ข่าว

วิธีกระจายความร้อนที่ดีที่สุดสําหรับอินเวอร์เตอร์กําลังสูง?

อินเวอร์เตอร์กําลังสูงส่วนใหญ่และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องรวมอยู่ในตู้ไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์ไม่เพียง แต่ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ แต่ประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์เองก็สูงมากเช่นกันโดยมีการสูญเสียเพียง 2% ถึง 4% อย่างไรก็ตามเนื่องจากการแปลงพลังงานจํานวนมากในอินเวอร์เตอร์กําลังสูงแม้ว่าการสูญเสียประสิทธิภาพจะต่ํา แต่ก็นําไปสู่การสร้างความร้อนเหลือทิ้งหลายกิโลวัตต์ถึงหลายสิบกิโลวัตต์ซึ่งจะต้องกระจายไป


ในตู้ระบายความร้อนแบบเปิดโล่งการขจัดความร้อนนี้ทําได้ง่าย อย่างไรก็ตามในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งไม่สามารถระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบกรองหรือระบายความร้อนผ่านการไหลของอากาศโดยตรงการจัดการความร้อนของตัวเครื่องจะกลายเป็นส่วนสําคัญของกระบวนการออกแบบ กลยุทธ์มีความสําคัญต่อการขับเคลื่อนกล่องหุ้มปิดผนึกกําลังปานกลางและสูงอย่างมีประสิทธิภาพ พาสซีฟ และประหยัดในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

01 ไหลหรือปิดผนึก

ตู้ระบายอากาศแบบเปิดช่วยให้อากาศแวดล้อมไหลผ่านตู้ทําให้โมดูลพลังงานสูงเย็นลงโดยตรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพนี้อาจส่งผลให้สิ่งปนเปื้อนภายนอกเข้าสู่ตัวเครื่อง ซึ่งโดยทั่วไปจะลดลงโดยใช้ระบบกรองพัดลมเพื่อกรองอากาศที่ไหลเข้าสู่ตู้ ตัวกรองช่วยลดฝุ่นและเศษขยะ แต่ต้องมีการบํารุงรักษาเป็นประจําเพื่อทําความสะอาดหรือเปลี่ยนแผ่นกรอง

ในระบบเหล่านี้ส่วนประกอบกําลังสูง (ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตหุ้มฉนวนไทริสเตอร์สับเปลี่ยนเกตแบบบูรณาการวงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยซิลิกอน) มักจะเชื่อมต่อกับแผ่นเย็นที่ระบายความร้อนด้วยของเหลว จากนั้นของเหลวจะปฏิเสธความร้อนไปยังอากาศแวดล้อมโดยใช้ระบบบีบอัดไอหรือผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากของเหลวสู่อากาศ ไม่ว่าในกรณีใด เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในอากาศแวดล้อมที่ต้องการสามารถอยู่ภายในหรือภายนอกโรงงานได้ ข้อเสียเปรียบหลักของระบบเหล่านี้คือความท้าทายในการนําของเหลวเข้าไปในตู้และท่อน้ําหล่อเย็นเข้าและออกจากตู้

02 ลูปเทอร์โมไซฟอน

Loop Thermosyphons (LTS) เป็นอุปกรณ์ทําความเย็นแบบสองเฟสที่ขับเคลื่อนด้วยแรงโน้มถ่วง พวกมันทํางานคล้ายกับท่อความร้อน ซึ่งของเหลวที่ใช้งานได้จะระเหยและควบแน่นในวงปิดเพื่อถ่ายเทความร้อนในระยะทางที่กําหนด ข้อได้เปรียบหลักของเทอร์โมไซฟอนแบบลูปเหนือท่อความร้อนคือความสามารถในการใช้ของเหลวที่ใช้งานได้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้สามารถส่งกําลังสูงทางไกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ เทอร์โมไซฟอนแบบลูปไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและมีความน่าเชื่อถือมากกว่าสารหล่อเย็นเหลวแบบแอคทีฟการบีบอัดไอหรือระบบทําความเย็นแบบสองเฟสแบบสูบน้ํา เทอร์โมไซฟอนแบบลูปเหมาะอย่างยิ่งสําหรับการถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งกําลังสูงจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กําลังในตู้ไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกตู้

03 เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปิดผนึก

เทอร์โมไซฟอนแบบลูปเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการกําจัดความร้อนจํานวนมากโดยตรงจากส่วนประกอบที่สร้างความร้อนสูง อย่างไรก็ตาม ปริมาณความร้อนเหลือทิ้งของส่วนประกอบทุติยภูมิยังคงต้องทําให้เย็นลง ส่วนประกอบรองเหล่านี้รวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ําจํานวนมากที่กระจายอยู่ทั่วตู้นั้นยากต่อการระบายความร้อนด้วยการสัมผัสโดยตรง สําหรับส่วนประกอบที่ใช้พลังงานต่ําและฟลักซ์ความร้อนต่ําเหล่านี้การระบายความร้อนด้วยอากาศโดยตรงเป็นวิธีที่ใช้งานได้จริงที่สุด ส่วนประกอบที่ใช้พลังงานต่ําสามารถระบายความร้อนได้อย่างง่ายดายด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากอากาศสู่อากาศในขณะที่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของซีลตัวเครื่อง

ในการรวมกันของเทอร์โมไซฟอนแบบลูปและตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปิดผนึก ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตหุ้มฉนวนกําลังสูง (IGBT) หรือไทริสเตอร์แบบสับเปลี่ยนแบบเกตในตัว (IGCTs) จะติดตั้งอยู่บนแผ่นเย็นเทอร์โมไซฟอนแบบลูป และโหลด 10 กิโลวัตต์บวกภาระความร้อนจะถูกกระจายไปยังอากาศของตู้ภายนอกผ่านเทอร์โมไซฟอนแบบลูป (ดูรูปที่ 2) ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทุติยภูมิทั้งหมดจะถูกระบายความร้อนด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากอากาศสู่อากาศที่ปิดสนิทซึ่งสามารถขจัดความร้อนเหลือทิ้งได้ประมาณ 1 กิโลวัตต์

ปั๊มน้ําประปาของโรงไฟฟ้าหลายแห่งก็ค่อนข้างทรงพลังเช่นกัน ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาด 2*300MW มีปั๊มน้ําประปากําลัง 5500KW ด้วยกําลังไฟขนาดใหญ่เช่นนี้จึงใช้ประเภทไฟฟ้าแรงปานกลางและสูงเช่น 6KV
โรงสีลูกบางรุ่นยังมีกําลังค่อนข้างใหญ่ เช่น โรงสีลูก Ф5500×8500 ซึ่งมีกําลังมอเตอร์ 4500Kw
นอกจากนี้ยังมีโรงรีดขนาดใหญ่บางแห่งที่มีกําลังมอเตอร์ค่อนข้างใหญ่ โดยเฉพาะอุปกรณ์รีดร้อน ตัวอย่างเช่น กําลังมอเตอร์ของโรงสีตกแต่งบางแห่งคือ 11,000 กิโลวัตต์

วิธีการกระจายความร้อนทั่วไปสําหรับอินเวอร์เตอร์

ตามโครงสร้างปัจจุบันของอินเวอร์เตอร์การกระจายความร้อนโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทต่อไปนี้: การกระจายความร้อนตามธรรมชาติการกระจายความร้อนแบบพาความร้อนการระบายความร้อนด้วยของเหลวและการกระจายความร้อนในสภาพแวดล้อมภายนอก

(I) การกระจายความร้อนตามธรรมชาติ สําหรับอินเวอร์เตอร์ความจุขนาดเล็ก โดยทั่วไปจะใช้การกระจายความร้อนตามธรรมชาติ สภาพแวดล้อมการใช้งานควรมีการระบายอากาศที่ดีและปราศจากฝุ่นและวัตถุลอยน้ํา อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ส่วนใหญ่จะใช้สําหรับเครื่องปรับอากาศในครัวเรือน เครื่องมือกล CNC ฯลฯ ที่มีพลังงานต่ํามากและสภาพแวดล้อมการใช้งานที่ค่อนข้างดี


(II) การระบายความร้อนแบบพาความร้อนกระจายความร้อน

การระบายความร้อนแบบพาความร้อนเป็นวิธีการทําความเย็นที่ใช้กันทั่วไป ดังแสดงในรูปที่ 2 ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ฮีตซิงก์ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ก็ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเช่นกันโดยมีแนวโน้มที่จะสร้างมาตรฐานการทําให้เป็นอนุกรมและการทําให้เป็นทั่วไป ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ใหม่กําลังพัฒนาไปในทิศทางของความต้านทานความร้อนต่ํามัลติฟังก์ชั่นขนาดเล็กน้ําหนักเบาและเหมาะสําหรับการผลิตและติดตั้งอัตโนมัติ ผู้ผลิตฮีตซิงก์รายใหญ่หลายรายในโลกมีชุดผลิตภัณฑ์หลายพันรายการ ซึ่งทั้งหมดได้รับการทดสอบและให้การใช้พลังงานและเส้นโค้งความต้านทานความร้อนของฮีตซิงก์ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกได้อย่างแม่นยํา ในขณะเดียวกันการพัฒนาพัดลมระบายความร้อนก็ค่อนข้างเร็วโดยแสดงลักษณะของขนาดเล็กอายุการใช้งานยาวนานเสียงรบกวนต่ําใช้พลังงานต่ําปริมาณอากาศขนาดใหญ่และการป้องกันสูง ตัวอย่างเช่น พัดลมกระจายความร้อนอินเวอร์เตอร์กําลังต่ําที่ใช้กันทั่วไปมีเพียง 25 มม. × 25 มม. × 10 มม. พัดลมอายุการใช้งานยาวนานของ SANYO ของญี่ปุ่นสามารถเข้าถึง 200000h และระดับการป้องกันสามารถเข้าถึง IPX5; นอกจากนี้ยังมีสิงคโปร์LEIPOLE พัดลมไหลตามแนวแกนปริมาณอากาศขนาดใหญ่,ด้วยปริมาณไอเสียสูงถึง 5700m3/h ปัจจัยเหล่านี้ทําให้นักออกแบบมีพื้นที่ทางเลือกที่กว้างมาก

การระบายความร้อนแบบพาความร้อนถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากส่วนประกอบ (พัดลมหม้อน้ํา) ที่ใช้นั้นง่ายต่อการเลือกค่าใช้จ่ายไม่สูงเกินไปและความจุของอินเวอร์เตอร์สามารถอยู่ได้ตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยกิโลโวลิตรหรือสูงกว่านั้น (โดยใช้หน่วยแบบขนาน)
(1) ระบายความร้อนด้วยพัดลมในตัวของอินเวอร์เตอร์

การระบายความร้อนด้วยพัดลมในตัวโดยทั่วไปจะใช้สําหรับอินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์ความจุขนาดเล็ก ด้วยการติดตั้งอินเวอร์เตอร์อย่างถูกต้องความสามารถในการทําความเย็นของพัดลมในตัวของอินเวอร์เตอร์จะสามารถเพิ่มได้สูงสุด พัดลมในตัวสามารถระบายความร้อนภายในอินเวอร์เตอร์ได้ การกระจายความร้อนขั้นสุดท้ายจะดําเนินการผ่านแผ่นเหล็กของกล่องอินเวอร์เตอร์ วิธีการทําความเย็นโดยใช้พัดลมในตัวของอินเวอร์เตอร์เท่านั้นเหมาะสําหรับกล่องควบคุมที่มีอินเวอร์เตอร์แยกต่างหากและกล่องควบคุมที่มีส่วนประกอบควบคุมค่อนข้างน้อย หากมีอินเวอร์เตอร์หลายตัวหรือส่วนประกอบไฟฟ้าอื่นๆ ที่มีการกระจายความร้อนค่อนข้างใหญ่ในกล่องควบคุมอินเวอร์เตอร์ ผลการกระจายความร้อนจะไม่ชัดเจนนัก

(2) ระบายความร้อนด้วยพัดลมภายนอกของอินเวอร์เตอร์

ด้วยการเพิ่มพัดลมหลายตัวที่มีฟังก์ชันการพาความร้อนระบายอากาศในกล่องควบคุมที่ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ จะสามารถปรับปรุงเอฟเฟกต์การกระจายความร้อนของอินเวอร์เตอร์ได้อย่างมาก และสามารถลดอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการทํางานของอินเวอร์เตอร์ได้ ความจุของพัดลมสามารถคํานวณได้โดยการกระจายความร้อนของอินเวอร์เตอร์ เรามาพูดถึงวิธีการเลือกทั่วไป: จากประสบการณ์ เราคํานวณว่าสําหรับความร้อนทุกๆ 1kW ที่เกิดจากการใช้พลังงาน ปริมาณไอเสียของพัดลมคือ 360m³/h และการใช้พลังงานของอินเวอร์เตอร์คือ 4-5% ของความจุ ที่นี่เราคํานวณที่ 5% และเราสามารถรับความสัมพันธ์ระหว่างพัดลมที่ดัดแปลงอินเวอร์เตอร์กับความจุของมัน: ตัวอย่างเช่น: กําลังอินเวอร์เตอร์คือ 90 กิโลวัตต์ จากนั้น: ปริมาณไอเสียของพัดลม (m3/h) = ความจุอินเวอร์เตอร์ × 5% × 360m³/h/kW = 1620m³/h

จากนั้นเลือกรุ่นพัดลมของผู้ผลิตหลายรายตามปริมาณไอเสียของพัดลมเพื่อให้ได้พัดลมที่ตรงตามเงื่อนไขของเรา โดยทั่วไป การระบายความร้อนด้วยพัดลมเป็นวิธีหลักในการระบายความร้อนของอินเวอร์เตอร์ในขั้นตอนนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสําหรับตู้ควบคุมที่ค่อนข้างใหญ่ และเมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าในตู้ควบคุมทํางานและให้ความร้อนในเวลาเดียวกัน เหมาะสําหรับตู้ควบคุมส่วนกลางและกล่องควบคุมแบบบูรณาการสูง นอกจากนี้เนื่องจากความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาพัดลมกระจายความร้อนจึงไม่ใหญ่เท่ากับปีก่อน ๆ อีกต่อไปและพัดลมขนาดเล็กและทรงพลังมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ประสิทธิภาพด้านต้นทุนยังดีกว่าวิธีการทําความเย็นแบบอื่นมาก