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 cải thiện hiệu suất hệ thống mà hiệu suất của bản thân biến tần cũng rất cao, với mức hao hụt chỉ từ 2% đến 4%. Tuy nhiên, do lượng chuyển đổi công suất lớn trong các 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 tản ra.
Trong tủ làm mát bằng không khí mở, việc loại bỏ nhiệt này rất đơn giản. Tuy nhiên, trong môi trường khắc nghiệt, nơi không thể làm mát hoặc làm mát bằng quạt lọc thông qua luồng không khí trực tiếp, việc quản lý nhiệt của vỏ bọc 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 cho các ổ đĩa vỏ kín công suất trung bình và cao trong môi trường khắc nghiệt.
01 Dòng chảy hoặc kín
Tủ luồng không khí mở cho phép không khí xung quanh lưu thông qua tủ, làm mát trực tiếp các mô-đun công suất cao một cách hiệu quả. 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 chảy 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 cổ góp cổng tích hợp, bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon) thường được kết nối với tấm lạnh làm mát bằng chất lỏng. Sau đó, chất lỏng loại bỏ nhiệt vào 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 chất làm mát vào và ra khỏi tủ.
02 Thermosyphons vòng lặp
Loop Thermosyphons (LTS) là thiết bị làm mát hai pha điều khiển bằng trọng lực. Chúng hoạt động tương tự như ống dẫn nhiệt, trong đó chất lỏng làm việc bay hơi và ngưng tụ trong một vòng kín để truyền nhiệt trong một khoảng cách nhất định. Ưu điểm chính của thermosyphons vòng so với ống dẫn nhiệt là khả năng sử dụng chất lỏng làm việc dẫn điện, cho phép truyền công suất cao trong khoảng cách xa, hiệu quả. Xi phông nhiệt vòng không có bộ phận chuyển động và đáng tin cậy hơn so với chất làm mát chất lỏng hoạt động, nén hơi hoặc hệ thống làm mát hai pha bơm. Xi phông nhiệt vòng lý tưởng để truyền nhiệt thải công suất cao từ thiết bị điện tử công suất trong tủ sang môi trường bên ngoài tủ.
03 Bộ trao đổi nhiệt bao vây kín
Xi phông nhiệt vòng là một phương pháp tuyệt vời để loại bỏ một lượng lớn nhiệt trực tiếp từ các thành phần 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 phân tán 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 thành phần công suất thấp có thể dễ dàng được làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt không khí trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của niêm phong vỏ bọc.
Trong sự kết hợp thermosyphon vòng lặp 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 lặp và tải 10 kW cộng với tải nhiệt của nó được tản ra không khí tủ bên ngoài thông qua thermosyphon vòng lặp (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 điện áp trung bình 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.
Các 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 gió tốt, không có bụi và 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 trong Hình 2. Với sự phát triển của các thiết bị bán dẫn, tản nhiệt của thiết bị bán dẫn cũng phát triển nhanh chóng, có xu hướng tiêu chuẩn hóa, nối tiếp 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, 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 mức sử dụng điện năng và đường cong khả năng chịu nhiệt của tản nhiệt, tạo sự thuận tiện cho người dùng lựa chọn chính xác. Đồng thời, sự phát triển của quạt tản nhiệt cũng khá nhanh, cho thấy đặc điểm kích thước nhỏ, tuổi thọ cao, tiếng ồn thấp, tiêu thụ điện năng thấp, lượng không khí 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 có tuổi thọ cao SANYO của Nhật Bản có thể đạt 200000h và mức độ bảo vệ có thể đạt IPX5; cũng có SingaporeQuạt dòng hướng trục thể tích không khí lớn LEIPOLE,với khối 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) được sử dụng dễ dàng lựa chọn, chi phí không quá cao, công suất của biến tần có thể từ hàng chục đến hàng trăm kVA, hoặc thậm chí cao hơn (sử dụng các đơn vị song song).
(1) Làm mát bằng quạt tích hợp của biến tần
Làm mát bằng quạt tích hợp thường được sử dụng cho các biến tần đa năng công suất nhỏ. Bằng cách lắp đặt biến tần đúng cách, công suất làm mát 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 bên 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 khả năng 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 điện năng tiêu thụ, thể tích xả quạt là 360m³ / h và điện năng tiêu thụ của biến tần là 4-5% công suất của nó. Ở đây chúng ta tính toán ở mức 5% và chúng ta có thể có 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 quạt (m3 / h) = công suất biến tần × 5% × 360m³ / h / kW = 1620m³ / h
Sau đó chọn kiểu quạt của các nhà sản xuất khác nhau theo thể tích ống xả của quạt để có được quạt đáp ứng các điều kiện của chúng tôi. Nói chung, làm mát bằng quạt là phương tiện chính để 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 các 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, và những chiếc 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.
