Защита VFD от перегрева

(С разрешения Джона ЛаПорты)

Отчет производителя предоставлен Pfannenberg Inc.

Частотно-регулируемые приводы являются горячей темой. Достижения в технологии VFD и снижение цен способствуют быстрому внедрению на рынке. Значительная экономия энергии может обеспечить период окупаемости, измеряемый месяцами, а частотно-регулируемые приводы обеспечивают точное управление двигателем во многих промышленных процессах.

Но частотно-регулируемые приводы также горячие в буквальном смысле: передовая электроника объединяет больше полупроводниковых компонентов в меньший форм-фактор, что приводит к более интенсивному выделению тепла. Повышенные температуры ухудшают производительность, ухудшают эксплуатационную надежность и сокращают срок службы.

Различные методы охлаждения доказали свою эффективность, в том числе пассивное воздушное охлаждение с помощью вентиляторов и теплообменников, а также активное охлаждение с помощью кондиционирования воздуха и водяного охлаждения.

К сожалению, определение охлаждающей нагрузки может оказаться немного запутанным. Расчеты излишне усложняются несовпадением систем измерения. — Британские единицы (HP, BTU, CFM) смешиваются с метрическими единицами (Ватт) — и преобразование теряется при переводе.

Поэтому в Pfannenberg мы разработали простые практические рекомендации по выбору и определению решений для охлаждения ЧРП.

Защитные корпуса вызывают перегрев

Основная проблема охлаждения ЧРП связана с тем, что ЧРП обычно необходимо размещать в корпусе, чтобы защитить их от непосредственной окружающей среды, и, как это ни парадоксально, эти корпуса удерживают тепло, что требует защиты от перегрева.

Базовые корпуса типа NEMA 12 часто предназначены для защиты от распространенных опасностей, таких как оседающая пыль, капающая вода и конденсация неагрессивных жидкостей. Передовые технологии в новых преобразователях частоты, такие как оптоволокно, все чаще требуют корпусов с более высоким уровнем защиты.

А благодаря широкому внедрению технологии VFD во многих приложениях требуются корпуса, специально разработанные для сложных условий эксплуатации: от атмосферостойких и ударопрочных корпусов для наружного применения до герметичных корпусов из нержавеющей стали для предприятий по производству пищевых продуктов, которые должны выдерживать очистку из шланга. По мере того, как корпус становится более герметичным, он, естественно, начинает удерживать больше тепла из-за уменьшения пассивного рассеивания, что создает более серьезные проблемы с охлаждением.

Размер корпуса также имеет большое значение. В последние годы типичные размеры корпуса были значительно уменьшены, чтобы разместить его в ограниченном пространстве и сэкономить на стоимости корпуса. В большом ящике (представьте себе пространство размером с комнату) разница температур между площадью пола и потолком вызывает небольшой поток воздуха, называемый естественной конвекцией. Чем меньше пространство, тем меньше объектов могут воспользоваться этим охлаждающим эффектом. Без адекватного воздушного потока на поверхности и внутри частотно-регулируемых приводов с большей вероятностью возникнет явление, известное как «горячие точки», что нанесет ущерб чувствительной электронике.

Меньший форм-фактор преобразователей частоты и их корпусов способствует перегреву и по-другому: корпус меньшего размера означает, что меньшая площадь внешней поверхности доступна для передачи тепла в окружающий воздух. Все эти факторы требуют эффективных и надежных решений для охлаждения.

Быстрое внедрение VFD

Но сначала давайте отойдем от коробки и рассмотрим общую картину. Энергоэффективность приводов не только полезна для отдельных предприятий, но и является ключом к решению проблемы изменения климата.

Во всем мире около четверти всей электроэнергии используется для питания двигателей промышленного назначения. В США около 40 миллионов двигателей потребляют 60-65% всей электроэнергии. Три четверти этих двигателей представляют собой вентиляторы с регулируемым крутящим моментом, насосы и компрессоры — типы приложений, отвечающие требованиям энергоэффективности, обеспечиваемой ЧРП.

Сегодня только около 3% двигателей переменного тока управляются ЧРП, но около 30-40% новых двигателей, устанавливаемых каждый год, имеют ЧРП. Согласно отчету Research Dive за 2021 год, мировой рынок преобразователей частоты, по оценкам, будет расти почти на 5% в год и достигнет 25 миллиардов долларов в 2027 году.