¿Cuál es la mejor manera de disipar el calor para los inversores de alta potencia?
La mayoría de los inversores de alta potencia y sus componentes electrónicos asociados están integrados en armarios eléctricos. Los inversores no solo mejoran la eficiencia del sistema, sino que la eficiencia del propio inversor también es muy alta, con una pérdida de solo el 2% al 4%. Sin embargo, debido a la gran cantidad de conversión de energía en los inversores de alta potencia, incluso si la pérdida de eficiencia es baja, conducirá a la generación de varios kilovatios a decenas de kilovatios de calor residual, que debe disiparse.
En los armarios abiertos refrigerados por aire, es sencillo eliminar este calor. Sin embargo, en entornos hostiles en los que no es posible la refrigeración por ventilador filtrada o la refrigeración mediante flujo de aire directo, la gestión térmica de la carcasa se convierte en una parte importante del proceso de diseño. Las estrategias son esenciales para enfriar de manera eficiente, pasiva y económica unidades de gabinete sellado de potencia media y alta en entornos hostiles.
01 Flujo o Sellado
Los gabinetes de flujo de aire abiertos permiten que el aire ambiente fluya a través del gabinete, enfriando de manera efectiva los módulos de alta potencia directamente. Sin embargo, este enfriamiento eficiente puede resultar en contaminantes externos que ingresan al gabinete, que generalmente se minimizan mediante el uso de un sistema de filtro de ventilador para filtrar el aire que fluye hacia el gabinete. Los filtros ayudan a reducir el polvo y los desechos, pero requieren un mantenimiento regular para limpiar o reemplazar los filtros.
En estos sistemas, los componentes de alta potencia (transistores bipolares de puerta aislada, tiristores conmutados de puerta integrada, rectificadores controlados por silicio) suelen estar conectados a una placa fría refrigerada por fluido. Luego, el fluido rechaza el calor al aire ambiente mediante un sistema de compresión de vapor o a través de un intercambiador de calor líquido-aire. En cualquier caso, el intercambiador de calor de aire ambiente requerido puede estar ubicado dentro o fuera de la instalación. El principal inconveniente de estos sistemas son los desafíos de introducir fluido en el gabinete y canalizar refrigerante dentro y fuera del gabinete.
02 Termosifones de bucle
Los termosifones de bucle (LTS) son dispositivos de enfriamiento bifásicos impulsados por gravedad. Funcionan de manera similar a las tuberías de calor, donde el fluido de trabajo se evapora y condensa en un circuito cerrado para transferir calor a una distancia determinada. La principal ventaja de los termosifones de bucle sobre los tubos de calor es la capacidad de utilizar un fluido de trabajo conductor, lo que permite una transmisión eficiente y a larga distancia de alta potencia. Los termosifones de bucle no tienen partes móviles y son más confiables que los refrigerantes líquidos activos, la compresión de vapor o los sistemas de enfriamiento bifásicos bombeados. Los termosifones de bucle son ideales para transferir el calor residual de alta potencia de la electrónica de potencia en un gabinete al entorno fuera del gabinete.
03 Intercambiadores de calor de carcasa estanca
Los termosifones de bucle son un método excelente para eliminar grandes cantidades de calor directamente de los componentes que generan mucho calor. Sin embargo, la carga de calor residual de los componentes secundarios aún debe enfriarse. Estos componentes secundarios, incluidos muchos dispositivos de baja potencia dispersos por todo el gabinete, son difíciles de enfriar por contacto directo. Para estos componentes de baja potencia y bajo flujo de calor, el enfriamiento directo por aire es el método más práctico. Los componentes de baja potencia se pueden enfriar fácilmente mediante intercambiadores de calor aire-aire mientras se mantiene la integridad del sello de la carcasa.
En la combinación de termosifón de bucle e intercambiador de calor sellado, los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) de alta potencia o los tiristores conmutados de puerta integrados (IGCT) se montan en la placa fría del termosifón de bucle, y su carga de 10 kW más carga de calor se disipa al aire del gabinete externo a través del termosifón de bucle (ver Figura 2). Todos los componentes electrónicos secundarios se enfrían mediante un intercambiador de calor aire-aire sellado, que puede eliminar aproximadamente 1 kW de calor residual.
Las bombas de suministro de agua de muchas centrales eléctricas también son bastante potentes. Por ejemplo, una central térmica de 2 * 300 MW tiene una bomba de suministro de agua con una potencia de 5500 KW. Con una potencia tan grande, se utilizan tipos de media y alta tensión, como 6KV.
Algunos molinos de bolas también tienen una potencia relativamente grande, como el molino de bolas Ф5500×8500, cuya potencia del motor es de 4500Kw.
También hay algunos trenes de laminación grandes con una potencia de motor relativamente grande, especialmente equipos de laminación en caliente. Por ejemplo, la potencia del motor de algunos molinos de acabado es de 11.000 kilovatios.
Métodos generales de disipación de calor para inversores
Según la estructura actual de los inversores, la disipación de calor generalmente se puede dividir en los siguientes tres tipos: disipación de calor natural, disipación de calor por convección, refrigeración líquida y disipación de calor del ambiente externo.
(I) Disipación de calor natural Para inversores de pequeña capacidad, generalmente se utiliza la disipación de calor natural. El entorno de uso debe estar bien ventilado y libre de polvo y objetos flotantes. Este tipo de inversor se utiliza principalmente para acondicionadores de aire domésticos, máquinas herramienta CNC, etc., con muy baja potencia y un entorno de uso relativamente bueno.
(II) Enfriamiento por convección disipa calor
El enfriamiento por convección es un método de enfriamiento comúnmente utilizado, como se muestra en la Figura 2. Con el desarrollo de dispositivos semiconductores, los disipadores de calor de dispositivos semiconductores también se han desarrollado rápidamente, tendiendo a la estandarización, serialización y generalización; mientras que los nuevos productos se están desarrollando en la dirección de baja resistencia térmica, multifunción, tamaño pequeño, peso ligero y adecuado para la producción e instalación automatizadas. Varios de los principales fabricantes de disipadores de calor en el mundo tienen miles de series de productos, todos los cuales han sido probados y proporcionan curvas de resistencia térmica del disipador de calor y uso de energía, que brindan comodidad para que los usuarios seleccionen con precisión. Al mismo tiempo, el desarrollo de ventiladores de disipación de calor también es bastante rápido, mostrando las características de tamaño pequeño, larga vida útil, bajo nivel de ruido, bajo consumo de energía, gran volumen de aire y alta protección. Por ejemplo, el ventilador de disipación de calor del inversor de baja potencia de uso común es de solo 25 mm×25 mm×10 mm; El ventilador de larga duración SANYO de Japón puede alcanzar 200000h y el nivel de protección puede alcanzar IPX5; también está SingapurVentilador de flujo axial de gran volumen de aire LEIPOLE,con un volumen de escape de hasta 5700m3/h. Estos factores proporcionan a los diseñadores un espacio de elección muy amplio.
El enfriamiento por convección es ampliamente utilizado porque los componentes (ventiladores, radiadores) utilizados son fáciles de elegir, el costo no es demasiado alto y la capacidad del inversor puede ser de decenas a cientos de kVA, o incluso más (usando unidades en paralelo).
(1) Refrigeración con ventilador incorporado del inversor
La refrigeración con ventilador incorporado se utiliza generalmente para inversores de uso general de pequeña capacidad. Al instalar correctamente el inversor, se puede maximizar la capacidad de enfriamiento del ventilador incorporado del inversor. El ventilador incorporado puede eliminar el calor dentro del inversor. La disipación final del calor se realiza a través de la placa de hierro de la caja del inversor. El método de enfriamiento que utiliza solo el ventilador incorporado del inversor es adecuado para cajas de control con inversores separados y cajas de control con relativamente pocos componentes de control. Si hay varios inversores u otros componentes eléctricos con una disipación de calor relativamente grande en la caja de control del inversor, el efecto de disipación de calor no es muy obvio.
(2) Refrigeración con ventilador externo del inversor
Al agregar varios ventiladores con función de convección de ventilación en la caja de control donde está instalado el inversor, se puede mejorar en gran medida el efecto de disipación de calor del inversor y se puede reducir la temperatura del entorno de trabajo del inversor. La capacidad del ventilador se puede calcular mediante la disipación de calor del inversor. Hablemos del método de selección general: basándonos en la experiencia, calculamos que por cada 1kW de calor generado por el consumo de energía, el volumen de escape del ventilador es de 360m³/h y el consumo de energía del inversor es del 4-5% de su capacidad. Aquí calculamos al 5%, y podemos obtener la relación entre el ventilador adaptado al inversor y su capacidad: Por ejemplo: la potencia del inversor es de 90 kilovatios, entonces: el volumen de escape del ventilador (m3/h) = capacidad del inversor × 5% × 360m³/h/kW = 1620m³/h
A continuación, seleccione el modelo de ventilador de diferentes fabricantes según el volumen de escape del ventilador para obtener el ventilador que cumpla con nuestras condiciones. En términos generales, la refrigeración por ventilador es el principal medio de refrigeración del inversor en esta etapa, especialmente adecuada para armarios de control relativamente grandes, y cuando los componentes eléctricos del armario de control funcionan y calientan al mismo tiempo. Es adecuado para armarios de control centralizados y cajas de control altamente integrados. Además, debido al continuo avance de la tecnología en los últimos años, los ventiladores de disipación de calor ya no son tan grandes como en años anteriores, y los ventiladores pequeños y potentes están en todas partes. El rendimiento de costos también es mucho mejor que otros métodos de enfriamiento.
