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惡劣環境下變頻器的散熱策略
發表日期:2021年8月1日  人氣:104  錄入:admin
如今有很大部分變頻器是使用在工商業領域內的,這些變頻器首要是用來完結工業電機的操控與動能供給,但變頻器的設備規劃是必須根據實踐使用環境來進行散熱維護的。變頻器的靈敏的操控功能以及發動與停機的穩定性都是其優勢,并且還可以為在可變負載下運行的離心風機和泵所帶來的明顯節能。
  大部分的大功率重載變頻器及其相關隸屬電子配件,都是被集成設備到電氣機柜中的,如下圖所示。變頻器不只可以進步使用體系的運行功率,變頻器本身的運行功率也是十分高,電力損失率只要2~4%左右。但由于大功率驅動器的電能轉化較多,所以即便電能損耗較低,也會導致數千瓦到數十千瓦的剩余熱量發生,這些都必須在設備變頻器時考慮在內,并設法將剩余熱量耗散掉。
  在開放式風冷機柜中,要想排出這些熱量很簡略。但是,在惡劣環境中,無法運用預過濾風扇冷卻或經過直接的空氣流來冷卻,外殼的熱量管理就成為規劃流程的重要組成部分。研究策略,關于在惡劣環境中高效、被迫且經濟地冷卻中、大功率密封外殼的變頻器至關重要。
  流轉或密封
  開放式氣流柜可讓環境空氣流轉機柜,直接有效地冷卻大功率模塊。這種高效的冷卻,可能會導致外部污染物進入外殼,一般運用風扇過濾體系,來過濾流入機柜的空氣,從而最大限度地減少這些污染物。過濾器有助于減少塵埃和碎片,但它們需求定時維護來清潔或替換過濾器。
  密封外殼不允許外部空氣進入機柜,而是用機柜內的空氣來冷卻電子產品,并經過熱交換器將熱量導出到環境空氣中。密封外殼可防止污垢、塵埃、濕度、鹽霧和其它空氣中的腐蝕性物質進入機柜,并影響電子元件的運用壽命。
  這兩種體系都適用于低功耗機柜。但是,關于許多大功率變頻器機柜來說,功耗水平高于空氣冷卻所能達到的水平。低功率部件一般直接經過氣流進行冷卻,而較高功率的部件則經過設備冷卻水、蒸汽緊縮體系或泵送液體體系直接或直接冷卻。
  在這些體系中,大功率元件(絕緣柵極雙極晶體管、集成柵極換向晶閘管、硅操控整流器),一般銜接到流體冷卻冷板上。然后,流體運用蒸汽緊縮體系或經過液氣熱交換器,將熱量排放到環境空氣中。無論哪種情況,所需的環境空氣熱交換器都可以布置在設備內外。這些體系的首要缺陷是將流體引入機柜和冷卻液管線進出機柜所帶來的挑戰。
  環路熱虹吸管
  環路熱虹吸管(LTS)是重力驅動的兩相冷卻設備。它們的作業方法與熱管相似,作業流體只要在一個封閉的循環中蒸發并冷凝,就可在給定的距離內傳遞熱量。相對熱管,環路熱虹吸管的首要優點是可以運用導電作業液,高效、遠距離傳輸大功率。與自動式液體冷卻液、蒸汽緊縮或泵送兩相冷卻體系相比,環路熱虹吸管沒有運動部件,牢靠性更高。環路熱虹吸管十分合適將大功率余熱從機柜中的電力電子設備傳輸到機柜外部環境中。
  在機柜層面,環路熱虹吸管冷卻體系的優勢是明顯的。在工廠車間內就可以將機柜、電子設備和冷卻體系設備到密封、獨立的外殼中。每個機柜都是獨立的,可以獨立交給,在終究客戶那里也易于設備。最簡略的完成方法就是位于機柜頂部的風冷環路熱虹吸管冷凝器。這樣,機柜堅持獨立,在終究設備時只需求電氣銜接。
  環路熱虹吸管冷凝器還可以銜接到設備或冷卻水體系?梢詫⒂酂釓臋C柜和多個機柜中進一步散失,從而可以在同一個環路上作業。運用環路熱虹吸管和冷水冷凝器時,管道和水的銜接都在機柜外部,這樣就可將冷卻液和電子設備分隔。
  密封外殼熱交換器
  環路熱虹吸管是直接從高發熱部件中排除大熱量的絕佳辦法。但二次部件的余熱負荷仍需冷卻。這些輔佐組件,包括分散在機柜中的許多低功耗設備,這樣經過直接接觸來冷卻就難易完成。對這些低功耗、熱流較低的元件,直接空氣冷卻是最實用的辦法。低功耗組件可以經過空氣-空氣熱交換器輕松冷卻,一起堅持外殼密封的完整性。
  在環路熱虹吸管和密封式換熱器組合中,高功率絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)或集成柵極換向晶閘管(IGCT)設備在環路熱虹吸管冷板上,它的10千瓦負荷加上熱負荷,經過環路熱虹吸管耗散到外部機柜空氣中。一切的二次電子部件,都是經過密封的氣-氣熱交換器冷卻的,熱交換器可以導出1千瓦左右的廢熱。
  配置了空氣-空氣熱交換器的環路熱虹吸管(LTS)。
  環路熱虹吸管和密封的空氣-空氣熱交換器堅持本來的NEMA機柜等級。二者的組合使大功率機柜可以維持密封功能,不受外部氣流的影響,并且不會有冷卻液在機柜內的活動。
  環路熱虹吸管和密封殼式冷卻器的呈現,為電力電子冷卻使用提供了條件。環路熱虹吸管是使用一種十分合適中、高壓使用的導電作業液,以被迫方法給大功率電子元件降溫。封閉式外殼冷卻器,可將電力電子柜中低功率、分布元件發生的熱量排出,一起防止外界空氣中的污染物與這些元件相互作用。采用兩種冷卻計劃的組合,可以對作業環境惡劣、要求高的密封殼體進行牢靠的冷卻。
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