Wie lässt sich die Wärme bei stark belasteten Frequenzumrichtern ableiten?

Einführung

A Frequenzumrichter (Variable Frequency Drive, VFD) ist ein fortschrittliches Leistungssteuerungsgerät, das die Frequenzumwandlungstechnologie und Mikroelektronik nutzt, um die Leistung von Wechselstrommotoren durch Anpassung der Frequenz der Stromversorgung zu steuern.

Diese Geräte bestehen aus Komponenten wie Gleichrichtern (Wechselstrom-Gleichstrom), Filtern, Wechselrichtern (Gleichstrom-Wechselstrom), Bremseinheiten, Antriebseinheiten, Erfassungseinheiten und Mikroprozessoreinheiten. Durch interne IGBT-Schaltung passt ein Inverter-VFD die Ausgangsspannung und -frequenz an und versorgt den Motor mit der erforderlichen Leistung zum Zwecke der Energieeinsparung und Drehzahlregelung.

Zusätzlich zu seiner Kernfunktionalität kann ein variabler Frequenzumrichter umfasst mehrere Schutzfunktionen wie Überstrom-, Überspannungs- und Überlastungsschutz. Hohe Lasten und anspruchsvolle Umgebungen erfordern jedoch effektive Lösungen zur Wärmeableitung, um die Zuverlässigkeit und Stabilität dieser drehzahlvariable Antriebe.

Sicherheitsvorkehrungen für Hochleistungs-Wechselrichter in Umgebungen mit hohen Temperaturen

Zur Gewährleistung des sicheren Betriebs von hochbelastete Frequenzumrichter in schwierigen Umgebungen, beachten Sie diese Vorsichtsmaßnahmen:

Parameter überwachen

Überprüfen und protokollieren Sie regelmäßig die auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle angezeigten Parameter. Etwaige Anomalien sollten sofort gemeldet werden.

Optimale Umgebungstemperatur beibehalten

Die Betriebsumgebung sollte einen Temperaturbereich von -5°C bis 40°C einhalten. Liegt sie über 40°C, muss eine Leistungsreduzierung vorgenommen werden. Bei Komponenten wie Phasenschiebertransformatoren sollte die Temperatur 130°C nicht überschreiten.

Verbessern Sie die Belüftung bei hohen Temperaturen

Verbessern Sie im Sommer oder in Umgebungen mit hohen Temperaturen die Belüftung rund um den Wechselrichter. Die Luft sollte frei von übermäßigem Staub, Salz, Säure, ätzenden oder explosiven Gasen sein.

Schutz vor Regen und Nässe

Achten Sie darauf, dass kein Regenwasser in den Wechselrichter eindringt, insbesondere während der Regenzeit. Verwenden Sie dichte Belüftungssysteme, um das Eindringen von Wasser zu verhindern.

Regelmäßig reinigen

Reinigen Sie die Filtersiebe des Gehäuses wöchentlich. Wenn die Umgebung besonders staubig ist, verkürzen Sie die Reinigungsintervalle nach Bedarf.

Luftstrom mit Papier testen

Ein Standard-A4-Papierblatt sollte bei normalem Betrieb fest am Lufteinlassfilter haften, was auf einen ordnungsgemäßen Luftstrom hindeutet.

Aufrechterhaltung einer sauberen Umwelt

Halten Sie den Wechselrichterraum sauber, entfernen Sie Verschmutzungen und sorgen Sie für eine gute Belüftung und Beleuchtung. Kühlsysteme wie Klimaanlagen oder Ventilatoren müssen in einwandfreiem Zustand sein.

Ausfälle in der Leistungselektronik sind häufig auf übermäßige Hitze zurückzuführen, wobei über 50% der thermischen Ausfälle durch Temperaturen verursacht werden, die über den Nennwerten liegen. Daher ist eine gut durchdachte Strategie zur Wärmeableitung entscheidend für die Gewährleistung von Zuverlässigkeit und hoher Leistung, insbesondere bei hochbelastbare variable Frequenzumrichter die oft im Megawattbereich arbeiten und erhebliche Wärme erzeugen.

Wie wird die Wärmeableitung berechnet?

Wärmeableitung in einem variabler Frequenzantrieb hängt von seinen internen Komponenten ab, wie z. B. Trenntransformatoren, Leistungseinheiten, Drosseln und Steuerungssystemen. Die folgenden Überlegungen sind entscheidend:

Wichtige Wärmequellen

1. Leistungsgeräte (z. B. IGBT, IGCT): Stellen Sie sicher, dass die PN-Sperrschichttemperaturen 125°C nicht überschreiten und die Außentemperaturen unter 85°C bleiben.
2. Leistungsschränke und -geräte erfordern aufgrund der hohen Wärmeleistung eine optimierte Wärmeabfuhr.

Auswirkungen von Temperaturschwankungen

1. Studien zeigen, dass bei Temperaturschwankungen von mehr als ±20°C die Ausfallrate von Bauteilen um das bis zu 8-fache steigt.

Berechnungsbeispiel

1. Wenn ein Hochleistungswechselrichter mit 1 MW und 3% Verlusten arbeitet, erzeugt er 30 kW Wärme.
2. Verwenden Sie diesen Wert, um die für einen dauerhaften Betrieb erforderliche Kühlleistung zu ermitteln.

Designpunkte des Kühlsystems

Eine wirksame Wärmeableitung erfordert eine Kombination aus Materialien, Systemdesign und Kühlstrategien:

Leistungsstarke Komponenten

Wählen Sie Komponenten mit hoher Hitzebeständigkeit und thermischer Stabilität, um hohen Temperaturen standzuhalten.

Low-Power-Geräte

Verwenden Sie verlustarme IGBTs und andere effiziente Geräte, um die interne Wärmeentwicklung zu minimieren. Optimieren Sie das Schaltungsdesign, um Heizelemente zu reduzieren und Schaltfrequenzen anzupassen.

Methoden der Kühlung

1. Forcierte Luftkühlung: Setzen Sie Lüfter ein, um den Luftstrom zu beschleunigen und die Wärme von den Komponenten abzuleiten.
2. Flüssigkeitskühlung: Verwendung von Flüssigkeitskühlung für Megawatt-Level drehzahlvariable Antriebeda es die Wärme effizient an externe Heizkörper weiterleitet.

Thermische Optimierung

Senken Sie die Umgebungstemperatur mit Hilfe von Klimaanlagen oder industriellen Kühlsystemen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.

Durch die Umsetzung dieser Strategien können die Betreiber sicherstellen, dass die Frequenzumrichter arbeitet zuverlässig und effizient, auch unter schwierigen Bedingungen.