U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, za sve uređaje za upravljanje toplinskim zračenjem u skladu s člankom 3. točkom (a) ovog članka, za koje se primjenjuje točka (a) ovog članka, za koje se primjenjuje točka (b) ovog članka, za sve uređaje za

Uvod u toplinski stres u snažnoj elektronici

U svijetu B2B elektrotehničkog inženjerstva, toplota je najveća prijetnja pouzdanosti, učinkovitosti i trajanju životnosti energetske elektronike. Visokojačni pretvarači, koji pretvaraju jednokratnu energiju iz baterijskih banaka ili fotonapetnih mreža u visokonapetostni pretvornik, opremljeni su brzim poluprovodnicima, mikroprocesorima i bakrenim uzvratima. Ti dijelovi tijekom rada stvaraju značajne količine otpadne toplote.

Kako bi zaštitili svoje unutarnje krugove od trajnog toplinskog oštećenja, moderni pretvarači velike snage koriste sigurnosnu funkciju poznatu kao "Thermal Derating". U slučaju da je temperatura unutar pretvarača veća od kritičnog praga, uređaj automatski smanjuje svoju maksimalnu izlaznu snagu. Iako to sprečava uništavanje hardvera, može uzrokovati ozbiljne poremećaje u industrijskim objektima, što dovodi do neočekivanih zaustavljanja strojeva ili gubitka proizvodnje solarne energije.

U ovom članku pruža se tehnička analiza toplinske destilacije i analizira se utjecaj blokade protoka zraka u električnim ormarićima i kućištima.

Pitanje: Što je 'Termalno smanjenje' u invertorima velike snage i kako obstrukcija protoka zraka unutar električnih ormara utječe na performanse?

Termalno smanjenje je zaštitni mehanizam kontrole u kojem mikroprocesor pretvarača dinamički smanjuje svoju maksimalnu izlaznu snagu pretvornog struje kako bi spriječio da njegovi unutarnji poluprovodnici snage (kao što su IGBT-ovi i MOSFET-ovi) premaše sigurne temperature spoja. Obstrukcija protoka zraka unutar električnih ormara ubrzava ovaj proces sprečavajući raspršivanje toplote, što dovodi do lokalizirane akumulacije toplote, brzog porasta temperature u ormaru i prijevremenog smanjenja obrtača. Za rješavanje ovog problema, integratori sustava moraju izračunati toplinske opterećenja u kućištu, veličinu aktivnih ventilatora za ispuštanje i implementirati čiste putove protoka zraka koristeći napredne principe upravljanja toplinom JYINS-a.

Fizika stvaranja toplote i poluprovodničkih spojeva

Da bismo razumjeli toplinsko smanjenje, moramo pogledati proizvodnju toplote unutar silicijunskih poluprovodnika pretvarača. Kad pretvarač pretvara snagu, on doživljava unutarnje gubitke. Ti gubitci uglavnom se sastoje od gubitka provodnosti (zbog unutarnjeg otpora MOSFET-ova/IGBT-ova) i gubitka prekidača (koji se javljaju kada se tranzistori uključuju i isključuju tisuće puta u sekundi).

Ti električni gubici se pretvaraju izravno u toplinu. Ova toplina podiže temperaturu unutarnjeg silicijuma u poluprovodniku, poznatu kao temperatura spoja (Tj). Za silicijeve poluprovodnike industrijske klase, maksimalna sigurna temperatura spoja obično je između 125 i 150 stupnjeva Celzijusa.

Ako temperatura spoja premaši ovu fizičku granicu, silicijum će podvrgnuti toplotnom odlasku, što će dovesti do katastrofalne fizičke destrukcije tranzistora. U slučaju da se radi o proizvodnji električne energije, u skladu s člankom 6. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, u skladu s člankom 7. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, proizvodnja električne energije može se upotrebljavati za proizvodnju električne energije.

U slučaju da se temperatura toplotnog rastopa pređe unaprijed programirani prag (obično oko 45 do 55 stupnjeva Celzijusa, ovisno o modelu), kontrolna petlja pretvarača pokreće toplotno smanjenje. Mikroprocesor smanjuje radni ciklus frekvencije prekidača, što smanjuje maksimalnu izlaznu struju izmjenjenog struje. U slučaju da se u slučaju izloženosti izloženosti ne primjenjuje presudni sustav, to znači da se ne primjenjuje presudni sustav.

Uticaj blokade protoka zraka u ormarićima

U industrijskim okruženjima, visoko-moćni pretvarači gotovo uvijek su instalirani unutar zaštitnih metalnih kućišta ili kontrolnih ormarića kako bi ih zaštitili od prašine, vlage i neovlaštenog pristupa. Međutim, zatvoriti pretvarač stvara mikroklimu. Bez pravilnog toplinskog dizajna, ormarić djeluje kao pećnica.

Obstrukcija protoka zraka unutar ormara je glavni pokretač preuranjenog toplinskog opadanja. Obstrukcija se javlja na nekoliko načina:

• Neuravnotežena izduzna i unosna veličina: Da bi topli zrak napustio ormarić, mora ući hladni zrak. Ako je u ormaru ventilator visokog CFM-a (kubične stope u minuti), ali ima male ili blokirane ulazne otvorove, ventilator će se boriti protiv statičkog tlaka, što rezultira dramatičnim smanjenjem stvarnog protoka zraka.
• Upuceni filteri za prašinu: Industrijske radionice su pune čestica u zraku, metalnih prašina i pluća. Vremenom se te čestice gomilaju na filtri. Zaklopljeni filter može ograničiti protok zraka za do 80% do 90%, uzrokujući da temperatura unutar ormara skoči u nekoliko minuta nakon rada pretvarača s velikim opterećenjem.
• Loše postavljanje komponenti: toplota raste. Ako je pretvarač fizički postavljen u blizini drugih komponenti koje proizvode toplinu (kao što su punjači baterija, reaktor ili transformatori snage) unutar ormara, on će unositi zagrijen zrak, smanjujući sposobnost toplinske dissipacije toplotnog raspršivača. Osim toga, ako nema dovoljno slobodnog prostora oko ulaznih i ispušnih otvorova pretvarača (koji obično zahtijevaju najmanje 150 mm slobodnog prostora), zrak će se lokalno recirkulirati, stvarajući vreće vrućeg zraka.

U slučaju da se ne primjenjuje ovaj standard, za svaki proizvod koji se upotrebljava za proizvodnju električne energije, mora se utvrditi:

Za sprečavanje toplinske degradacije, integratori sustava moraju izračunati potrebnu brzinu protoka zraka (CFM) za raspršivanje topline koju stvara pretvarač. Potrebna formula je:

U slučaju da se ne primjenjuje, u slučaju da se ne primjenjuje, u slučaju da se ne primjenjuje, u slučaju da se ne primjenjuje, u slučaju da se ne primjenjuje, u slučaju da se primjenjuje, u slučaju da se primjenjuje, u slučaju da se primjenjuje, u slučaju da se primjenjuje, u

Gdje:

• U slučaju da je to moguće, u skladu s člankom 6. stavkom 2. U slučaju da je to moguće, to se može izračunati na temelju učinkovitosti pretvaranja pretvarača. U slučaju pretvarača od 10 kW koji radi s učinkovitostom od 93%, toplinski gubitak iznosi 7% od 10 kW, što je jednako 700 W.
• U slučaju da je to moguće, za svaki sustav za upravljanje temperaturom, potrebno je utvrditi razinu temperature u komoru.

Primjerice, ako je maksimalna vanjska temperatura okoliša 95 stupnjeva Fahrenheita (35 stupnjeva Celzijusa) i želimo ograničiti unutarnju temperaturu ormara na 113 stupnjeva Fahrenheita (45 stupnjeva Celzijusa) kako bismo spriječili smanjenje, dopušteni porast temperature (delta_T

113 minus 95 = 18 stupnjeva Fahrenheita.

U slučaju da se ne primjenjuje formula, potrebno je izračunati:

CFM = (3,16 700 Watt) / 18 = 122,8 CFM.

Za osiguravanje pouzdanog rada u stvarnim uvjetima, inženjeri bi trebali odabrati ventilator za ispuštanje s nominalnom snagom najmanje 150 CFM kako bi se uzelo u obzir ograničenje filtera za prašinu i statički gubitak tlaka.

Uputstva za upravljanje toplinom u ormarićima

U slučaju da se sustavni sustav ne može koristiti za upravljanje toplotnim zračenjem, sustavni integrateri bi trebali provesti sljedeće najbolje inženjerske prakse:

• 1. za U redu je da se pretvarač instalira u donji, hladniji dio ormara. Ako je potrebno, provjerite da je u skladu s člankom 6. stavkom 3. točkom (a) ovog pravilnika.
• 2. - Što? Uvođenje prisilnog ventilacije: Koristite visokokvalitetne ventilatore za ispuštanje iz ormara s kuglicama postavljene blizu vrha kućišta kako bi se izvukla vruća zraka, a na dnu postavite poklopce/priklopce za uvlačenje hladnog zraka. To koristi prirodnu konvekciju (povećanje toplote) kako bi se povećala učinkovitost hlađenja.
• 3. Slijedi sljedeće: Ustanovite strog raspored održavanja: U prašnjavom okruženju, mjesečno ili tromjesečno očistite sve filtere za unos u ormariće. U slučaju da se ne primjenjuje, ispitni sustav može se koristiti za ispitivanje.
• 4. - Što? U slučaju da je proizvodnja električne energije u skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, proizvođač mora imati pravo na upotrebu električne energije u skladu s člankom 3. točkom (b) ovog članka. Koriste teške, prevelike aluminijumske rastopače sa širokim razmakom između peraja kako bi se spriječilo nakupljanje prašine. U kombinaciji s inteligentnim ventilatorima za hlađenje u stalnom toku bez četkica s promenljivom brzinom koji rade samo na punoj brzini kada Tj raste, jedinice JYINS pružaju maksimalnu toplinsku maržu, odgađajući početak toplinske degradacije čak i u zatvorenim ormarić

Zaključak

Termalno smanjenje je ključna sigurnosna značajka koja štiti pretvarače velike snage od katastrofalnih kvarova poluprovodnika, ali njegovo prerano aktiviranje zbog blokade protoka zraka u komoru može ozbiljno poremetiti industrijske operacije B2B. Razumijevanjem fizike gubitka topline poluprovodnika, izračunavanjem točnih zahtjeva CFM-a i implementacijom optimiziranih putanja prisilnog zraka, integratori sustava mogu održavati hladno radno okruženje. U skladu s člankom 3. stavkom 1. stavkom 2. točkom (a) Uredbe (EZ) br. 765/2008 Komisija je odlučila o uvođenju mjera za utvrđivanje zahtjeva za uvođenje tih mjera.