Энергоэффективность электропривода. Комплексный подход

"Круглый стол" в рамках ПТА-2011 Александр Мосин, Sсhneider Electric

Тема, о которой сегодня мало говорится, – борьба с тепловыделением преобразователей частоты (ПЧ). Между тем вопрос охлаждения ПЧ крайне актуален. Возьмем, к примеру, низковольтную гамму инверторов до 2400 кВт. Если они располагаются в небольших помещениях, то необходимы меры для утилизации тепла, особенно в летний период. Это ведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Учитывая, что КПД кондиционеров несколько ниже, чем КПД частотников, использование системы кондиционирования существенно снижает экономический эффект от внедрения ПЧ. Не следует забывать и о расходах на приобретение и установку кондиционеров.

О методах борьбы с перегревом инверторов, которые предлагает Sсhneider Electric, расскажу на примере каждой нашей серии ПЧ и начну с инновационной линейки ALTIVAR-312.

Эта универсальная серия выполнена на новой элементной базе. Транзисторы работают при более высоких температурах кристалла, что дает возможность и самому преобразователю функционировать в диапазоне до + 60 °С без уменьшения мощности. ATV312 мощностью до 15 кВт допускает перегрузку по моменту до 200%, его КПД составляет 97,5%, а наработка на отказ – 600 тысяч часов. Конечно, не в предельных условиях эксплуатации, а в нормальных – до + 40 °С.

ATV312 – это маленький частотник, более мощные инверторы ATV61/71 имеют и характеристики более серьезные (мощность до 2400 кВт, перегрузка по моменту до 220%), и наработка MTBF у них меньше (450 тысяч часов). Они функционируют до + 50°С без уменьшения мощности и до + 60 °С со снижением выходной мощности на 10%. Для снижения нагрева контрольной части ATV61/71 мы разработали ряд специальных аксессуаров. В частности, это дополнительные комплекты вентиляции, которые могут быть установлены на крышку частотника, расположенного в шкафу. Силовой блок и контрольная часть внутри ПЧ разделены со степенью защиты IP54.

Следующий конструктивный блок, комплект выносного монтажа, надевается на ПЧ и позволяет уменьшить габариты шкафа, вынося наиболее греющую часть, то есть радиатор и конденсаторы, за пределы шкафа. 90% тепла частотника выделяется снаружи шкафа. Соответственно, необходимый объем охлаждающего воздуха внутри шкафа сильно снижается.

Преобразователи частоты имеют, конечно, высокий КПД, но представьте себе частотник в 100 кВт, всего 2% мощности которого уходит в тепло. Это приличный двухкиловаттный калорифер. Поставьте его в небольшое помещение летом…

Для комплектных преобразователей с IP54 мы предложили конструктивные исполнения, разделенные контуром охлаждения. Для силовой части воздух забирается через цоколь, проходит через радиатор и выбрасывается через крышу. Контрольная часть выделяет всего 10% тепла. Закрепив на крыше шкафа воздуховод, горячий воздух можно отвести за пределы электропомещения. Вместо обычных воздухозаборников в переднюю стенку может быть вмонтирован либо теплообменник, либо кондиционер. Он плоский, компактный, вешается прямо на стенку, и тогда контрольная часть вообще не контактирует с внешним воздухом.

Большие мощности очень сложно выполнять с воздушным охлаждением, поскольку сильно увеличиваются габариты. Для мощностей от 90 кВт до 2,4 МВт у нас предусмотрено и водяное охлаждение. Основные плюсы конструкции в том, что силовая электроника закрыта в герметичный шкаф и с внешним воздухом туда не попадает пыль. Гидравлический контур замкнутый с резервированием циркуляционных насосов. Техобслуживание сводится фактически только к очистке радиаторов.

На сегодняшний день мы предлагаем три схемы гидравлического охлаждения: замкнутое, разомкнутое и с внешним теплообменником, который можно расположить буквально в нескольких километрах от ПЧ, соединив трубопроводом. Это решение наиболее популярно у горнопроходчиков, туннелестроителей. Например, сейчас в Швейцарии в строящемся под Альпами туннеле к земснаряду подключен частотник, длина труб охлаждения которого составляет 3,5 км.

Совсем плохо с местом для расположения систем охлаждения ПЧ на морских судах. У нас есть модели в морском исполнении. Шкаф с замкнутым контуром водяного охлаждения крепится на антивибрационной платформе в двух плоскостях.

Для высоковольтного преобразователя частоты Altivar 1000 (очень миниатюрного для своих параметров) можно выбрать либо водяное, либо воздушное охлаждение с резервированием вентиляторов. Для модели 4 МВт, 3 кВ получается шкафчик всего лишь 1,8 м в ширину (три секции по 60 см).

Александр Мосин, руководитель направления Приводная техника Sсhneider Electric

Фотографии предоставлены компаниями: Schneider Electric (1); КМ (2)