Розрахунок тепловиділення частотних перетворювачів та пристроїв плавного пуску

Розахунок тепловиділення частотних перетворювачів та пристроїв плавного пуску. Рішення щодо охолодження електрошаф.

При проектуванні шаф управління із застосуванням частотних перетворювачів (ЧП) та пристроїв плавного пуску (ППП) критично важливим параметром є тепловий режим усередині шафи.

Напівпровідникові елементи (IGBT, діодні мости, тиристори) мають неминучі втрати потужності, які повністю перетворюються на тепло. За відсутності організованого відведення цього тепла відбувається перегрів обладнання всередині шафи, наслідком чого стають:

• помилки та аварійні зупинки частотних перетворювачів 

• деградація електронних компонентів 

• зниження ресурсу обладнання 

• вихід з ладу 

Чому виникає перегрів?

Будь-який частотний перетворювач або пристрій плавного пуску має ККД нижче 100%, що означає наявність теплових втрат:

Ploss=Pout⋅(1−η)

Де:

• Ploss - теплові втрати (Вт) 

• Pout - вихідна потужність 

• η - ККД 

Практично, для приблизного розрахунку можна враховувати такі втрати:

• Частотний перетворювач: 2–4% втрат 

• Плавний пуск: 3–6% втрат 

Розрахунок тепловиділення

Спрощений метод

Ploss≈0,02–0,04⋅Pном

Практичний приклад:

Для перетворювача частоти ATV610 0,75 кВт 380–460 В IP20 з ЕМС-фільтром кат. C3, артикул ATV610U07N4, тепловиділення, виходячи з наведеної вище формули, становить 30 Вт. Паспортні дані перетворювача частоти дають максимальне значення – 24 Вт. 

Точний метод, яким необхідно користуватися для проектного рішення та коректного підбору кліматичного обладнання для електрошаф з перетворювачами частоти:

Виробники вказують у документації:

• Power Loss 

• Heat Dissipation 

Ці дані є пріоритетними для розрахунку вентиляторів та кондиціонерів для електричних щитів з приводною технікою.

Що відбувається при перегріванні?

Частотний перетворювач має вбудований захист:

• при досягненні граничної температури — помилка (overtemperature) 

• при подальшому зростанні — аварійне відключення 

Однак на практиці це не запобігає пошкодженню обладнання.

Реальний кейс, з яким ми зіткнулися при зверненні Замовника

На об'єкті була встановлена шафа з частотним перетворювачем без системи охолодження.

У процесі експлуатації:

• відбувався регулярний перегрів 

• ПЧ виходив у помилку 

• стабільна робота була неможлива 

Замість інженерного рішення було прийнято тимчасове — експлуатація шафи з відкритими дверцятами.

Умови експлуатації:

• наявність струмопровідного пилу в приміщенні 

Результат:

• потрапляння пилу всередину частотного перетворювача 

• забруднення плат 

• утворення струмопровідних мостів 

• коротке замикання 

Підсумок:

• вихід з ладу плати керування ЧП 

• необхідність ремонт обладнання 

Вирішення проблеми охолодження електрошафи з частотним перетворювачем

Після діагностики було визначено два завдання:

1. відновлення обладнання, а саме плати керування частотного перетворювача 

2. усунення причини перегріву 

Етап 1. Ремонт частотного перетворювача

Виконано:

• очищення від струмопровідного пилу 

• відновлення пошкоджених елементів 

• перевірка силової частини 

• тестування -

Частотний перетворювач було повернуто до робочого стану.

Етап 2. Організація охолодження для шафи з частотним перетворювачем

1. Встановлення фільтрувального вентилятора та фільтра Quick

У шафу були встановлені:

• фільтрувальні вентилятори ESEN Quick 

• вентиляційні решітки з фільтрами ESEN Quick

Схема:

• приплив повітря знизу 

• витяжка зверху 

Забезпечено спрямований потік повітря через обладнання, що забезпечує зниження температури всередині шафи з перетворювачем частоти.

2. Розрахунок вентиляції

Витрата повітря визначається:

L=(3,1⋅P)/ΔT 

Де:

• L — витрата повітря (м³/год)

• P — тепловиділення (Вт) 

• ΔT — допустиме перегрівання (зазвичай 7–10°C) 

Додатково:

• враховані втрати на фільтрах (+30–40%) 

• закладено запас 

3. Відновлення правильної експлуатації

Після впровадження:

• шафа експлуатується в закритому стані 

• температурний режим стабілізовано 

• помилки перегріву усунуто 

Підсумок:

У результаті:

• усунуто причину перегріву 

• відновлено роботу обладнання 

• унеможливлено повторну відмову 

• забезпечено захист від пилу 

Інженерний висновок:

охолодження — обов'язкова частина проекту, а не опція!

Методи охолодження електрошаф

1. Збільшення об’єму шафи для розсіювання тепла

• пасивне охолодження 

• застосовується при невеликому тепловиділенні

• неможливість з будь-яких причин встановити засоби кліматизації для електрошаф і щитів 

2. Фільтрувальні вентилятори та решітки

Основне рішення для більшості завдань.

Переваги:

• простота 

• ефективність 

• доступність 

• постійна наявність на складі вентиляторів та решіток Quick. Ви можете перейти на сторінку нашого інтернет-магазину www.shop.uniset.ua для ознайомлення з обладнанням та цінами на кліматичне обладнання Quick. 

Найпопулярніші моделі серед фахівців: FULL1500, FULL2000, FULL3000, FULL4500, а також вихідні фільтри або фільтруючі решітки FIL1500, FIL2000, FIL3000.

3. Дахові вентилятори

Використовуються:

• при високій щільності компонування 

• для ефективного відведення гарячого повітря 

• як правило, дахові вентилятори забезпечують велику продуктивність повітрообміну від 570 м3/год до 1250 м3/год. Найпоширеніші та найпопулярніші моделі Quick — FULL5500, FULL6000 і FULL1250. 

4. Шафові кондиціонери

Застосовуються, якщо:

• тепловиділення > 1,5–2 кВт 

• висока температура навколишнього середовища 

• потрібна герметичність 

Рішення — системи охолодження від Rittal

5. Для коректної роботи фільтрувальних вентиляторів необхідно використовувати термостат QHT-NO.

Компанія «Юнісет» має великий складський запас усього асортименту фільтрувальних вентиляторів, фільтрувальних решіток, а також дахових вентиляторів. Ми працюємо з замовниками по всій Україні. А якщо вам потрібна технічна консультація, ви завжди можете звернутися до менеджерів нашої компанії.

Критичні помилки

• відсутність теплового розрахунку 

• герметична шафа без охолодження 

• експлуатація з відкритими дверцятами 

• відсутність фільтрації повітря 

FAQ (поширені запитання)

Як розрахувати тепловиділення ПЧ?

Використовується формула:

Ploss=Pout⋅(1−η)

Де:

• Ploss - теплові втрати (Вт) 

• Pout - вихідна потужність 

• η - ККД 

Або практичний метод:

2–4% від потужності ЧЗ

Скільки тепла виділяє частотний перетворювач?

Приклад:

• 30 кВт → 600–1200 Вт 

• 90 кВт → до 3 кВт 

Як підібрати вентилятор?

L=(3.1⋅P)/ΔT 

Де:

• L — витрата повітря (м³/год)

• P — тепловиділення (Вт) 

• ΔT — допустиме перегрівання (зазвичай 7–10°C) 

Додатково:

• враховано втрати на фільтрах (+30–40%) 

Чи можна охолоджувати шафу, відкривши двері?

Ні. Це призводить до забруднення обладнання та в більшості випадків до виходу обладнання з ладу (особливо з огляду на наявність у повітрі струмопровідного пилу!).

Коли потрібен кондиціонер?

• тепловиділення > 1,5–2 кВт 

• висока температура середовища 

• вимоги щодо IP