اگر کسب‌وکاری را اداره می‌کنید که به تعویض‌کننده‌های فرکانس AC (که درایوهای فرکانس متغیر یا به اختصار VFD نیز نامیده می‌شود) متکی است، احتمالاً در مقطعی با سردرد ناشی از گرم شدن بیش از حد تجهیزات دست و پنجه نرم کرده‌اید. من بیش از 10 سال است که تعویض کننده های فرکانس AC را برای کارخانه ها، مغازه های تولیدی کوچک و حتی مراکز تجاری تامین می کنم، و یکی از رایج ترین سوالاتی که از مشتریان می پرسم این است: "در واقع چقدر خنک کننده برای این چیز نیاز دارم؟" این فقط یک سوال دور ریختنی نیست - از اتلاف گرمای مناسب چشم پوشی کنید، و شما به خرابی های زودرس قطعه، خرابی های برنامه ریزی نشده و هزینه تعمیر بسیار بزرگتر نسبت به زمانی که برای خنک کردن از قبل برنامه ریزی کرده بودید، نگاه می کنید. بیایید این را با عبارات ساده، بدون اضافه بار اصطلاحات تخصصی مهندسی، تجزیه و تحلیل کنیم، و آنچه را که من از کار با هر نوع کاربرد موتوری در آنجا آموخته‌ام، مرتبط کنیم.
ابتدا، بیایید با اصول اولیه شروع کنیم: تغییر دهنده فرکانس AC چیست و چرا در وهله اول گرما تولید می کند؟ اگر در این کار تازه کار هستید، یک تعویض کننده فرکانس AC سرعت موتور الکتریکی را با تغییر فرکانس و ولتاژ برقی که به آن می رود، تنظیم می کند. این بسیار کارآمدتر از کارکردن یک موتور با سرعت کامل برای کارهایی است که به آن نیازی ندارند - مانند تسمه نقاله که برای بارهای سبک فقط به نیم سرعت نیاز دارد، یا فن که در روزهای ملایم سرعتش کاهش می یابد. اما نکته اینجاست: هیچ دستگاه الکتریکی 100% کارآمد نیست. حتی بهترین تعویض کننده های فرکانس AC حدود 2 تا 5 درصد توانی را که به عنوان گرما می کشند از دست می دهند. برای شرایط، اگر یک موتور 10 اسب بخاری (HP) دارید که با سرعت کامل کار می کند، تغییر دهنده فرکانس حدود 7457 وات قدرت (از 1 اسب بخار = 745.7 وات) می کشد و تقریباً 150-370 وات را به عنوان گرما هدر می دهد. اگر آن را تا یک سیستم 100 اسب بخار افزایش دهید، 1500-3700 وات گرما فقط از خود درایو است. ضرب در چند ساعت در روز درایو کار می کند، و گرما به سرعت افزایش می یابد.
به همین دلیل است که نیاز به اتلاف گرما به درستی به معنای «خنک نگه داشتن درایو» نیست، بلکه حفاظت از کل سیستم است. قبلاً مشتریانی را دیده‌ام که در اینجا کوتاه آمده‌اند: نانوایی کوچکی که چند سال پیش با آن کار می‌کردم، یک VFD ارزان قیمت را روی خمیر همزن خود نصب کرد، آن را در یک کمد الکتریکی تنگ و بدون تهویه اضافی قرار داد و در عرض 6 ماه، IGBT (ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق، جزء اصلی برق) درایو به دلیل گرمای بیش از حد سرخ شد. آنها در نهایت مجبور شدند نه تنها درایو، بلکه موتور میکسر را نیز تعویض کنند، که هزینه آن بسیار بیشتر از این بود که هنگام نصب یک فن کوچک یا هیت سینک به کمد اضافه کنند.
حال، چگونه اتلاف گرمای دقیق مورد نیاز برای تعویض کننده فرکانس AC خاص خود را محاسبه می کنید؟ این یک عدد برای همه نیست، به همین دلیل است که من همیشه به مشتریان می‌گویم که با دو عامل کلیدی شروع کنند: رتبه قدرت درایو و کارایی عملکرد آن. اکثر تعویض کننده های فرکانس AC مدرن دارای رتبه بازدهی بین 95 تا 98 درصد هستند، بنابراین فرمول اتلاف حرارت بسیار ساده است: اتلاف حرارت = (قدرت ورودی درایو) x (1 - کارایی). بیایید با یک مثال واقعی از آن عبور کنیم. فرض کنید یک تعویض کننده فرکانس متناوب 5 اسب بخاری دارید که یک پمپ را تغذیه می کند (می توانید مدل متمرکز موتور کوچک ما را در /vector-frequency-converter/economic-frequency-converter/vfd-for-small-motors.html برای مرجع در مورد واحدهای کم مصرف بررسی کنید). توان ورودی برای یک درایو 5 اسب بخاری حدود 3728 وات است. اگر 96٪ کارایی داشته باشد، به این معنی است که 4٪ از آن توان را به عنوان گرما از دست می دهد: 3728 x 0.04 = ~ 149 وات. این مقدار گرمایی است که خود درایو خارج می کند. اما صبر کنید - کار ما تمام نشده است. همچنین باید گرمای موتور و سایر اجزای الکتریکی مجاور در همان محفظه را در نظر بگیرید. برای مثال، یک موتور القایی 5 اسب بخاری، حدود 1 تا 3 درصد از توان خود را به عنوان گرما در هنگام کار در بار کامل از دست می دهد، بنابراین 37 تا 111 وات دیگر را به آن اضافه کنید، به علاوه گرمای حاصل از سیم کشی یا سایر کنترل ها در کمد. در مجموع، مجموع گرمای دفع شده شما برای آن سیستم کوچک حدود 200-260 وات است.
برای سیستم‌های بزرگتر - مثلاً یک تغییر فرکانس AC 100 اسب بخار که یک سیستم نوار نقاله را در یک انبار تغذیه می‌کند - ریاضیات تغییر می‌کند، اما منطق ثابت می‌ماند. یک درایو 100 اسب بخاری دارای توان ورودی ~74570 وات است. با راندمان 97 درصد، این تنها 2237 وات گرما از درایو است. اتلاف حرارت 745 تا 2237 وات موتور 100 اسب بخار را به آن اضافه کنید، و در مجموع 3000 وات وات را برای دفع می بینید. این عدد بزرگی است، به همین دلیل است که درایوهای بزرگ معمولاً به جای یک فن جعبه ای در یک اتاق، به خنک کننده اختصاصی نیاز دارند.
اما اشتباهی که بسیاری از افراد مرتکب می شوند این است: آنها از قدرت نامی درایو با سرعت کامل برای محاسبه اتلاف گرما استفاده می کنند، اما اکثر برنامه ها 100٪ مواقع با سرعت کامل اجرا نمی شوند. اگر VFD شما فقط با سرعت 50 درصد کار می کند، راندمان آن اندکی افزایش می یابد (به حدود 97-98٪)، و قدرت ورودی آن کاهش می یابد، بنابراین تلفات گرما نیز کاهش می یابد. به عنوان مثال، اگر درایو 5 HP با سرعت 50٪ کار کند، توان ورودی آن ~1864 وات است، بازده آن 97٪ است، بنابراین اتلاف حرارت فقط ~56 وات است. به همین دلیل است که من همیشه به مشتریان می‌گویم که هنگام تعیین نیازهای خنک‌کننده، از میانگین بار عملیاتی واقعی خود استفاده کنند، نه حداکثر امتیاز. بزرگ کردن سیستم خنک‌کننده آسان است، اما انرژی و پول را هدر می‌دهد - آن را کمتر می‌کند، و شما همان مسائل گرمای بیش از حد را که قبلاً در مورد آن صحبت کردیم، دریافت می‌کنید.
در مرحله بعد، بیایید در مورد روش های مختلف برای دفع گرما صحبت کنیم، زیرا روشی که استفاده می کنید به تنظیمات شما بستگی دارد. اساسی ترین آنها خنک کننده غیرفعال است: یک هیت سینک متصل به اجزای داخلی درایو، که اجازه می دهد گرما به هوای اطراف تابش کند. این برای درایوهای کوچک و کم مصرف (کمتر از 5 اسب بخار) که در فضاهای باز و دارای تهویه مناسب نصب می شوند، عالی عمل می کند. اما اگر یک درایو موتور کوچک دارید که در یک صفحه کنترل محکم با تجهیزات دیگر قرار گرفته است، خنک کننده غیرفعال کافی نیست. اینجاست که هوای اجباری خنک‌کننده وارد می‌شود: یک فن کوچک نصب شده روی درایو یا نزدیک آن که هوای خنک را روی هیت سینک می‌دمد یا هوای گرم را از محفظه بیرون می‌کشد. برای درایوهای با اندازه متوسط (5-50 اسب بخار)، هوای اجباری گزینه ای است که به آن پیشنهاد می شود - مقرون به صرفه است، نصب آن آسان است و برای اکثر تنظیمات تجاری و صنعتی سبک کار می کند.
برای درایوهای بزرگتر (بیش از 50 اسب بخار)، یا درایوهای نصب شده در فضاهای بسته با دمای محیط بالا (مانند یک اتاق کوره یا یک انبار در آریزونا در تابستان)، به خنک کننده مایع نیاز دارید. این از یک حلقه خنک کننده برای بیرون کشیدن گرما از اجزای داخلی درایو استفاده می کند، سپس خنک کننده را از طریق مبدل حرارتی عبور می دهد تا گرما را به هوای بیرون آزاد کند. خنک‌کننده مایع از قبل گران‌تر است، اما برای سیستم‌های پرقدرت بسیار کارآمدتر است و هر چقدر هم که بیرون گرم باشد، درایو را در دمای ثابت نگه می‌دارد. من مشتریانی با درایوهای 100+ HP در انبارهای بدون تهویه دیده‌ام که با تغییر از هوای اجباری به خنک‌کننده مایع، هزاران نفر در هزینه‌های تعمیر صرفه‌جویی می‌کنند.
نکته دیگری که باید در نظر گرفت دمای محیط است. اگر میانگین دمای اتاق کنترل شما 10 درجه فارنهایت بالاتر از حد استاندارد باشد (77 درجه فارنهایت یا 25 درجه سانتیگراد که استاندارد صنعتی برای عملکرد درایو است)، نیاز به اتلاف گرما دو برابر می شود. اگر فضای شما در بیشتر سال گرم است، برای جبران آن به ظرفیت خنک کننده اضافی نیاز دارید. برای مثال، اگر در کارخانه‌ای هستید که دمای اتاق‌های کنترل در طول سال در حدود 90 درجه فارنهایت (32 درجه سانتیگراد) است، آن درایو 5 اسب بخاری که قبلاً ذکر کردم که تنها به 150 وات اتلاف حرارت در دمای 77 درجه فارنهایت نیاز داشت، اکنون به حدود 200 وات خنک‌کننده نیاز دارد. تنظیمات کوچکی از این دست اضافه می شود، به خصوص برای سیستم هایی که 24/7 کار می کنند.
اکنون، بیایید به این موضوع برگردیم که چرا این موضوع برای شما به عنوان یک خریدار اهمیت دارد. چه در حال تعویض یک تعویض کننده فرکانس متناوب AC قدیمی باشید یا یک دستگاه جدید، دریافت صحیح اتلاف گرما عمر درایو شما را افزایش می دهد و از خرابی برنامه ریزی نشده جلوگیری می کند. من همیشه به مشتریان می گویم که قبل از نهایی کردن راه اندازی سه سوال از خود بپرسند: 1) مجموع گرمای خروجی از درایو، موتور و سایر اجزای موجود در همان محفظه چقدر است؟ 2) دمای محیطی که درایو نصب می شود چقدر است؟ 3) درایو چند بار در بار کامل در مقابل بار جزئی کار می کند؟ اگر بتوانید به آنها پاسخ دهید، دقیقاً می دانید که به چه خنک کننده ای نیاز دارید.
و اگر مطمئن نیستید از کجا شروع کنید، من برای همین اینجا هستم. من با هر نوع برنامه ای کار کرده ام، از میکسرهای نانوایی کوچک گرفته تا سیستم های نوار نقاله 200 اسب بخاری، و می توانم به شما کمک کنم درایو خود را اندازه بگیرید و نیازهای خنک کننده خود را بدون دردسر محاسبه کنید. تیم ما در تعویض‌کننده‌های فرکانس AC برای همه اندازه‌های موتور، از جمله واحدهای متمرکز بر موتور کوچک که در /vector-frequency-converter/economic-frequency-converter/ac-frequency-changer.html مرتبط هستند، متخصص هستند، بنابراین می‌دانید که درایوی ساخته شده برای کنترل شرایط گرما در دنیای واقعی را دریافت می‌کنید.
صبر کنید، یک یادداشت سریع برای جلوگیری از یک اشتباه رایج دیگر: فراموش نکنید که فضای اطراف درایو را در نظر بگیرید. حتی اگر مقدار مناسبی از خنک کننده را داشته باشید، اگر VFD شما در یک صفحه بدون فضایی برای گردش هوا قرار گیرد، گرما ایجاد می شود. من معمولاً توصیه می کنم حداقل 6 اینچ فضا را در همه طرف ها برای جریان هوا بگذارید. این 6 اینچ ممکن است چندان مهم به نظر نرسد، اما می‌تواند بین درایوی که 10 سال کار می‌کند و درایوی که در عرض 2 می‌میرد تفاوت ایجاد کند.
در پایان روز، گرما بزرگترین دشمن تعویض کننده های فرکانس AC است. بسیاری از مشتریان را دیده‌ام که برای صرفه‌جویی در هزینه‌های خنک‌کننده صرفه‌جویی می‌کنند، اما در نهایت هزینه یک درایو جدید و زمان توقف را پرداخت می‌کنند. اگر به دنبال یک تعویض کننده فرکانس AC جدید هستید یا به کمک نیاز دارید تا نیازهای اتلاف گرمای خود را مشخص کنید، با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد پروژه خود صحبت کنید—بدون فروش، فقط مشاوره مستقیم بر اساس سال ها کار با تجهیزاتی مانند تجهیزات شما. اجازه ندهید مدیریت ضعیف گرما، عملیات شما را از مسیر خارج کند. بیایید بار اول درستش کنیم
مراجع
- درایوهای موتور: درک اصول درایو فرکانس متغیر AC، انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA)
- دستورالعمل های اتلاف حرارت برای درایوهای فرکانس متغیر صنعتی، استاندارد کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) 61800-5-1
- راهنمای کاربرد VFD موتورهای کوچک، انجمن موتور و کنترل صنعتی (IMCA)