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Kühlung ist wichtig
Halbleiter mögen es nicht, zu heiß zu werden; Einige arbeiten bis zu 150 oC oder sogar 175oC, aber die meisten geben den Geist bei 125oC auf. Übrigens mögen sie es auch nicht, zu kalt zu sein, deshalb benötigen Frequenzumrichter und ähnliche Geräte einige Kabinenheizungen, wenn die Temperatur viel unter -10 ° C fällt.
Aber die Ausrüstung kühl zu halten, ist in der Regel die größte Herausforderung. Stellen Sie ein Laufwerk zusammen mit ein paar anderen Laufwerken und etwas warmer Elektronik in eine Kabine, schließen Sie die Tür, installieren Sie es in einer schönen warmen Fabrik in Indien, sagen wir, und treten Sie dann zurück und warten Sie auf die Übertemperaturfahrten. Wie vermeiden wir das?
Nun, es beginnt mit dem Drive Designer. Die Steuerelektronik benötigt natürlich ein wenig Kühlung, aber die Leistungshalbleiter (die Dioden und IGBTs) geben beim Schalten und Verarbeiten der hohen Ströme und Spannungen erhebliche Wärme ab. Sie sind also an einem Kühlkörper befestigt, und der Kühlkörper ist oft mit einem Lüfter versehen. Bei Invertek-Laufwerken schaltet sich der Lüfter nur ein, wenn das Laufwerk heiß wird, sodass die Lebensdauer des Lüfters maximiert wird. Warum? Nun, der Lüfter hat eine begrenzte Lebensdauer, abhängig von den Lagern. Bei einem guten Lüfter werden dies etwa 40.000 Stunden sein - etwa fünf Jahre oder so ununterbrochener Betrieb, so dass es sich lohnt, Lüfterzeit zu sparen (und aufzuzeichnen, wie es Invertek-Laufwerke auch tun). Mit dem richtigen Kühlkörper und der richtigen Kühlanordnung bleiben die Leistungskomponenten auch bei Volllast kühl.
Es ist auch wichtig, die Elektrolytkondensatoren zu kühlen, da sie warm werden und überhitzen können. Sie müssen also auch im Luftstrom positioniert werden. Einige Eco-Antriebe verwenden keine Elektrolytkondensatoren mehr, was die Effizienz erhöht und Verluste reduziert.
Abb. 1: Kondensatoren können aufgrund von Überhitzung ausfallen
Dies ist alles sehr gut für ein IP20-Laufwerk, durch das Luft strömen kann, aber ein IP66-Laufwerk ist abgedichtet, so dass die Kühlung schwieriger wird. Die Lösung besteht darin, einen großen, externen, natürlich gekühlten Kühlkörper und viel Platz im Inneren des Laufwerks mit einem kleinen "Rühren" -Lüfter zu haben, der sicherstellt, dass sich keine Hotspots bilden.
IP20-Umrichter sind in der Regel für eine maximale Umgebungstemperatur von 50 oC ausgelegt, während IP66-Laufwerke auf 40 oC begrenzt sind. Antriebe können jedoch in der Regel bei höheren Temperaturen betrieben werden, wenn sie nicht unter Volllast betrieben werden. Wenden Sie sich an Ihren Lieferanten, bevor Sie das Laufwerk kaufen, wenn Sie dies tun möchten.
Übrigens, je höher die Schaltfrequenz, desto höher die Verluste, so dass Antriebe mit höherer Leistung tendenziell eine niedrigere Schaltfrequenz haben, um Verluste gering zu halten. Wenn Sie die Schaltfrequenz erhöhen, müssen Sie möglicherweise das Laufwerk herabstufen. Konsultieren Sie erneut die Fabrik.
Alle Invertek-Umrichter sind gegen hohe Temperaturen geschützt. Es sind Temperatursensoren in das Leistungsmodul integriert, und andere überwachen die Temperatur der Steuerplatine. Das Laufwerk gibt eine Warnung aus und löst dann aus, wenn sich die Temperatur einem gefährlichen Niveau nähert.
Große Umrichter benötigen mehr Kühlung. Große, laute Lüfter werden für Hochleistungsantriebe benötigt, und für Antriebe über (sagen wir) 500 kW wird die Wasserkühlung zu einer nützlichen Option.
Bei der Installation muss der Maschinenbauer oder Schaltschrankbauer auch die Verantwortung für die Kühlung übernehmen. IP20-Einheiten sind für die Montage in Schränken oder in ähnlichen Bereichen in Maschinen konzipiert. Aber Wärme kann sich in diesen Bereichen ansammeln, besonders wenn sich in derselben Kabine andere wärmeableitende Geräte befinden. Sie können den Temperaturanstieg in einer unbelüfteten Stahlkabine mit der Formel berechnen:
Trise = Ploss/(5,5 x A)
Dabei ist A die gesamte exponierte Fläche des Schranks in Quadratmetern und Ploss die Verlustleistung für alle Geräte im Schrank. Wenn Sie die Kabine mit einem Ventilator lüften, hängt der Temperaturanstieg vom Luftstrom ab:
Trise = (0,053 x Ploss)/F
Dabei ist F der Luftstrom in Kubikmetern/Minute.
All dies ist in Ordnung, wenn Sie den Gesamtenwärmeverlust innerhalb der Kabine kennen. normalerweise ist das schwer abzuschätzen. Für Laufwerke gilt die Faustregel, dass die Verluste eines Laufwerks typischerweise 3% der Nennleistung betragen.
Denken Sie daran, Sie berechnen den Temperaturanstieg für die Luft in der Kabine. Wenn die Außentemperatur beispielsweise 35 ° C beträgt, haben Sie nicht viel Spielraum. Es gibt viele Installationen, die in der Kälte Westeuropas entworfen und getestet wurden und nicht lange halten, sobald sie den Nahen Osten oder Asien erreichen (obwohl viele Werksräume dort jetzt klimatisiert sind).
Seien Sie auch in der Kabine vorsichtig. An der Unterseite und Oberseite des Laufwerks sollte Platz vorhanden sein, um einen freien Luftstrom durch das Laufwerk zu ermöglichen. Blockieren Sie es zum Beispiel nicht mit Kabelkanälen. Viele Laufwerke können nebeneinander montiert werden, aber einige erfordern einen Spalt, um eine Entlüftung an der Seite zu ermöglichen. Überprüfen Sie im Handbuch, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Abb. 2: Antriebe müssen montiert werden, um ausreichend Kühlluft zu ermöglichen
Einige Umrichter sind so konzipiert, dass Sie den Kühlkörper aus der Rückseite der Kabine herausstecken können, um eine bessere Kühlung zu erhalten und den Temperaturanstieg im Inneren zu reduzieren. Andere können ohne Kühlkörper geliefert werden, wobei der Installateur eine "kalte Platte" für die Kühlung bereitstellt. Diese Antriebe sind vor allem für Maschinenbauer gedacht, die den Platz minimieren wollen.
Antriebe mit variabler Drehzahl sind im Allgemeinen auf eine Zufuhr von kühler, sauberer Luft angewiesen, um eine sichere Temperatur aufrechtzuerhalten. Jeglicher Schmutz, Staub oder Flüssigkeit kann ein Laufwerk beschädigen (insbesondere natürlich IP20-Laufwerke), aber es kann auch zu Überhitzung führen, da es den Luftstrom über Kühlkörper blockiert und die Lüfter verlangsamt oder abwürgt, da sich Schmutz auf den Schaufeln ansammelt.
Abb. 3: Schmutz und Staub können Lüfter stoppen
Wenn Sie einen Ventilator zum Kühlen der Kabine verwenden, benötigen Sie möglicherweise einen Filter, der regelmäßig gereinigt werden muss, also denken Sie an die Menge und Art der Verunreinigung, die in die Kabine gelangt.
IP66-Laufwerke sind für die Installation außerhalb einer Kabine oder sogar (im Falle der neuesten Geräte von Invertek) außerhalb ausgelegt. Sie können jedoch immer noch unter verstopften Kühlkörpern und gehemmtem Luftstrom aufgrund von Schmutz oder schlechter Installation leiden. Es lohnt sich, gelegentlich zu überprüfen.
Alle diese Kühlkonstruktionen und Berechnungen basieren auf der Luftmenge, die wir um uns herum haben. Erklimmen Sie die Spitze eines Berges oder besuchen Sie Mexiko-Stadt (unter anderem) und es gibt weniger Luft zum Atmen sowie zum Abkühlen. Antriebe sind in der Regel nur bis zu 1000 m über dem Meeresspiegel vollständig ausgelegt, so dass Installationen in Skiliften, Kupferminen in den Anden (über 3000 m) oder irgendwo in Mexiko-Stadt (2250 m) ein Derating erfordern - etwa 10% pro 1000 m über der Basis 1000 m, aber erkundigen Sie sich bei Ihrem Lieferanten. Und ja, Skilifte sind im Winter ziemlich kalt, aber sie funktionieren auch im Sommer....