Холодный расчет тепловых потерь

Парк преобразователей частоты (ПЧ) в России растет большей частью за счет внедрения на реконструируемых объектах. Иначе говоря, ПЧ устанавливают в уже существующих электропомещениях, там, где раньше выделял тепло только контактор для прямого пуска.

При всех преимуществах современных ПЧ их КПД до ста процентов не дотягивает. Даже два процента тепловых потерь при мощности преобразователя 100 кВт эквивалентны хорошему обогревателю. А по требованиям ПУЭ, максимальная температура охлаждающего воздуха в помещении не должна превышать плюс 40 °C. Разумеется, можно установить кондиционер. Но на охлаждение потребуется дополнительная электроэнергия плюс затраты на установку и обслуживание. Зачастую в помещении просто нет места для размещения громоздких шкафов ПЧ и систем охлаждения. Известны случаи, когда стоимость системы охлаждения вместе с расходами на ее установку превышала стоимость самих ПЧ. Все это уменьшает эффективность внедрения преобразователей. Снижается надежность системы управления в целом. Стоимость простоев из-за отказа системы охлаждения может быть вообще несопоставима с ожидаемым экономическим эффектом от модернизации.

В новых моделях ПЧ данные проблемы учитываются еще на стадии проектирования. К примеру, использование силового модуля на новой элементной базе в преобразователях Schneider Electric серий Altivar 61 и Altivar 71 позволяет повысить рабочую температуру до плюс 50°C. А в Altivar 312 до плюс 60 °C.

Применение выносного монтажа силовой части ПЧ (рис. 1) дает возможность закрепить их в прорези задней стенки шкафа. Радиатор при этом располагается снаружи, и тепловыделение внутри шкафа снижается в 10,4 раза (при мощности ПЧ 110 кВт) при уменьшении габаритов шкафа. Также можно использовать следующие способы:

1) Использование раздельных контуров охлаждения силовой и контрольной частей (рис. 2). Воздух для охлаждения силовой части подается штатным вентилятором через цоколь шкафа и воздуховод, надетый на радиатор. Для выброса горячего воздуха из помещения на крышу шкафа может быть закреплен воздуховод. В помещение выделяется только тепло от контрольной части, что составляет менее 10% от общего тепловыделения.

2) Кондиционер или теплообменник для охлаждения контрольной части: устанавливается непосредственно на дверь шкафа. Внешний воздух не контактирует с электроникой внутри шкафа.

3) Замкнутый жидкостный контур охлаждения (рис. 3) позволяет еще больше снизить габариты шкафа. Силовая часть не контактирует с внешним воздухом. При этом в обслуживании он мало чем отличается от обычного ПЧ с воздушным охлаждением.

Внешний жидкостный теплообменник (рис. 4) позволяет кардинально решить задачу охлаждения в замкнутых помещениях (туннели, шахты и т. п.). Его можно установить в нескольких километрах от самого ПЧ.

Все приведенные выше решения могут применяться с учетом специальных мер для взрыво- и пожароопасных производств и химически агрессивных сред.

Но что же делать, если оборудование уже установлено, неожиданно нагрянула летняя жара, а денег не выделяют даже на бытовой вентилятор? Очень простые меры позволят снизить риск отключений в летний сезон. Для начала необходимо продуть компрессором все радиаторы и доступные части ПЧ для удаления пыли. Проверьте налипание и на лопастях вентиляторов ПЧ. Не стоит открывать двери шкафов при наличии пыли в помещении. Лучше замените фильтры на вентиляционных отверстиях. В противном случае осевшая пыль осенью наберет влагу из воздуха и станет токопроводящей.

Программные настройки тоже могут помочь. Чем ниже параметр SFr "частота коммутации", тем меньше греется ПЧ. Для снижения шума двигателя в инверторах увеличивается номинальная частота коммутации (к примеру, в сериях ATV61, ATV212 она равна 12 кГц). При ее снижении до 1 кГц тепловыделение снижается в разы. Можно отключить параметр Nrd "Шумопонижение", правда, двигатель начнет шуметь сильнее. Можно ограничить максимальный выходной ток, если вы уверены, что момента в этом случае хватит или стоит выбор между аварийной остановкой или непрерывной работой, пусть на пониженной скорости. Также нагрев ПЧ зависит и от выбранного закона управления. Иногда при наладке вентилятора забывают изменить векторный закон управления на скалярный.

Если ваш преобразователь отработал около пяти лет в экстремальных условиях, то возрастные проблемы могут возникнуть раньше времени. Снижение емкости конденсаторов или высыхание теплопроводящей пасты под IGBT-модулем обнаружить весьма сложно. Поэтому, как в пословице, "готовьте телегу зимой".

Александр Мосин, руководитель направления "Приводная техника" Schneider Electric