Cách làm mát bộ chuyển đổi tần số công suất cao

Bộ biến tần cung cấp năng lượng và điều khiển cho động cơ thương mại và công nghiệp, đồng thời phải được bảo vệ nhiệt theo thiết kế và môi trường ứng dụng của chúng. Ưu điểm chính của bộ biến tần là điều khiển linh hoạt, hiệu suất khởi động và tắt ổn định và tiết kiệm năng lượng đáng kể nhờ quạt ly tâm và máy bơm hoạt động ở mức tải thay đổi.

Hiệu suất của hầu hết các bộ biến tần và phụ kiện của chúng không chỉ tăng 4% mà còn tăng 2% trong hệ thống điện tử. Tuy nhiên, do khả năng chuyển đổi công suất lớn trong bộ biến tần công suất cao nên ngay cả khi tổn thất hiệu suất thấp cũng sẽ dẫn đến phát sinh nhiệt thải từ vài kilowatt đến hàng chục kilowatt. Chúng ta phải cố gắng làm tiêu tan sức nóng này.

1. Mở hoặc niêm phong:

Trong tủ làm mát bằng không khí mở, việc loại bỏ nhiệt này rất dễ dàng. Tuy nhiên, trong môi trường khắc nghiệt, không thể sử dụng quạt lọc làm mát hoặc luồng khí trực tiếp để làm mát, và việc quản lý nhiệt của vỏ đã trở thành một phần quan trọng trong quá trình thiết kế. Chiến lược nghiên cứu rất quan trọng đối với bộ biến tần giúp làm mát lớp vỏ kín công suất trung bình và cao một cách hiệu quả, thụ động và tiết kiệm trong môi trường khắc nghiệt.

Tủ lưu thông không khí mở có thể cho phép không khí xung quanh lưu thông qua tủ và làm mát trực tiếp và hiệu quả mô-đun công suất cao. Vỏ kín không cho không khí bên ngoài vào tủ mà sử dụng không khí trong tủ để làm mát các sản phẩm điện tử và thải nhiệt ra không khí xung quanh thông qua bộ trao đổi nhiệt. Cả hai tủ đều phù hợp với hệ thống điện năng thấp. Tuy nhiên, đối với nhiều tủ biến tần công suất lớn, mức tiêu thụ điện năng cao hơn so với làm mát bằng không khí. Các bộ phận có công suất thấp thường được làm mát trực tiếp bằng luồng không khí, trong khi các bộ phận có công suất cao hơn được làm mát trực tiếp hoặc gián tiếp bằng nước làm mát cơ sở, hệ thống nén hơi hoặc hệ thống bơm chất lỏng.

2. Làm mát bằng xi-phông nhiệt:

Loop thermosyphon (LTS) là một thiết bị làm mát hai pha được điều khiển bằng trọng lực. Chế độ làm việc của chúng tương tự như ống dẫn nhiệt. Chỉ cần chất lỏng làm việc bay hơi và ngưng tụ theo một chu trình khép kín, nó có thể truyền nhiệt trong một khoảng cách nhất định. So với ống dẫn nhiệt, ưu điểm chính của xi phông nhiệt dạng vòng là nó có thể sử dụng chất lỏng làm việc dẫn điện và truyền công suất cao một cách hiệu quả và từ xa. So với hệ thống làm mát bằng chất lỏng chủ động, nén hơi hoặc bơm làm mát hai pha, xi phông nhiệt dạng vòng không có bộ phận chuyển động và có độ tin cậy cao hơn. Syphon nhiệt dạng vòng rất thích hợp để truyền nhiệt thải công suất cao từ các thiết bị điện tử công suất trong tủ ra môi trường bên ngoài của tủ.

3. Bộ trao đổi nhiệt vỏ kín:

Trong sự kết hợp giữa 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 lắp đặt trên tấm lạnh của thermosyphon vòng. Tải 10kW cộng với tải nhiệt của nó được tiêu tán vào không khí của tủ bên ngoài thông qua xi-phông nhiệt dạng vòng. Tất cả các linh kiện điện tử thứ cấp đều được làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt khí-khí kín, có thể thải ra lượng nhiệt thải khoảng 1 kW. Bộ làm mát vỏ kín có thể xả nhiệt do các bộ phận phân tán và công suất thấp tạo ra trong tủ điện tử công suất, đồng thời ngăn các chất ô nhiễm trong không khí bên ngoài tương tác với các bộ phận này. Sự kết hợp của hai giải pháp làm mát có thể làm mát bộ điều khiển động cơ công suất cao trong vỏ kín một cách đáng tin cậy trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

4. Làm mát bằng chất lỏng:

Làm mát bằng chất lỏng là một cách phổ biến để làm mát bằng chất lỏng công nghiệp. Đối với các thiết bị biến tần, phương pháp này ít được sử dụng để tản nhiệt vì giá thành cao và khối lượng lớn khi sử dụng trong các bộ biến tần công suất nhỏ. Hơn nữa, do công suất của bộ biến tần thông thường từ vài KVA đến gần 100 KVA và công suất không lớn lắm nên khó có thể đảm bảo hiệu suất chi phí được người dùng chấp nhận. Phương pháp này chỉ được sử dụng trong những dịp đặc biệt) và các bộ biến tần có công suất đặc biệt lớn.

Bất kể giải pháp nhiệt nào được áp dụng, mức tiêu thụ điện năng của nó phải được xác định theo công suất của bộ biến tần, đồng thời phải chọn quạt và bộ tản nhiệt phù hợp để đạt được hiệu suất chi phí vượt trội. Đồng thời, các yếu tố môi trường được sử dụng bởi bộ biến tần phải được tính đến đầy đủ. Do môi trường khắc nghiệt, phải thực hiện các biện pháp tương ứng để đảm bảo bộ biến tần hoạt động bình thường và đáng tin cậy. Từ góc độ của chính bộ biến tần, cần tránh ảnh hưởng của các yếu tố bất lợi càng nhiều càng tốt để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của bộ biến tần.