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恶劣环境下变频器的散热策略
发表日期:2021年8月1日  人气:85  录入:admin
如今有很大部分变频器是使用在工商业领域内的,这些变频器首要是用来完结工业电机的操控与动能供给,但变频器的设备规划是必须根据实践使用环境来进行散热维护的。变频器的灵敏的操控功能以及发动与停机的稳定性都是其优势,并且还可以为在可变负载下运行的离心风机和泵所带来的明显节能。
  大部分的大功率重载变频器及其相关隶属电子配件,都是被集成设备到电气机柜中的,如下图所示。变频器不只可以进步使用体系的运行功率,变频器本身的运行功率也是十分高,电力损失率只要2~4%左右。但由于大功率驱动器的电能转化较多,所以即便电能损耗较低,也会导致数千瓦到数十千瓦的剩余热量发生,这些都必须在设备变频器时考虑在内,并设法将剩余热量耗散掉。
  在开放式风冷机柜中,要想排出这些热量很简略。但是,在恶劣环境中,无法运用预过滤风扇冷却或经过直接的空气流来冷却,外壳的热量管理就成为规划流程的重要组成部分。研究策略,关于在恶劣环境中高效、被迫且经济地冷却中、大功率密封外壳的变频器至关重要。
  流转或密封
  开放式气流柜可让环境空气流转机柜,直接有效地冷却大功率模块。这种高效的冷却,可能会导致外部污染物进入外壳,一般运用风扇过滤体系,来过滤流入机柜的空气,从而最大限度地减少这些污染物。过滤器有助于减少尘埃和碎片,但它们需求定时维护来清洁或替换过滤器。
  密封外壳不允许外部空气进入机柜,而是用机柜内的空气来冷却电子产品,并经过热交换器将热量导出到环境空气中。密封外壳可防止污垢、尘埃、湿度、盐雾和其它空气中的腐蚀性物质进入机柜,并影响电子元件的运用寿命。
  这两种体系都适用于低功耗机柜。但是,关于许多大功率变频器机柜来说,功耗水平高于空气冷却所能达到的水平。低功率部件一般直接经过气流进行冷却,而较高功率的部件则经过设备冷却水、蒸汽紧缩体系或泵送液体体系直接或直接冷却。
  在这些体系中,大功率元件(绝缘栅极双极晶体管、集成栅极换向晶闸管、硅操控整流器),一般衔接到流体冷却冷板上。然后,流体运用蒸汽紧缩体系或经过液气热交换器,将热量排放到环境空气中。无论哪种情况,所需的环境空气热交换器都可以布置在设备内外。这些体系的首要缺陷是将流体引入机柜和冷却液管线进出机柜所带来的挑战。
  环路热虹吸管
  环路热虹吸管(LTS)是重力驱动的两相冷却设备。它们的作业方法与热管相似,作业流体只要在一个封闭的循环中蒸发并冷凝,就可在给定的距离内传递热量。相对热管,环路热虹吸管的首要优点是可以运用导电作业液,高效、远距离传输大功率。与自动式液体冷却液、蒸汽紧缩或泵送两相冷却体系相比,环路热虹吸管没有运动部件,牢靠性更高。环路热虹吸管十分合适将大功率余热从机柜中的电力电子设备传输到机柜外部环境中。
  在机柜层面,环路热虹吸管冷却体系的优势是明显的。在工厂车间内就可以将机柜、电子设备和冷却体系设备到密封、独立的外壳中。每个机柜都是独立的,可以独立交给,在终究客户那里也易于设备。最简略的完成方法就是位于机柜顶部的风冷环路热虹吸管冷凝器。这样,机柜坚持独立,在终究设备时只需求电气衔接。
  环路热虹吸管冷凝器还可以衔接到设备或冷却水体系。可以将余热从机柜和多个机柜中进一步散失,从而可以在同一个环路上作业。运用环路热虹吸管和冷水冷凝器时,管道和水的衔接都在机柜外部,这样就可将冷却液和电子设备分隔。
  密封外壳热交换器
  环路热虹吸管是直接从高发热部件中排除大热量的绝佳办法。但二次部件的余热负荷仍需冷却。这些辅佐组件,包括分散在机柜中的许多低功耗设备,这样经过直接接触来冷却就难易完成。对这些低功耗、热流较低的元件,直接空气冷却是最实用的办法。低功耗组件可以经过空气-空气热交换器轻松冷却,一起坚持外壳密封的完整性。
  在环路热虹吸管和密封式换热器组合中,高功率绝缘栅极双极晶体管(IGBT)或集成栅极换向晶闸管(IGCT)设备在环路热虹吸管冷板上,它的10千瓦负荷加上热负荷,经过环路热虹吸管耗散到外部机柜空气中。一切的二次电子部件,都是经过密封的气-气热交换器冷却的,热交换器可以导出1千瓦左右的废热。
  配置了空气-空气热交换器的环路热虹吸管(LTS)。
  环路热虹吸管和密封的空气-空气热交换器坚持本来的NEMA机柜等级。二者的组合使大功率机柜可以维持密封功能,不受外部气流的影响,并且不会有冷却液在机柜内的活动。
  环路热虹吸管和密封壳式冷却器的呈现,为电力电子冷却使用提供了条件。环路热虹吸管是使用一种十分合适中、高压使用的导电作业液,以被迫方法给大功率电子元件降温。封闭式外壳冷却器,可将电力电子柜中低功率、分布元件发生的热量排出,一起防止外界空气中的污染物与这些元件相互作用。采用两种冷却计划的组合,可以对作业环境恶劣、要求高的密封壳体进行牢靠的冷却。
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