Sebagian besar inverter daya tinggi dan komponen elektronik terkaitnya terintegrasi ke dalam kabinet listrik. Inverter tidak hanya meningkatkan efisiensi sistem, tetapi efisiensi inverter itu sendiri juga sangat tinggi, dengan kerugian hanya 2% hingga 4%. Namun, karena banyaknya konversi daya pada inverter daya tinggi, meskipun kerugian efisiensi rendah, hal ini akan menyebabkan timbulnya panas buangan beberapa kilowatt hingga puluhan kilowatt yang harus dibuang.
Pada kabinet berpendingin udara terbuka, panas ini mudah dihilangkan. Namun, di lingkungan yang keras di mana pendinginan kipas berfilter atau pendinginan melalui aliran udara langsung tidak memungkinkan, manajemen termal kabinet menjadi bagian penting dari proses desain. Strategi sangat penting untuk mendinginkan drive kabinet tertutup berdaya sedang dan tinggi secara efisien, pasif, dan ekonomis di lingkungan yang keras.
Kabinet dengan aliran udara terbuka memungkinkan udara ambien mengalir melalui kabinet, secara efektif mendinginkan modul berdaya tinggi secara langsung. Namun, pendinginan yang efisien ini dapat mengakibatkan kontaminan eksternal masuk ke dalam kabinet, yang biasanya diminimalkan dengan menggunakan sistem filter kipas untuk menyaring udara yang mengalir ke dalam kabinet. Filter membantu mengurangi debu dan kotoran, tetapi memerlukan perawatan rutin untuk membersihkan atau mengganti filter.
Dalam sistem ini, komponen berdaya tinggi (transistor bipolar gerbang terisolasi, thyristor komutasi gerbang terintegrasi, penyearah terkontrol silikon) biasanya terhubung ke pelat dingin berpendingin fluida. Fluida kemudian membuang panas ke udara ambien menggunakan sistem kompresi uap atau melalui penukar panas cair-ke-udara. Dalam kedua kasus, penukar panas udara ambien yang diperlukan dapat ditempatkan di dalam atau di luar fasilitas. Kelemahan utama dari sistem ini adalah tantangan memasukkan fluida ke dalam kabinet dan memipakan pendingin masuk dan keluar dari kabinet.
Termosifon Loop (LTS) adalah perangkat pendingin dua fase yang digerakkan oleh gravitasi. Mereka bekerja mirip dengan heat pipe, di mana fluida kerja menguap dan mengembun dalam loop tertutup untuk mentransfer panas pada jarak tertentu. Keuntungan utama termosifon loop dibandingkan heat pipe adalah kemampuan untuk menggunakan fluida kerja konduktif, memungkinkan transmisi daya tinggi yang efisien dan jarak jauh. Termosifon loop tidak memiliki bagian yang bergerak dan lebih andal daripada pendingin cair aktif, kompresi uap, atau sistem pendingin dua fase yang dipompa. Termosifon loop ideal untuk mentransfer panas buangan daya tinggi dari elektronika daya di kabinet ke lingkungan di luar kabinet.
Termosifon loop adalah metode yang sangat baik untuk menghilangkan sejumlah besar panas secara langsung dari komponen penghasil panas tinggi. Namun, beban panas buangan dari komponen sekunder masih perlu didinginkan. Komponen sekunder ini, termasuk banyak perangkat daya rendah yang tersebar di seluruh kabinet, sulit didinginkan dengan kontak langsung. Untuk komponen daya rendah dan fluks panas rendah ini, pendinginan udara langsung adalah metode yang paling praktis. Komponen daya rendah dapat dengan mudah didinginkan oleh penukar panas udara-ke-udara sambil menjaga integritas segel kabinet.
Dalam kombinasi termosifon loop dan penukar panas tertutup, transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBT) atau thyristor komutasi gerbang terintegrasi (IGCT) berdaya tinggi dipasang pada pelat dingin termosifon loop, dan beban 10 kW plus beban panasnya dibuang ke udara kabinet eksternal melalui termosifon loop (lihat Gambar 2). Semua komponen elektronik sekunder didinginkan oleh penukar panas udara-ke-udara tertutup, yang dapat menghilangkan sekitar 1 kW panas buangan.
Pompa pasokan air dari banyak pembangkit listrik juga cukup kuat. Misalnya, pembangkit listrik termal 2*300MW memiliki pompa pasokan air dengan daya 5500KW. Dengan daya sebesar itu, tipe tegangan menengah dan tinggi digunakan, seperti 6KV.
Beberapa ball mill juga memiliki daya yang relatif besar, seperti ball mill Ф5500×8500, yang daya motornya 4500Kw.
Ada juga beberapa rolling mill besar dengan daya motor yang relatif besar, terutama peralatan hot rolling. Misalnya, daya motor dari beberapa finishing mill adalah 11.000 kilowatt.
Metode pembuangan panas umum untuk inverter
Berdasarkan struktur inverter saat ini, pembuangan panas umumnya dapat dibagi menjadi tiga jenis berikut: pembuangan panas alami, pembuangan panas konveksi, pendinginan cair, dan pembuangan panas lingkungan eksternal.
(I) Pembuangan panas alami Untuk inverter kapasitas kecil, pembuangan panas alami umumnya digunakan. Lingkungan penggunaan harus berventilasi baik dan bebas dari debu dan benda mengambang. Jenis inverter ini sebagian besar digunakan untuk AC rumah tangga, mesin CNC, dll., dengan daya yang sangat rendah dan lingkungan penggunaan yang relatif baik.
(II) Pendinginan konveksi menghilangkan panas
Pendinginan konveksi adalah metode pendinginan yang umum digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dengan perkembangan perangkat semikonduktor, heat sink perangkat semikonduktor juga berkembang pesat, cenderung ke arah standardisasi, serialisasi, dan generalisasi; sementara produk baru berkembang ke arah resistansi termal rendah, multifungsi, ukuran kecil, ringan, dan cocok untuk produksi dan pemasangan otomatis. Beberapa produsen heat sink utama di dunia memiliki ribuan seri produk, semuanya telah diuji dan menyediakan kurva penggunaan daya dan resistansi termal heat sink, yang memberikan kemudahan bagi pengguna untuk memilih secara akurat. Pada saat yang sama, perkembangan kipas pembuangan panas juga cukup cepat, menunjukkan karakteristik ukuran kecil, umur pakai panjang, kebisingan rendah, konsumsi daya rendah, volume udara besar, dan perlindungan tinggi. Misalnya, kipas pembuangan panas inverter daya rendah yang umum digunakan hanya 25mm×25mm×10mm; kipas umur panjang SANYO Jepang dapat mencapai 200000 jam, dan tingkat perlindungan dapat mencapai IPX5; ada juga Singapurakipas aksial aliran udara besar LEIPOLE,dengan volume pembuangan hingga 5700m3/h. Faktor-faktor ini memberikan ruang pilihan yang sangat luas bagi para perancang.
Pendinginan konveksi banyak digunakan karena komponen (kipas, radiator) yang digunakan mudah dipilih, biayanya tidak terlalu tinggi, dan kapasitas inverter dapat dari puluhan hingga ratusan kVA, atau bahkan lebih tinggi (menggunakan unit secara paralel).
(1) Pendinginan dengan kipas internal inverter
Pendinginan dengan kipas internal umumnya digunakan untuk inverter serba guna berkapasitas kecil. Dengan memasang inverter dengan benar, kapasitas pendinginan kipas internal inverter dapat dimaksimalkan. Kipas internal dapat membawa panas keluar dari dalam inverter. Pembuangan panas akhir dilakukan melalui pelat besi kotak inverter. Metode pendinginan yang hanya menggunakan kipas internal inverter cocok untuk kotak kontrol dengan inverter terpisah dan kotak kontrol dengan komponen kontrol yang relatif sedikit. Jika ada beberapa inverter atau komponen listrik lain dengan pembuangan panas yang relatif besar di kotak kontrol inverter, efek pembuangan panasnya tidak terlalu terlihat.
(2) Pendinginan dengan kipas eksternal inverter
Dengan menambahkan beberapa kipas dengan fungsi konveksi ventilasi di kotak kontrol tempat inverter dipasang, efek pembuangan panas inverter dapat ditingkatkan secara signifikan dan suhu lingkungan kerja inverter dapat diturunkan. Kapasitas kipas dapat dihitung dari pembuangan panas inverter. Mari kita bahas metode pemilihan umum: Berdasarkan pengalaman, kami menghitung bahwa untuk setiap 1kW panas yang dihasilkan oleh konsumsi daya, volume pembuangan kipas adalah 360m³/h, dan konsumsi daya inverter adalah 4-5% dari kapasitasnya. Di sini kami menghitung pada 5%, dan kami dapat memperoleh hubungan antara kipas yang disesuaikan dengan inverter dan kapasitasnya: Contoh: daya inverter adalah 90 kilowatt, maka: volume pembuangan kipas (m3/h) = kapasitas inverter × 5% × 360m³/h/kW = 1620m³/h
Kemudian pilih model kipas dari berbagai produsen berdasarkan volume pembuangan kipas untuk mendapatkan kipas yang memenuhi kondisi kita. Secara umum, pendinginan kipas adalah sarana utama pendinginan inverter pada tahap ini, terutama cocok untuk kabinet kontrol yang relatif besar, dan ketika komponen listrik di kabinet kontrol bekerja dan memanas secara bersamaan. Ini cocok untuk kabinet kontrol terpusat dan kotak kontrol yang sangat terintegrasi. Selain itu, karena kemajuan teknologi yang terus berlanjut dalam beberapa tahun terakhir, kipas pembuangan panas tidak lagi sebesar tahun-tahun sebelumnya, dan kipas kecil yang bertenaga ada di mana-mana. Nilai tambahnya juga jauh lebih baik daripada metode pendinginan lainnya.
Pada kabinet berpendingin udara terbuka, panas ini mudah dihilangkan. Namun, di lingkungan yang keras di mana pendinginan kipas berfilter atau pendinginan melalui aliran udara langsung tidak memungkinkan, manajemen termal kabinet menjadi bagian penting dari proses desain. Strategi sangat penting untuk mendinginkan drive kabinet tertutup berdaya sedang dan tinggi secara efisien, pasif, dan ekonomis di lingkungan yang keras.
01 Aliran atau Tertutup
Kabinet dengan aliran udara terbuka memungkinkan udara ambien mengalir melalui kabinet, secara efektif mendinginkan modul berdaya tinggi secara langsung. Namun, pendinginan yang efisien ini dapat mengakibatkan kontaminan eksternal masuk ke dalam kabinet, yang biasanya diminimalkan dengan menggunakan sistem filter kipas untuk menyaring udara yang mengalir ke dalam kabinet. Filter membantu mengurangi debu dan kotoran, tetapi memerlukan perawatan rutin untuk membersihkan atau mengganti filter.
Dalam sistem ini, komponen berdaya tinggi (transistor bipolar gerbang terisolasi, thyristor komutasi gerbang terintegrasi, penyearah terkontrol silikon) biasanya terhubung ke pelat dingin berpendingin fluida. Fluida kemudian membuang panas ke udara ambien menggunakan sistem kompresi uap atau melalui penukar panas cair-ke-udara. Dalam kedua kasus, penukar panas udara ambien yang diperlukan dapat ditempatkan di dalam atau di luar fasilitas. Kelemahan utama dari sistem ini adalah tantangan memasukkan fluida ke dalam kabinet dan memipakan pendingin masuk dan keluar dari kabinet.
02 Termosifon Loop
Termosifon Loop (LTS) adalah perangkat pendingin dua fase yang digerakkan oleh gravitasi. Mereka bekerja mirip dengan heat pipe, di mana fluida kerja menguap dan mengembun dalam loop tertutup untuk mentransfer panas pada jarak tertentu. Keuntungan utama termosifon loop dibandingkan heat pipe adalah kemampuan untuk menggunakan fluida kerja konduktif, memungkinkan transmisi daya tinggi yang efisien dan jarak jauh. Termosifon loop tidak memiliki bagian yang bergerak dan lebih andal daripada pendingin cair aktif, kompresi uap, atau sistem pendingin dua fase yang dipompa. Termosifon loop ideal untuk mentransfer panas buangan daya tinggi dari elektronika daya di kabinet ke lingkungan di luar kabinet.
03 Penukar Panas Kabinet Tertutup
Termosifon loop adalah metode yang sangat baik untuk menghilangkan sejumlah besar panas secara langsung dari komponen penghasil panas tinggi. Namun, beban panas buangan dari komponen sekunder masih perlu didinginkan. Komponen sekunder ini, termasuk banyak perangkat daya rendah yang tersebar di seluruh kabinet, sulit didinginkan dengan kontak langsung. Untuk komponen daya rendah dan fluks panas rendah ini, pendinginan udara langsung adalah metode yang paling praktis. Komponen daya rendah dapat dengan mudah didinginkan oleh penukar panas udara-ke-udara sambil menjaga integritas segel kabinet.
Dalam kombinasi termosifon loop dan penukar panas tertutup, transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBT) atau thyristor komutasi gerbang terintegrasi (IGCT) berdaya tinggi dipasang pada pelat dingin termosifon loop, dan beban 10 kW plus beban panasnya dibuang ke udara kabinet eksternal melalui termosifon loop (lihat Gambar 2). Semua komponen elektronik sekunder didinginkan oleh penukar panas udara-ke-udara tertutup, yang dapat menghilangkan sekitar 1 kW panas buangan.
Pompa pasokan air dari banyak pembangkit listrik juga cukup kuat. Misalnya, pembangkit listrik termal 2*300MW memiliki pompa pasokan air dengan daya 5500KW. Dengan daya sebesar itu, tipe tegangan menengah dan tinggi digunakan, seperti 6KV.
Beberapa ball mill juga memiliki daya yang relatif besar, seperti ball mill Ф5500×8500, yang daya motornya 4500Kw.
Ada juga beberapa rolling mill besar dengan daya motor yang relatif besar, terutama peralatan hot rolling. Misalnya, daya motor dari beberapa finishing mill adalah 11.000 kilowatt.
Metode pembuangan panas umum untuk inverter
Berdasarkan struktur inverter saat ini, pembuangan panas umumnya dapat dibagi menjadi tiga jenis berikut: pembuangan panas alami, pembuangan panas konveksi, pendinginan cair, dan pembuangan panas lingkungan eksternal.
(I) Pembuangan panas alami Untuk inverter kapasitas kecil, pembuangan panas alami umumnya digunakan. Lingkungan penggunaan harus berventilasi baik dan bebas dari debu dan benda mengambang. Jenis inverter ini sebagian besar digunakan untuk AC rumah tangga, mesin CNC, dll., dengan daya yang sangat rendah dan lingkungan penggunaan yang relatif baik.
(II) Pendinginan konveksi menghilangkan panas
Pendinginan konveksi adalah metode pendinginan yang umum digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dengan perkembangan perangkat semikonduktor, heat sink perangkat semikonduktor juga berkembang pesat, cenderung ke arah standardisasi, serialisasi, dan generalisasi; sementara produk baru berkembang ke arah resistansi termal rendah, multifungsi, ukuran kecil, ringan, dan cocok untuk produksi dan pemasangan otomatis. Beberapa produsen heat sink utama di dunia memiliki ribuan seri produk, semuanya telah diuji dan menyediakan kurva penggunaan daya dan resistansi termal heat sink, yang memberikan kemudahan bagi pengguna untuk memilih secara akurat. Pada saat yang sama, perkembangan kipas pembuangan panas juga cukup cepat, menunjukkan karakteristik ukuran kecil, umur pakai panjang, kebisingan rendah, konsumsi daya rendah, volume udara besar, dan perlindungan tinggi. Misalnya, kipas pembuangan panas inverter daya rendah yang umum digunakan hanya 25mm×25mm×10mm; kipas umur panjang SANYO Jepang dapat mencapai 200000 jam, dan tingkat perlindungan dapat mencapai IPX5; ada juga Singapurakipas aksial aliran udara besar LEIPOLE,dengan volume pembuangan hingga 5700m3/h. Faktor-faktor ini memberikan ruang pilihan yang sangat luas bagi para perancang.
Pendinginan konveksi banyak digunakan karena komponen (kipas, radiator) yang digunakan mudah dipilih, biayanya tidak terlalu tinggi, dan kapasitas inverter dapat dari puluhan hingga ratusan kVA, atau bahkan lebih tinggi (menggunakan unit secara paralel).
(1) Pendinginan dengan kipas internal inverter
Pendinginan dengan kipas internal umumnya digunakan untuk inverter serba guna berkapasitas kecil. Dengan memasang inverter dengan benar, kapasitas pendinginan kipas internal inverter dapat dimaksimalkan. Kipas internal dapat membawa panas keluar dari dalam inverter. Pembuangan panas akhir dilakukan melalui pelat besi kotak inverter. Metode pendinginan yang hanya menggunakan kipas internal inverter cocok untuk kotak kontrol dengan inverter terpisah dan kotak kontrol dengan komponen kontrol yang relatif sedikit. Jika ada beberapa inverter atau komponen listrik lain dengan pembuangan panas yang relatif besar di kotak kontrol inverter, efek pembuangan panasnya tidak terlalu terlihat.
(2) Pendinginan dengan kipas eksternal inverter
Dengan menambahkan beberapa kipas dengan fungsi konveksi ventilasi di kotak kontrol tempat inverter dipasang, efek pembuangan panas inverter dapat ditingkatkan secara signifikan dan suhu lingkungan kerja inverter dapat diturunkan. Kapasitas kipas dapat dihitung dari pembuangan panas inverter. Mari kita bahas metode pemilihan umum: Berdasarkan pengalaman, kami menghitung bahwa untuk setiap 1kW panas yang dihasilkan oleh konsumsi daya, volume pembuangan kipas adalah 360m³/h, dan konsumsi daya inverter adalah 4-5% dari kapasitasnya. Di sini kami menghitung pada 5%, dan kami dapat memperoleh hubungan antara kipas yang disesuaikan dengan inverter dan kapasitasnya: Contoh: daya inverter adalah 90 kilowatt, maka: volume pembuangan kipas (m3/h) = kapasitas inverter × 5% × 360m³/h/kW = 1620m³/h
Kemudian pilih model kipas dari berbagai produsen berdasarkan volume pembuangan kipas untuk mendapatkan kipas yang memenuhi kondisi kita. Secara umum, pendinginan kipas adalah sarana utama pendinginan inverter pada tahap ini, terutama cocok untuk kabinet kontrol yang relatif besar, dan ketika komponen listrik di kabinet kontrol bekerja dan memanas secara bersamaan. Ini cocok untuk kabinet kontrol terpusat dan kotak kontrol yang sangat terintegrasi. Selain itu, karena kemajuan teknologi yang terus berlanjut dalam beberapa tahun terakhir, kipas pembuangan panas tidak lagi sebesar tahun-tahun sebelumnya, dan kipas kecil yang bertenaga ada di mana-mana. Nilai tambahnya juga jauh lebih baik daripada metode pendinginan lainnya.