Расчет тепловыделения частотных преобразователей и устройств плавного пуска

Расчет тепловыделения частотных преобразователей и устройств плавного пуска.

Решения по охлаждению электрошкафов

При проектировании шкафов управления с применением частотных преобразователей (ПЧ) и устройств плавного пуска (УПП) критически важным параметром является тепловой режим внутри шкафа.

Полупроводниковые элементы (IGBT, диодные мосты, тиристоры) имеют неизбежные потери мощности, которые полностью переходят в тепло. При отсутствии организованного отвода этого тепла происходит перегрев оборудования внутри шкафа, следствием чего становятся:

• ошибки и аварийные остановки частотных преобразователей 

• деградация электронных компонентов 

• снижение ресурса оборудования 

• выход из строя 

Почему возникает перегрев?

Любой частотник или устройство плавного пуска имеет КПД ниже 100%, что означает наличие тепловых потерь:

Ploss=Pout⋅(1−η)

Где:

• Ploss - тепловые потери (Вт) 

• Pout - выходная мощность 

• η - КПД 

Практически, для примерного расчёта можно учитывать следующие потери:

• Частотный преобразователь: 2–4% потерь 

• Плавный пуск: 3–6% потерь 

Расчет тепловыделения

Упрощённый метод

Ploss≈0.02–0.04⋅Pном

Практический пример:

Для ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ATV610 0,75 кВт 380–460 В IP20 с ЭМС-фильтром кат. C3, артикул ATV610U07N4 тепловыделение исходя из приведенной выше формулы соответствует 30Вт. Паспортные данные преобразователя частоты дают максимальные значение – 24Вт.  

Точный метод, которым необходимо пользоваться для проектного решения и корректного подбора климатического оборудования для электрошкафов с преобразователями частоты:

Производители указывают в документации:

• Power Loss 

• Heat Dissipation 

Эти данные являются приоритетными для расчёта вентиляторов и кондиционеров для электрических щитов с приводной техникой.

Частотный преобразователь имеет встроенную защиту:

• при достижении предельной температуры — ошибка (overtemperature) 

• при дальнейшем росте — аварийное отключение 

Однако на практике это не предотвращает повреждение оборудования.

Реальный кейс, с которым мы столкнулись при обращении Заказчика

На объекте был установлен шкаф с частотным преобразователем без системы охлаждения.

В процессе эксплуатации:

• происходил регулярный перегрев 

• ПЧ уходил в ошибку 

• стабильная работа была невозможна 

Вместо инженерного решения было принято временное — эксплуатация шкафа с открытыми дверями.

Условия эксплуатации:

• наличие токопроводящей пыли в помещении 

Результат:

• попадание пыли внутрь частотного преобразователя 

• загрязнение плат 

• образование токопроводящих мостов 

• короткое замыкание 

Итог:

• выход из строя платы управления ПЧ 

• необходимость ремонта оборудования 

Решение проблемы охлаждения электрошкафа с частотным преобразователем

После диагностики были определены две задачи:

1. восстановление оборудования, а именно платы управления частотного преобразователя 

2. устранение причины перегрева 

Этап 1. Ремонт преобразователя частоты

Выполнено:

• очистка от токопроводящей пыли 

• восстановление повреждённых элементов 

• проверка силовой части 

• тестирование 

Частотник был возвращён в рабочее состояние.

Этап 2. Организация охлаждения для шкафа с частотником

1. Установка фильтрующего вентилятора и фильтра Quick

В шкаф были установлены:

• фильтровентиляторы ESEN - Quick 

• вентиляционные решетки с фильтрами ESEN - Quick

Схема:

• приток воздуха снизу 

• вытяжка сверху 

Обеспечен направленный поток воздуха через оборудование, чем обеспечивается снижение температуры внутри шкафа с преобразователем частоты.

2. Расчет вентиляции

Расход воздуха определяется:

L=(3.1⋅P)/ΔT

Где:

• L — расход воздуха (м³/ч)

• P - тепловыделение (Вт) 

• ΔT - допустимый перегрев (обычно 7–10°C) 

Дополнительно:

• учтены потери на фильтрах (+30–40%) 

• заложен запас 

3. Восстановление правильной эксплуатации

После внедрения:

• шкаф эксплуатируется в закрытом состоянии 

• температурный режим стабилизирован 

• ошибки перегрева устранены 

Итог

В результате:

• устранена причина перегрева 

• восстановлена работа оборудования 

• исключён повторный отказ 

• обеспечена защита от пыли 

Инженерный вывод:

охлаждение - обязательная часть проекта, а не опция!

Методы охлаждения электрошкафов

1. Увеличение объема шкафа для рассеивания тепла

• пассивное охлаждение 

• применяется при небольших тепловыделениях

• невозможность по каким-либо причинам установить средства климатизации для электрошкафов и щитов 

2. Фильтрующие вентиляторы и решетки

Основное решение для большинства задач.

Преимущества:

• простота 

• эффективность 

• доступность 

• постоянное наличие на складе вентиляторов и решеток Quick. Вы можете перейти на страницу нашего интернет-магазина shop.uniset.ua для ознакомления с оборудованием и ценами по климатическому оборудованию Quick. 

Самые популярные модели среди специалистов: FULL1500, FULL2000, FULL3000, FULL4500, а также выходные фильтры или фильтрующие решетки FIL1500, FIL2000, FIL3000.

________________________________________

3. Крышные вентиляторы

Используются:

• при высокой плотности компоновки 

• для эффективного отвода горячего воздуха 

• как правило крышные вентиляторы обеспечивают большую продуктивность воздухообмена от 570 м3/ч до 1250 м3/ч. Наиболее распространенные и покупаемые модели Quick FULL5500, FULL6000 и FULL1250. 

4. Шкафные кондиционеры

Применяются если:

• тепловыделение > 1.5–2 кВт 

• высокая температура окружающей среды 

• требуется герметичность 

Решение — системы охлаждения от Rittal

5. Для корректной работы фильтрующих вентиляторов необходимо использовать термостат QHT-NO.

Компания Юнисет поддерживает большой складской запас всего типоряда фильтрующих вентиляторов, фильтрующих решеток, а также крышных вентиляторов. Мы работаем с заказчиками по всей Украине. А если вам необходима техническая консультация, вы всегда можете обратиться к менеджерам нашей компании. 

Критические ошибки

• отсутствие теплового расчета 

• герметичный шкаф без охлаждения 

• эксплуатация с открытыми дверями 

• отсутствие фильтрации воздуха 

FAQ (часто задаваемые вопросы)

Как рассчитать тепловыделение ПЧ?

Используется формула:

Ploss=Pout⋅(1−η)

Где:

• Ploss - тепловые потери (Вт) 

• Pout - выходная мощность 

• η - КПД 

Или практический метод:

2–4% от мощности ПЧ

Сколько тепла выделяет частотник?

Пример:

• 30 кВт → 600–1200 Вт 

• 90 кВт → до 3 кВт 

________________________________________

Как подобрать вентилятор?

L=(3.1⋅P)/ΔT 

Где:

• L — расход воздуха (м³/ч)

• P - тепловыделение (Вт) 

• ΔT - допустимый перегрев (обычно 7–10°C) 

Дополнительно:

• учтены потери на фильтрах (+30–40%) 

________________________________________

Можно ли охлаждать шкаф открыв дверь?

Нет. Это приводит к загрязнению оборудования и в большинстве случаев выходу оборудования из строя (особенно учитывая наличие в воздухе токопроводящей пыли!).

________________________________________

Когда нужен кондиционер?

• тепловыделение > 1.5–2 кВт 

• высокая температура среды 

• требования по IP