วิธีการระบายความร้อนของตัวแปลงความถี่กำลังสูง

ตัวแปลงความถี่ให้กำลังและการควบคุมสำหรับมอเตอร์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม และต้องได้รับการป้องกันความร้อนตามการออกแบบและสภาพแวดล้อมการใช้งาน ข้อได้เปรียบหลักของตัวแปลงความถี่คือการควบคุมที่ยืดหยุ่น ประสิทธิภาพการเริ่มต้นและการปิดเครื่องที่เสถียร และการประหยัดพลังงานอย่างมากจากพัดลมแบบแรงเหวี่ยงและปั๊มที่ทำงานภายใต้โหลดที่แปรผัน

ประสิทธิภาพของตัวแปลงความถี่ส่วนใหญ่และอุปกรณ์เสริมไม่เพียงเพิ่มขึ้น 4 เปอร์เซ็นต์ แต่ยังเพิ่มขึ้น 2 เปอร์เซ็นต์ในระบบอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการแปลงพลังงานขนาดใหญ่ในตัวแปลงความถี่กำลังสูง แม้ว่าการสูญเสียประสิทธิภาพจะต่ำ แต่ก็จะนำไปสู่การสร้างความร้อนเหลือทิ้งจากหลายกิโลวัตต์เป็นสิบกิโลวัตต์ เราต้องพยายามกระจายความร้อนเหล่านี้

1. เปิดหรือปิดผนึก:

ในตู้ระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเปิด ง่ายต่อการขจัดความร้อนเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง มันเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้การระบายความร้อนด้วยพัดลมกรองหรือการไหลของอากาศโดยตรงเพื่อทำให้เย็นลง และการจัดการความร้อนของเปลือกก็กลายเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการออกแบบ กลยุทธ์การวิจัยมีความสำคัญมากสำหรับตัวแปลงความถี่ที่ทำให้เปลือกปิดผนึกกำลังปานกลางและกำลังสูงเย็นลงอย่างมีประสิทธิภาพ เชิงรับ และประหยัดในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ตู้จ่ายอากาศแบบเปิดสามารถปล่อยให้อากาศโดยรอบไหลเวียนผ่านตู้ และทำให้โมดูลกำลังสูงเย็นลงโดยตรงและมีประสิทธิภาพ ตู้ที่ปิดสนิทไม่อนุญาตให้อากาศภายนอกเข้าไปในตู้ แต่ใช้อากาศในตู้เพื่อระบายความร้อนให้กับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และส่งออกความร้อนไปยังอากาศโดยรอบผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ตู้ทั้งสองตู้เหมาะสำหรับระบบไฟฟ้าต่ำ อย่างไรก็ตาม สำหรับตู้อินเวอร์เตอร์กำลังสูงหลายรุ่น ระดับการใช้พลังงานจะสูงกว่าการระบายความร้อนด้วยอากาศ โดยทั่วไปส่วนประกอบพลังงานต่ำจะถูกระบายความร้อนโดยตรงโดยการไหลของอากาศ ในขณะที่ส่วนประกอบที่มีพลังงานสูงกว่าจะถูกระบายความร้อนโดยตรงหรือโดยอ้อมด้วยน้ำหล่อเย็นของโรงงาน ระบบอัดไอน้ำ หรือระบบของเหลวที่ถูกสูบ

2. การระบายความร้อนด้วยเทอร์โมไซฟอน:

เทอร์โมไซฟอนแบบลูป (LTS) เป็นอุปกรณ์ทำความเย็นแบบสองเฟสที่ขับเคลื่อนด้วยแรงโน้มถ่วง โหมดการทำงานคล้ายกับท่อความร้อน ตราบใดที่ของไหลทำงานระเหยและควบแน่นในวงจรปิด ก็สามารถถ่ายเทความร้อนได้ภายในระยะที่กำหนด เมื่อเปรียบเทียบกับท่อความร้อน ข้อได้เปรียบหลักของเทอร์โมไซฟอนแบบลูปคือสามารถใช้ของเหลวทำงานที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและส่งพลังงานสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพจากระยะไกล เมื่อเปรียบเทียบกับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแอคทีฟ การอัดไอน้ำ หรือระบบทำความเย็นแบบสองเฟสแบบปั๊ม เทอร์โมไซฟอนแบบลูปไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและมีความน่าเชื่อถือสูงกว่า เทอร์โมไซฟอนแบบลูปเหมาะมากสำหรับการถ่ายโอนความร้อนทิ้งกำลังสูงจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังในตู้ไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกของตู้

3. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกปิดผนึก:

เมื่อใช้เทอร์โมไซฟอนแบบลูปและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปิดผนึก ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกตแบบหุ้มฉนวนกำลังสูง (IGBT) หรือไทริสเตอร์สับเปลี่ยนเกตแบบรวม (IGCT) จะถูกติดตั้งบนแผ่นเย็นของเทอร์โมไซฟอนแบบลูป โหลดขนาด 10kW บวกกับโหลดความร้อนจะกระจายไปในอากาศของตู้ภายนอกผ่านเทอร์โมไซฟอนแบบลูป ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทุติยภูมิทั้งหมดจะถูกระบายความร้อนด้วยตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบก๊าซ-ก๊าซแบบปิดผนึก ซึ่งสามารถส่งออกความร้อนทิ้งได้ประมาณ 1 กิโลวัตต์ เครื่องทำความเย็นแบบเปลือกปิดผนึกสามารถระบายความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบที่ใช้พลังงานต่ำและกระจายอยู่ในตู้อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และป้องกันไม่ให้มลพิษในอากาศภายนอกทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบเหล่านี้ การผสมผสานระหว่างโซลูชันการทำความเย็นทั้งสองแบบสามารถระบายความร้อนให้กับตัวควบคุมมอเตอร์กำลังสูงในเปลือกที่ปิดผนึกซึ่งจำเป็นสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงได้อย่างน่าเชื่อถือ

4. การระบายความร้อนด้วยของเหลว:

การระบายความร้อนด้วยของเหลวเป็นวิธีการทั่วไปในการระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอุตสาหกรรม สำหรับอุปกรณ์ของตัวแปลงความถี่ วิธีการนี้ไม่ค่อยได้ใช้สำหรับการกระจายความร้อน เนื่องจากมีต้นทุนสูงและมีปริมาณมากเมื่อใช้กับตัวแปลงความถี่ความจุขนาดเล็ก นอกจากนี้ เนื่องจากความจุของตัวแปลงความถี่ทั่วไปมีตั้งแต่ไม่กี่ KVA ถึงเกือบ 100 KVA และความจุไม่ใหญ่มาก จึงเป็นการยากที่จะทำให้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนเป็นที่ยอมรับของผู้ใช้ วิธีการนี้ใช้ในโอกาสพิเศษเท่านั้น) และตัวแปลงความถี่ที่มีความจุขนาดใหญ่เป็นพิเศษ

ไม่ว่าจะใช้ระบบระบายความร้อนแบบใด การสิ้นเปลืองพลังงานจะต้องถูกกำหนดตามความจุของตัวแปลงความถี่ และจะต้องเลือกพัดลมและตัวแปลภาษาที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ดีเยี่ยม ในเวลาเดียวกัน ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ใช้โดยตัวแปลงความถี่จะต้องถูกนำมาพิจารณาอย่างเต็มที่ เมื่อคำนึงถึงสภาพแวดล้อมที่รุนแรง จะต้องดำเนินมาตรการที่เกี่ยวข้องเพื่อให้แน่ใจว่าตัวแปลงความถี่จะทำงานได้ตามปกติและเชื่อถือได้ จากมุมมองของตัวแปลงความถี่เอง ควรหลีกเลี่ยงอิทธิพลของปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ของตัวแปลงความถี่