hình 2). Tất cả các linh kiện điện tử thứ cấp được làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt không khí kín, có thể loại bỏ khoảng 1 kW nhiệt thải.
Máy bơm cấp nước của nhiều nhà máy điện cũng khá mạnh mẽ. Ví dụ, một nhà máy nhiệt điện 2 * 300MW có một máy bơm cấp nước với công suất 5500KW. Với công suất lớn như vậy, các loại trung thế và cao áp được sử dụng, chẳng hạn như 6KV.
Một số máy nghiền bi cũng có công suất tương đối lớn, chẳng hạn như máy nghiền bi Ф5500×8500, có công suất động cơ là 4500Kw.
Ngoài ra còn có một số nhà máy cán lớn với công suất động cơ tương đối lớn, đặc biệt là thiết bị cán nóng. Ví dụ, công suất động cơ của một số nhà máy hoàn thiện là 11.000 kilowatt.
Phương pháp tản nhiệt chung cho biến tần
Dựa trên cấu trúc hiện tại của biến tần, tản nhiệt thường có thể được chia thành ba loại sau: tản nhiệt tự nhiên, tản nhiệt đối lưu, làm mát bằng chất lỏng và tản nhiệt môi trường bên ngoài.
(I) Tản nhiệt tự nhiên Đối với biến tần công suất nhỏ, tản nhiệt tự nhiên thường được sử dụng. Môi trường sử dụng phải thông thoáng, không có bụi và các vật nổi. Loại biến tần này chủ yếu được sử dụng cho máy điều hòa không khí gia đình, máy công cụ CNC, v.v., với công suất rất thấp và môi trường sử dụng tương đối tốt.
(II) Làm mát đối lưu tản nhiệt
Làm mát đối lưu là một phương pháp làm mát thường được sử dụng, như thể hiện trong Hình 2. Với sự phát triển của các thiết bị bán dẫn, tản nhiệt thiết bị bán dẫn cũng phát triển nhanh chóng, có xu hướng tiêu chuẩn hóa, tuần tự hóa và tổng quát hóa; trong khi các sản phẩm mới đang phát triển theo hướng chịu nhiệt thấp, đa chức năng, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và phù hợp cho sản xuất và lắp đặt tự động. Một số nhà sản xuất tản nhiệt lớn trên thế giới có hàng nghìn dòng sản phẩm, tất cả đều đã được thử nghiệm và cung cấp các đường cong sử dụng điện năng và điện trở nhiệt của tản nhiệt, mang lại sự thuận tiện cho người dùng lựa chọn chính xác. Đồng thời, sự phát triển của quạt tản nhiệt cũng khá nhanh, thể hiện đặc điểm kích thước nhỏ, tuổi thọ cao, tiếng ồn thấp, tiêu thụ điện năng thấp, lượng gió lớn và khả năng bảo vệ cao. Ví dụ, quạt tản nhiệt biến tần công suất thấp thường được sử dụng chỉ 25mm×25mm×10mm; Quạt tuổi thọ cao SANYO của Nhật Bản có thể đạt 200000h và mức độ bảo vệ có thể đạt IPX5; còn có SingaporeQuạt hướng trục thể tích không khí lớn LEIPOLE,với lượng khí thải lên đến 5700m3 / h. Những yếu tố này cung cấp cho các nhà thiết kế một không gian lựa chọn rất rộng.
Làm mát đối lưu được sử dụng rộng rãi vì các linh kiện (quạt, bộ tản nhiệt) sử dụng dễ lựa chọn, giá thành không quá cao, công suất của biến tần có thể từ hàng chục đến hàng trăm kVA, hoặc thậm chí cao hơn (sử dụng song song các đơn vị).
(1) Làm mát bằng quạt tích hợp của biến tần
Làm mát bằng quạt tích hợp thường được sử dụng cho biến tần đa năng công suất nhỏ. Bằng cách lắp đặt biến tần đúng cách, công suất làm lạnh của quạt tích hợp của biến tần có thể được tối đa hóa. Quạt tích hợp có thể lấy đi nhiệt bên trong biến tần. Quá trình tản nhiệt cuối cùng được thực hiện thông qua tấm sắt của hộp biến tần. Phương pháp làm mát chỉ sử dụng quạt tích hợp của biến tần phù hợp với các hộp điều khiển có biến tần riêng biệt và hộp điều khiển có tương đối ít thành phần điều khiển. Nếu có một số biến tần hoặc các bộ phận điện khác có khả năng tản nhiệt tương đối lớn trong hộp điều khiển biến tần, hiệu quả tản nhiệt không rõ ràng lắm.
(2) Làm mát bằng quạt ngoài của biến tần
Bằng cách thêm một số quạt có chức năng đối lưu thông gió trong hộp điều khiển nơi lắp đặt biến tần, hiệu quả tản nhiệt của biến tần có thể được cải thiện đáng kể và nhiệt độ của môi trường làm việc biến tần có thể được giảm xuống. Công suất của quạt có thể được tính bằng cách tản nhiệt của biến tần. Hãy nói về phương pháp lựa chọn chung: Dựa trên kinh nghiệm, chúng tôi tính toán rằng cứ 1kW nhiệt sinh ra do tiêu thụ điện năng, lượng khí thải của quạt là 360m³ / h và công suất tiêu thụ của biến tần là 4-5% công suất của nó. Ở đây chúng tôi tính toán ở mức 5% và chúng tôi có thể nhận được mối quan hệ giữa quạt thích ứng với biến tần và công suất của nó: Ví dụ: công suất biến tần là 90 kilowatt, thì: thể tích xả của quạt (m3 / h) = công suất biến tần × 5% × 360m³ / h / kW = 1620m³ / h
Sau đó chọn mẫu quạt của các nhà sản xuất khác nhau theo lượng khí thải của quạt để có được quạt đáp ứng điều kiện của chúng tôi. Nói chung, quạt làm mát là phương tiện chính làm mát biến tần ở giai đoạn này, đặc biệt thích hợp cho các tủ điều khiển tương đối lớn, và khi các bộ phận điện trong tủ điều khiển hoạt động và sưởi ấm cùng một lúc. Nó phù hợp với tủ điều khiển tập trung và hộp điều khiển tích hợp cao. Ngoài ra, do sự tiến bộ không ngừng của công nghệ trong những năm gần đây, quạt tản nhiệt không còn lớn như những năm trước, quạt nhỏ và mạnh mẽ ở khắp mọi nơi. Hiệu suất chi phí cũng tốt hơn nhiều so với các phương pháp làm mát khác.
