Dacă conduceți o afacere care se bazează pe schimbătoare de frecvență de curent alternativ (numite și variatoare de frecvență sau VFD, pe scurt), probabil că v-ați confruntat cu durerea de cap cauzată de supraîncălzirea echipamentului la un moment dat. Furnizez schimbătoare de frecvență de curent alternativ fabricilor, magazinelor mici de producție și chiar facilităților comerciale de peste 10 ani, iar una dintre cele mai frecvente întrebări pe care le primesc de la clienți este: „De câtă răcire am nevoie de fapt pentru acest lucru?” Nu este doar o întrebare de aruncat – sări peste disiparea corectă a căldurii și te uiți la defecțiuni premature ale pieselor, timpi neplanificați de întrerupere și o factură de reparații mult mai mare decât dacă ai fi planificat răcirea din față. Să dezvăluim acest lucru în termeni simpli, fără suprasolicitare a jargonului ingineresc și să legăm cu ceea ce am învățat lucrând cu fiecare tip de aplicație de motor de acolo.
În primul rând, să începem cu elementele de bază: Ce este un schimbător de frecvență AC și de ce generează căldură în primul rând? Dacă sunteți nou în acest domeniu, un comutator de frecvență de curent alternativ ajustează viteza unui motor electric modificând frecvența și tensiunea puterii care îi ajunge. Acest lucru este mult mai eficient decât rularea unui motor la viteză maximă tot timpul pentru sarcini care nu au nevoie de el, cum ar fi o bandă transportoare care are nevoie doar de jumătate de viteză pentru sarcini ușoare sau un ventilator care încetinește în zilele blânde. Dar iată problema: niciun dispozitiv electric nu este 100% eficient. Chiar și cele mai bune schimbătoare de frecvență AC pierd aproximativ 2-5% din puterea pe care o consumă sub formă de căldură. Pentru context, dacă aveți un motor de 10 cai putere (CP) care funcționează la viteză maximă, schimbătorul de frecvență va trage aproximativ 7457 wați de putere (deoarece 1 HP = ~745,7 wați) și va pierde aproximativ 150-370 wați ca căldură. Dacă scalați până la un sistem de 100 CP, înseamnă 1.500-3.700 de wați de căldură doar de la unitatea în sine. Înmulțiți asta cu câte ore pe zi funcționează unitatea, iar căldura se adună rapid.
De aceea, obținerea corectă a cerinței de disipare a căldurii nu înseamnă doar „menținerea unității la rece”, ci este despre protejarea întregului sistem. Am mai văzut clienți tăind colțuri aici înainte: o brutărie mică cu care am lucrat cu câțiva ani în urmă a instalat un VFD ieftin pe mixerul lor de aluat, l-a înfipt într-un dulap electric înghesuit, fără ventilație suplimentară și, în 6 luni, IGBT (tranzistorul bipolar cu poartă izolată, componenta principală a puterii) a prăjit din cauza supraîncălzirii. Au ajuns să fie nevoiți să înlocuiască nu doar unitatea, ci și motorul mixerului, ceea ce i-a costat mult mai mult decât dacă ar fi adăugat un mic ventilator sau un radiator în dulap când l-au instalat.
Acum, cum calculați disiparea exactă a căldurii de care aveți nevoie pentru schimbătorul dvs. de frecvență AC specific? Nu este un număr unic, motiv pentru care le spun întotdeauna clienților să înceapă cu doi factori cheie: puterea nominală a unității și eficiența sa de funcționare. Majoritatea schimbătoarelor de frecvență de curent alternativ moderne au o eficiență cuprinsă între 95% și 98%, așa că formula pentru pierderea de căldură este destul de simplă: Pierdere de căldură = (Puterea de intrare) x (1 - Eficiență). Să trecem prin asta cu un exemplu real. Să presupunem că aveți un schimbător de frecvență AC de 5 CP care alimentează o pompă (puteți consulta modelul nostru mic orientat pe motor la /vector-frequency-converter/economic-frequency-converter/vfd-for-small-motors.html pentru referință la unitățile de putere redusă). Puterea de intrare pentru o unitate de 5 CP este de aproximativ 3.728 de wați. Dacă este eficient de 96%, înseamnă că pierde 4% din acea putere sub formă de căldură: 3.728 x 0,04 = ~149 wați. Aceasta este cantitatea de căldură pe care o eliberează unitatea în sine. Dar stai, nu am terminat. De asemenea, trebuie să luați în considerare căldura de la motor și orice alte componente electrice din apropiere din aceeași carcasă. Un motor cu inducție de 5 CP, de exemplu, își pierde aproximativ 1-3% din putere sub formă de căldură atunci când funcționează la sarcină maximă, așa că adăugați încă 37-111 wați acolo, plus orice căldură de la cablaj sau alte comenzi din dulap. În total, căldura ta totală de disipat este de aproximativ 200-260 de wați pentru acel sistem mic.
Pentru sistemele mai mari - de exemplu, un schimbător de frecvență de 100 CP AC care alimentează un sistem de transport într-un depozit - matematica se schimbă, dar logica rămâne aceeași. O unitate de 100 CP are o putere de intrare de ~74.570 wați. La o eficiență de 97%, înseamnă 2.237 de wați de căldură numai de la unitate. Adăugați o pierdere de căldură de 745-2.237 de wați a unui motor de 100 CP și vă uitați la 3.000 de wați în total de disipat. Acesta este un număr mare, motiv pentru care unitățile mari au nevoie de obicei de o răcire dedicată, mai degrabă decât doar un ventilator cu casetă în aceeași cameră.
Dar iată o greșeală pe care o fac mulți oameni: folosesc puterea nominală a unității la viteză maximă pentru a calcula pierderile de căldură, dar majoritatea aplicațiilor nu rulează la viteză maximă 100% din timp. Dacă VFD-ul dumneavoastră funcționează doar cu o viteză de 50%, eficiența sa crește ușor (la aproximativ 97-98%), iar puterea de intrare scade, astfel încât și pierderile de căldură scade. De exemplu, dacă acea unitate de 5 CP funcționează cu o viteză de 50%, puterea sa de intrare este de ~1.864 de wați, eficiența este de 97%, deci pierderea de căldură este de numai ~56 de wați. De aceea, spun întotdeauna clienților să folosească sarcina lor medie de funcționare reală, nu ratingul maxim, atunci când își determină nevoile de răcire. Este ușor să supradimensionezi răcirea, dar asta irosește energie și bani — o subdimensionezi și obții aceleași probleme de supraîncălzire despre care am vorbit mai devreme.
În continuare, să vorbim despre diferitele modalități de a disipa căldura, deoarece metoda pe care o utilizați depinde de configurația dvs. Cea mai de bază este răcirea pasivă: un radiator atașat la componentele interne ale unității, care lasă căldura să radieze în aerul din jur. Acest lucru funcționează excelent pentru unități mici, de putere redusă (sub 5 CP) care sunt instalate în spații deschise și bine ventilate. Dar dacă aveți un motor mic încorporat într-un panou de control strâns cu alte echipamente, răcirea pasivă nu este suficientă. Aici intervine răcirea forțată cu aer: un mic ventilator montat pe sau în apropierea unității, care sufla aer rece peste radiatorul sau trage aerul fierbinte din carcasă. Pentru unitățile de dimensiuni medii (5-50 CP), aerul forțat este opțiunea preferată - este accesibil, ușor de instalat și funcționează pentru majoritatea setărilor comerciale și industriale ușoare.
Pentru unități mai mari (peste 50 CP) sau unități instalate în spații închise cu temperaturi ambientale ridicate (cum ar fi un cuptor sau un depozit în Arizona în timpul verii), veți avea nevoie de răcire cu lichid. Acesta folosește o buclă de răcire pentru a trage căldura departe de componentele interne ale unității, apoi trece acel lichid de răcire printr-un schimbător de căldură pentru a elibera căldura în aerul exterior. Răcirea cu lichid este mai scumpă în avans, dar este mult mai eficientă pentru sistemele de mare putere și menține unitatea la o temperatură constantă, indiferent de cât de cald este afară. Am văzut clienți cu peste 100 de unități HP în depozite necondiționate care economisesc mii de costuri de reparații prin trecerea de la răcirea cu aer forțat la răcirea lichidă.
Un alt lucru de luat în considerare este temperatura mediului ambiant. Cerința de disipare a căldurii se dublează dacă temperatura medie a camerei de control este cu 10°F mai mare decât cea standard (77°F sau 25°C, care este standardul industrial pentru funcționarea unității). Dacă spațiul dvs. este fierbinte în cea mai mare parte a anului, veți avea nevoie de o capacitate suplimentară de răcire pentru a compensa. De exemplu, dacă vă aflați într-o fabrică în care camerele de control rămân în jur de 90 ° F (32 ° C) pe tot parcursul anului, acea unitate de 5 CP pe care am menționat-o mai devreme, care avea nevoie de doar 150 de wați de pierdere de căldură la 77 ° F, va avea nevoie acum de aproximativ 200 de wați de răcire. Mici ajustări de acest fel se adună, mai ales pentru sistemele care funcționează 24/7.
Acum, să ne întoarcem la motivul pentru care acest lucru este important pentru dvs. ca cumpărător. Indiferent dacă înlocuiți un vechi schimbător de frecvență AC sau echipați o mașină nouă, disiparea corectă a căldurii va prelungi durata de viață a unității dumneavoastră și va evita oprirea neplanificată. Întotdeauna spun clienților să își pună trei întrebări înainte de a-și finaliza configurarea: 1) Care este puterea totală de căldură de la unitate, motor și orice alte componente din aceeași carcasă? 2) Care este temperatura ambientală la care va fi instalată unitatea? 3) Cât de des funcționează unitatea la sarcină maximă, față de sarcină parțială? Dacă puteți răspunde la acestea, veți ști exact ce răcire aveți nevoie.
Și dacă nu ești sigur de unde să începi, pentru asta sunt aici. Am lucrat cu orice tip de aplicație, de la mixere mici de panificație până la sisteme de transport de 200 CP și vă pot ajuta să vă dimensionați unitatea și să vă calculați nevoile de răcire fără bătaie de cap. Echipa noastră este specializată în schimbătoare de frecvență AC pentru toate dimensiunile de motoare, inclusiv unitățile mici orientate pe motor conectate la /vector-frequency-converter/economic-frequency-converter/ac-frequency-changer.html, așa că știți că obțineți o unitate construită pentru a face față condițiilor de căldură din lumea reală.
Așteptați, o notă rapidă pentru a evita încă o greșeală comună: nu uitați să luați în considerare spațiul din jurul unității. Chiar dacă aveți cantitatea potrivită de răcire, dacă VFD-ul dvs. este înghesuit într-un panou fără spațiu pentru a circula aerul, căldura se va acumula. De obicei, recomand să lăsați cel puțin 6 inci spațiu pe toate părțile unității pentru fluxul de aer. Acești 6 inci s-ar putea să nu pară mare lucru, dar poate face diferența între o unitate care funcționează timp de 10 ani și una care moare în 2.
La sfârșitul zilei, căldura este cel mai mare inamic al variatoarelor de frecvență AC. Am văzut atât de mulți clienți care se zgâresc la răcire pentru a economisi câțiva dolari în avans, doar pentru a ajunge să plătească pentru o nouă unitate și timp de nefuncționare pe linie. Dacă sunteți în căutarea unui nou schimbător de frecvență AC sau aveți nevoie de ajutor pentru a identifica nevoile dvs. de disipare a căldurii, contactați echipa noastră pentru a discuta despre proiectul dvs. - fără argumente de vânzare, doar sfaturi directe bazate pe ani de lucru cu echipamente ca ale dvs. Nu lăsați gestionarea proastă a căldurii să vă deraieze operațiunile; hai să facem bine prima dată.
REFERINȚE
- Acționări cu motor: înțelegerea elementelor fundamentale ale acționărilor cu frecvență variabilă CA, National Electrical Manufacturers Association (NEMA)
- Ghid de disipare a căldurii pentru convertizoarele de frecvență variabilă industriale, Standardul 61800-5-1 al Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC)
- Ghid de aplicare a VFD cu motoare mici, Asociația de control și motor industrial (IMCA)