Установка преобразователя переменного тока
Если условия окружающей среды, вероятно, превысят нормальные рабочие диапазоны преобразователя переменного тока, тогда должны быть приняты меры для обеспечения дополнительного охлаждения и / или защиты окружающей среды.
Установка конвертера переменного тока в металлический корпус (фото кредит: plctalk.net)
Температурные пределы преобразователя переменного тока гораздо более критичны, чем для электродвигателя ! Температурный де-рейтинг необходимо строго применять!
Однако маловероятно, что современный преобразователь PWM будет разрушен, если превышены пределы температуры. Современные преобразователи переменного тока имеют встроенную термозащиту, обычно это кремниевые соединительные устройства, установленные на радиаторе. Основная проблема отключения при перегреве связана с неправильным отключением и связанным с этим простоем.
Хотя эффективность современных преобразователей переменного тока высока, обычно ± 97%, все они генерируют небольшое количество тепла, в основном из-за потерь коммутации в силовых электронных схемах. Уровень потерь зависит от конструкции преобразователя, частоты переключения ШИМ и общей мощности.
Производители предоставляют данные о потерях (Вт), когда преобразователь работает при полной нагрузке.
Необходимо предусмотреть достаточное положение для рассеивания этого тепла во внешнюю среду и избежать повышения температуры внутри корпуса преобразователя до недопустимо высоких уровней.
Преобразователи обычно имеют воздушное охлаждение либо путем конвекции (малой мощности), либо при помощи охлаждающих вентиляторов с более высокими номинальными значениями мощности. Любое препятствие на пути потока охлаждающего воздуха к впускному каналу и от выпускных отверстий снижает эффективность охлаждения.
Объем охлаждающего воздуха протекает, и рассеивание потерь мощности определяет требования к кондиционированию воздуха в помещении оборудования.
Охлаждение также зависит от разности температур между радиатором и охлаждающим воздухом. Чем выше температура окружающей среды, тем менее эффективным является охлаждение. Как преобразователь переменного тока, так и двигатель рассчитаны на работу в условиях, когда температура не превышает 40 ° C.
Когда преобразователи переменного тока монтируются внутри шкафов, необходимо следить за тем, чтобы температура воздуха внутри корпуса оставалась в пределах заданных температурных пределов. В противном случае преобразователи должны быть дезактивированы в соответствии с таблицами де-оценки производителя.
В условиях, когда конденсация может произойти в периоды, когда привод не используется, в корпусе могут быть установлены антиконденсационные нагреватели. Цепь управления должна быть сконструирована так, чтобы включать нагреватель, когда привод обесточен.
Нагреватель поддерживает теплую сухую среду внутри корпуса и избегает попадания влаги в корпус, когда преобразователь выключен и остывает.
Преобразователи переменного тока обычно предназначены для установки в вертикальном положении, чтобы обеспечить конвекционное охлаждение. На больших VSD охлаждение поддерживается одним или несколькими вентиляторами, установленными внизу или сверху радиатора.
Многие современные преобразователи допускают два варианта монтажа:
1. Поверхностный монтаж
Поверхностный монтаж, где задняя плоскость преобразователя установлена на вертикальной поверхности, например, задней части корпуса. См. Рисунки 1 и 2 ниже.
2. Утопленный монтаж
Утопленный монтаж, когда теплоотвод на обратной стороне конвертера проецируется через заднюю часть шкафа в охлаждающий канал. Это позволяет более эффективно рассеивать тепло от радиаторов. См. Рис. 3.
Достаточное отделение от другого оборудования необходимо для обеспечения неограниченного потока охлаждающего воздуха через радиаторы и электронные карты управления.
Общее эмпирическое правило состоит в том, что во всех сторонах VSD должно быть предусмотрено свободное пространство 100 мм. Если в одном корпусе расположено более одного VSD, их предпочтительно устанавливать бок о бок, а не один над другим.
Следует также соблюдать осторожность, чтобы не находить чувствительное к температуре оборудование, такое как тепловые перегрузки, непосредственно над трактом охлаждающего воздуха преобразователя частоты.
Должны быть предусмотрены соответствующие ассигнования для рассеивания потерь преобразователя во внешнюю среду. Повышение температуры внутри шкафа должно поддерживаться ниже максимальной номинальной температуры конвертера.
Вычисление размеров корпуса
Корпус должен быть достаточно большим, чтобы рассеивать тепло, создаваемое преобразователем, и любое другое электрооборудование, установленное внутри шкафа. Тепло, генерируемое внутри корпуса, переносится во внешнюю среду, главным образом, излучением с поверхности корпуса.
Следовательно, площадь поверхности должна быть достаточно большой, чтобы рассеивать внутренне вырабатываемое тепло, не допуская, чтобы внутренняя температура превышала номинальные пределы.
Площадь поверхности подходящего шкафа рассчитывается следующим образом:
где:
-
A - Эффективная площадь теплопроводности в м 2
(Сумма поверхностных поверхностей, не контактирующих с какой-либо другой поверхностью)
- P - потеря мощности теплогенерирующего оборудования в ваттах
- T Max - Максимально допустимая рабочая температура преобразователя в ° C
- T Amb - Максимальная температура внешнего окружающего воздуха в ° C
- k - коэффициент теплопередачи материала оболочки
Пример расчета //
Вычислите минимальный размер шкафа IP54 для типичного частотного преобразователя типа ШИМ мощностью 22 кВт. Сделаны следующие предположения:
- Потери преобразователя составляют 600 Вт при полной номинальной нагрузке.
- Преобразователь монтируется внутри шкафа IP54 из стали толщиной 2 мм.
- Корпус эффективно герметизирован снаружи, а тепло может рассеиваться только из корпуса путем проведения через сталь и излучением наружной поверхности наружного воздуха.
- Шкаф стоит на полу спиной к стене в комнате с кондиционером с максимальной температурой окружающей среды 25 ° C.
- Преобразователь может работать при максимальной температуре 50 ° C.
- Коэффициент теплопередачи составляет 5, 5 (типичный для окрашенной стали толщиной 2 мм).
Первый шаг - рассчитать минимальную требуемую площадь поверхности шкафа. Это можно сделать, применив формулу для площади поверхности.
Если шкаф стоит на полу у стены, эта область применяется только к верхней, передней и двум сторонам корпуса. Подходящая ячейка может быть выбрана из ряда стандартных ячеек или может быть изготовлена для этой установки.
В любом случае важно учитывать размеры преобразователя и обеспечить, чтобы на всех сторонах преобразователя было пространство не менее 100 мм.
Учитывая эти требования, процедура состоит в том, чтобы выбирать или оценивать по меньшей мере два из измерений, а третье - из приведенного выше уравнения. Затем этот расчетный размер должен быть проверен, чтобы гарантировать, что требуемый зазор 100 мм поддерживается.
Для шкафа с размерами H × W × D, стоящими на полу от стены, эффективная площадь теплопроводности:
A = HW + 2HD + WD
Предполагая, что стандартная ячейка выбрана с высотой 2, 0 м и глубиной 0, 5 м, ширина получается из:
A = 2, 0 Вт + 2 + 0, 5 Вт
A = 2, 5 Вт + 2
Используя требуемую площадь рассеивания тепла из приведенного выше расчета:
4, 36 = 2, 5 Вт + 2 или
2, 5 Вт = 2, 36, где
W = 0, 94
Исходя из требований теплоотдачи, ширина шкафа должна быть больше 0, 94 м. В этом случае будет выбрана стандартная ширина 1, 0 м.
Зазоры вокруг конвертера
Зазоры по сторонам преобразователя следует проверить. При типовых размерах преобразователя H × W × D = 700 × 350 × 300 выбранная ячейка обеспечивала бы более 100 мм зазора вокруг всего преобразователя, а также оставляла достаточное пространство для кабелей и других компонентов.
Из этого расчета видно, что габаритные размеры шкафа могут быть уменьшены за счет следующих изменений:
- Стоя кабиной от стены, не менее 200 мм
- Снижение температуры окружающей среды, отключение кондиционера
- Обеспечение вентиляции в кабине для улучшения теплопередачи
Частотная приводная панель Yaskawa
Вентиляция корпусов
Корпус может быть меньше, если предусмотрена дополнительная вентиляция для замены воздуха внутри и снаружи шкафа. Существует несколько методов вентиляции, обычно используемых с преобразователями, но они в основном делятся на две категории:
- Вентиляция
- Принудительная вентиляция
Вентиляция
Опирается на конвекционный охлаждающий воздушный поток через вентиляционные отверстия у нижней части шкафа и вблизи верха, эффект «дымохода».
Рисунок 1 - Естественная вентиляция преобразователя в шкафу
Принудительная вентиляция
Опирается на охлаждающий воздушный поток с помощью вентилятора, расположенного либо вблизи верхней, либо нижней части шкафа. Трудно поддерживать высокий рейтинг IP с вентилируемыми шкафами, поэтому вентилируемые ячейки необходимо размещать в защищенной среде, например, в помещении для пыли.
Для целей охлаждения требуется определенный объем воздушного потока для передачи тепла, создаваемого внутри корпуса, во внешнюю среду.
Требуемый расход воздуха можно рассчитать по следующей формуле:
где:
- V - Требуемый расход воздуха в м 3 в час
- P - потеря мощности теплогенерирующего оборудования в ваттах
- T Max - Максимально допустимая рабочая температура преобразователя в ° C
- T Amb - Максимальная внешняя температура окружающей среды в ° C
Рисунок 2 - Принудительная вентиляция конвертера в шкафу
пример
Рассчитайте требования к вентиляции воздушного потока преобразователя 22 кВт, используемые в приведенном выше примере, используя те же предположения. Необходимый воздушный поток для поддержания достаточного охлаждения:
Воздушный поток 75 м 3 / ч необходим для удаления тепла, создаваемого внутри шкафа преобразователем, и для передачи его снаружи. В этом случае размеры шкафа основаны исключительно на минимальных физических размерах, необходимых для преобразователя и любого другого оборудования, установленного в шкафу.
Этот воздушный поток может быть достигнут конвекционным потоком воздуха, при условии, что размер верхних / нижних отверстий достаточно велик, а сопротивление воздушному потоку не обязательно ограничено пылесборными прокладками. В качестве альтернативы, для обеспечения требуемого воздушного потока необходима вентиляторная система с вентилятором.
Альтернативные монтажные устройства
Одной из основных проблем, связанных с вентиляцией конвертерных ячеек, является то, что достичь высокого рейтинга IP с помощью вентилируемой ячейки очень сложно! Кроме того, если используются фильтры, возникает дополнительная проблема обслуживания, фильтры необходимо регулярно проверять и заменять.
Решение, которое быстро набирает популярность, - это утопленный монтаж. Этот метод был принят многими производителями преобразователей.
Большая часть тепла, создаваемого преобразователем, связана с силовыми электронными компонентами, такими как выпрямительный модуль, инверторный модуль, конденсаторы, реактор и источник питания. Эти элементы обычно устанавливаются на основание радиатора преобразователя, и большая часть тепла будет рассеиваться с поверхностей этого радиатора.
Цифровые схемы управления не генерируют очень много тепла, возможно, несколько ватт.
Рисунок 3 - Преобразователь, установленный с радиатором вне шкафа
Если радиатор утоплен через заднюю монтажную плоскость корпуса, большая часть тепла будет рассеиваться в окружающей среде, находящейся вне шкафа. Часть преобразователя с цепями управления остается в корпусе. При подходящем уплотнении вокруг конвертера корпус может быть относительно небольшим и рассчитан на> IP54 без
для принудительной или конвекционной вентиляции.
Участок радиатора, выступающий за пределы корпуса, может быть подвергнут воздействию окружающей среды с более низким классом защиты IP (например, IP20) или может быть выполнен с возможностью проецирования в систему воздуховодов с охлаждающим воздухом, которая пропускает тепло вне здания.
На рисунке 3 показано типичное монтажное устройство этого типа преобразователя с радиаторами, проецирующимися в охлаждающий канал.
Ссылка // Практические приводы с переменной скоростью и силовая электроника от Malcolm Barnes (купить твердый переплет из Amazon)