خبر

أفضل طريقة لتبديد الحرارة للمحولات عالية الطاقة؟

يتم دمج معظم المحولات عالية الطاقة والمكونات الإلكترونية المرتبطة بها في الخزانات الكهربائية. لا تعمل المحولات على تحسين كفاءة النظام فحسب ، بل تعمل كفاءة العاكس نفسه أيضا على أنها عالية جدا ، مع خسارة 2٪ إلى 4٪ فقط. ومع ذلك ، نظرا للكمية الكبيرة من تحويل الطاقة في المحولات عالية الطاقة ، حتى لو كان فقدان الكفاءة منخفضا ، فسيؤدي ذلك إلى توليد عدة كيلوواط إلى عشرات الكيلوواط من الحرارة المهدرة ، والتي يجب تبديدها.


في الخزانات المبردة بالهواء المفتوح ، من السهل إزالة هذه الحرارة. ومع ذلك ، في البيئات القاسية حيث لا يمكن تبريد المروحة أو التبريد المفلتر عبر التدفق المباشر للهواء ، تصبح الإدارة الحرارية للحاوية جزءا مهما من عملية التصميم. تعد الاستراتيجيات ضرورية لتبريد محركات الضميمة محكمة الغلق متوسطة وعالية الطاقة بكفاءة وسلبية واقتصادية في البيئات القاسية.

01 تدفق أو مختوم

تسمح خزانات تدفق الهواء المفتوحة للهواء المحيط بالتدفق عبر الخزانة ، مما يؤدي إلى تبريد وحدات الطاقة العالية بشكل فعال مباشرة. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي هذا التبريد الفعال إلى دخول الملوثات الخارجية إلى العلبة ، والتي يتم تقليلها عادة باستخدام نظام مرشح المروحة لتصفية الهواء المتدفق إلى الخزانة. تساعد المرشحات في تقليل الغبار والحطام ، ولكنها تتطلب صيانة دورية لتنظيف المرشحات أو استبدالها.

في هذه الأنظمة ، عادة ما يتم توصيل المكونات عالية الطاقة (ترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة ، والثايرستور المدمج المبدل بالبوابة ، والمقومات التي يتم التحكم فيها بالسيليكون) بلوحة باردة مبردة بالسوائل. ثم يرفض السائل الحرارة إلى الهواء المحيط باستخدام نظام ضغط البخار أو من خلال مبادل حراري سائل إلى هواء. في كلتا الحالتين ، يمكن وضع المبادل الحراري للهواء المحيط المطلوب داخل المنشأة أو خارجها. العيب الأساسي لهذه الأنظمة هو تحديات إدخال السوائل في الخزانة وسائل تبريد الأنابيب داخل وخارج الخزانة.

02 حلقة Thermosyphons

Loop Thermosyphons (LTS) هي أجهزة تبريد ثنائية الطور مدفوعة بالجاذبية. إنها تعمل بشكل مشابه لأنابيب الحرارة ، حيث يتبخر سائل العمل ويتكثف في حلقة مغلقة لنقل الحرارة عبر مسافة معينة. تتمثل الميزة الرئيسية للأجهزة الحرارية الحلقية على الأنابيب الحرارية في القدرة على استخدام سائل عمل موصل ، مما يسمح بنقل فعال لمسافات طويلة للطاقة العالية. لا تحتوي الآلات الحرارية الحلقية على أجزاء متحركة وهي أكثر موثوقية من المبردات السائلة النشطة أو ضغط البخار أو أنظمة التبريد ثنائية الطور التي يتم ضخها. تعتبر المعالجات الحرارية ذات الحلقة مثالية لنقل الحرارة المهدرة عالية الطاقة من إلكترونيات الطاقة في الخزانة إلى البيئة خارج الخزانة.

03 مبادلات حرارية مختومة

تعتبر الحلقة thermosyphons طريقة ممتازة لإزالة كميات كبيرة من الحرارة مباشرة من المكونات المولدة للحرارة العالية. ومع ذلك ، لا يزال الحمل الحراري المهدر للمكونات الثانوية بحاجة إلى التبريد. يصعب تبريد هذه المكونات الثانوية ، بما في ذلك العديد من الأجهزة منخفضة الطاقة المنتشرة في جميع أنحاء الخزانة ، عن طريق الاتصال المباشر. بالنسبة لهذه المكونات منخفضة الطاقة وتدفق الحرارة المنخفض ، فإن تبريد الهواء المباشر هو الطريقة الأكثر عملية. يمكن تبريد المكونات منخفضة الطاقة بسهولة بواسطة المبادلات الحرارية من الهواء إلى الهواء مع الحفاظ على سلامة مانع تسرب العلبة.

في تركيبة الحلقة الحرارية والمبادل الحراري المختوم ، يتم تثبيت الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة عالية الطاقة (IGBTs) أو الثايرستور المدمج بتبديل البوابة (IGCTs) على اللوحة الباردة الحلقية الحرارية ، ويتم تبديد حمولتها البالغة 10 كيلو واط بالإضافة إلى الحمل الحراري إلى هواء الخزانة الخارجية من خلال الحلقة الحرارية (انظر الشكل 2). يتم تبريد جميع المكونات الإلكترونية الثانوية بواسطة مبادل حراري محكم الغلق من الهواء إلى الهواء ، والذي يمكنه إزالة حوالي 1 كيلو واط من الحرارة المهدرة.

مضخات إمداد المياه في العديد من محطات الطاقة قوية جدا أيضا. على سبيل المثال ، تحتوي محطة الطاقة الحرارية 2 * 300 ميجاوات على مضخة إمداد بالمياه بقوة 5500 كيلو واط. مع هذه الطاقة الكبيرة ، يتم استخدام أنواع الجهد المتوسط والعالي ، مثل 6KV.
تتمتع بعض المطاحن الكروية أيضا بقوة كبيرة نسبيا ، مثل مطحنة الكرة Ф5500×8500 ، التي تبلغ قوة محركها 4500 كيلو واط.
هناك أيضا بعض مصانع الدرفلة الكبيرة ذات قوة المحرك الكبيرة نسبيا ، وخاصة معدات الدرفلة على الساخن. على سبيل المثال ، تبلغ قوة المحرك لبعض مطاحن التشطيب 11,000 كيلووات.

طرق تبديد الحرارة العامة للمحولات

بناء على الهيكل الحالي للمحولات ، يمكن تقسيم تبديد الحرارة بشكل عام إلى الأنواع الثلاثة التالية: تبديد الحرارة الطبيعي ، وتبديد الحرارة بالحمل الحراري ، والتبريد السائل ، وتبديد حرارة البيئة الخارجية.

(I) تبديد الحرارة الطبيعي بالنسبة للمحولات ذات السعة الصغيرة ، يتم استخدام تبديد الحرارة الطبيعي بشكل عام. يجب أن تكون بيئة الاستخدام جيدة التهوية وخالية من الغبار والأشياء العائمة. يستخدم هذا النوع من العاكس في الغالب لمكيفات الهواء المنزلية ، وأدوات ماكينات CNC ، وما إلى ذلك ، مع طاقة منخفضة جدا وبيئة استخدام جيدة نسبيا.


(II) التبريد الحراري يبدد الحرارة

التبريد الحراري هو طريقة تبريد شائعة الاستخدام ، كما هو موضح في الشكل 2. مع تطور أجهزة أشباه الموصلات ، تطورت أحواض الحرارة لجهاز أشباه الموصلات بسرعة ، وتميل إلى التوحيد القياسي والتسلسل والتعميم. بينما تتطور منتجات جديدة في اتجاه المقاومة الحرارية المنخفضة ، متعددة الوظائف ، صغيرة الحجم ، خفيفة الوزن ، ومناسبة للإنتاج والتركيب الآلي. تمتلك العديد من الشركات المصنعة الرئيسية للمشتت الحراري في العالم الآلاف من سلاسل المنتجات ، والتي تم اختبارها جميعا وتوفر منحنيات المقاومة الحرارية لاستخدام الطاقة والمشتت الحراري ، والتي توفر الراحة للمستخدمين للاختيار بدقة. في الوقت نفسه ، فإن تطوير مراوح تبديد الحرارة سريع جدا أيضا ، مما يدل على خصائص الحجم الصغير ، وعمر الخدمة الطويل ، والضوضاء المنخفضة ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وحجم الهواء الكبير ، والحماية العالية. على سبيل المثال ، مروحة تبديد الحرارة العاكس منخفضة الطاقة شائعة الاستخدام هي 25 مم × 25 مم × 10 مم فقط ؛ يمكن أن تصل مروحة SANYO اليابانية طويلة العمر إلى 200000 ساعة ، ويمكن أن يصل مستوى الحماية إلى IPX5 ؛ هناك أيضا سنغافورةمروحة التدفق المحوري ذات الحجم الكبير للهواء LEIPOLE,بحجم عادم يصل إلى 5700 م 3 / ساعة. توفر هذه العوامل للمصممين مساحة اختيار واسعة جدا.

يستخدم التبريد الحراري على نطاق واسع لأن المكونات (المراوح ، المشعات) المستخدمة سهلة الاختيار ، والتكلفة ليست مرتفعة للغاية ، ويمكن أن تكون سعة العاكس من عشرات إلى مئات كيلو فولت أمبير ، أو حتى أعلى (باستخدام وحدات بالتوازي).
(1) التبريد مع مروحة مدمجة من العاكس

يستخدم التبريد بمروحة مدمجة بشكل عام لمحولات الأغراض العامة ذات السعة الصغيرة. من خلال تثبيت العاكس بشكل صحيح ، يمكن زيادة سعة التبريد للمروحة المدمجة في العاكس. يمكن للمروحة المدمجة أن تزيل الحرارة داخل العاكس. يتم تبديد الحرارة النهائي من خلال الصفيحة الحديدية لصندوق العاكس. طريقة التبريد باستخدام المروحة المدمجة فقط للعاكس مناسبة لصناديق التحكم ذات المحولات المنفصلة وصناديق التحكم ذات مكونات التحكم القليلة نسبيا. إذا كان هناك العديد من المحولات أو المكونات الكهربائية الأخرى ذات تبديد حرارة كبير نسبيا في صندوق التحكم في العاكس ، فإن تأثير تبديد الحرارة ليس واضحا جدا.

(2) التبريد بمروحة خارجية للعاكس

من خلال إضافة العديد من المراوح مع وظيفة الحمل الحراري للتهوية في صندوق التحكم حيث يتم تثبيت العاكس ، يمكن تحسين تأثير تبديد الحرارة للعاكس بشكل كبير ويمكن تقليل درجة حرارة بيئة عمل العاكس. يمكن حساب سعة المروحة عن طريق تبديد حرارة العاكس. دعنا نتحدث عن طريقة الاختيار العامة: بناء على التجربة ، حسبنا أنه مقابل كل 1 كيلو واط من الحرارة الناتجة عن استهلاك الطاقة ، يبلغ حجم عادم المروحة 360 متر مكعب / ساعة ، واستهلاك الطاقة للعاكس هو 4-5٪ من سعته. هنا نحسب بنسبة 5٪ ، ويمكننا الحصول على العلاقة بين المروحة المكيفة مع العاكس وسعتها: على سبيل المثال: تبلغ طاقة العاكس 90 كيلوواط ، ثم: حجم عادم المروحة (م 3 / ساعة) = سعة العاكس × 5٪ × 360 متر مكعب / ساعة / كيلوواط = 1620 متر مكعب / ساعة

ثم حدد طراز المروحة لمختلف الشركات المصنعة وفقا لحجم عادم المروحة للحصول على المروحة التي تلبي شروطنا. بشكل عام ، يعد تبريد المروحة هو الوسيلة الرئيسية لتبريد العاكس في هذه المرحلة ، وهو مناسب بشكل خاص لخزانات التحكم الكبيرة نسبيا ، وعندما تعمل المكونات الكهربائية في خزانة التحكم وتسخن في نفس الوقت. إنها مناسبة لخزانات التحكم المركزية المتكاملة للغاية وصناديق التحكم. بالإضافة إلى ذلك ، نظرا للتقدم المستمر للتكنولوجيا في السنوات الأخيرة ، لم تعد مراوح تبديد الحرارة ضخمة كما كانت في السنوات السابقة ، وتوجد مراوح صغيرة وقوية في كل مكان. أداء التكلفة هو أيضا أفضل بكثير من طرق التبريد الأخرى.