Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет тепловыделения от тока

Русские Блоги

Точный метод расчета тепловыделения оборудования в помещении дата-центра

Предисловие:

Поскольку это электронное устройство, оно будет выделять тепло во время своей работы. Практически вся энергия источника переменного тока преобразуется в тепло в оборудовании для обработки информации в компьютерном зале центра обработки данных. Другими словами, тепловыделение можно рассчитать по потребляемой мощности оборудования. Чтобы предотвратить повышение температуры оборудования до неприемлемого уровня, тепло должно рассеиваться, иначе накопление тепла вызовет сбои в работе.Чтобы выбрать подходящую систему вентиляции или охлаждения, вам сначала необходимо знать тепловыделение и пространство для рассеивания тепла в оборудовании.

Источники явного тепла в компьютерном зале: тепло солнечного излучения, поступающее в комнату через внешнее окно, тепло, передаваемое в комнату через конструкцию ограждения, отвод тепла от оборудования, отвод тепла человеческого тела, рассеивание тепла от освещения и рассеивание тепла свежим воздухом.

Источник скрытого тепла в компьютерном зале: количество тепла, рассеиваемое человеческим телом, проникновение воздуха и теплоотдача свежего воздуха. Тепло в человеческом теле передается через кожу и органы дыхания. Это тепло содержит водяной пар, и его тепловая нагрузка должна быть ощутимой и Сумма скрытой тепловой нагрузки, тепла, излучаемого человеческим телом, зависит от условий работы. Персонал в компьютерном зале может справиться с легкой физической работой. Когда комнатная температура составляет 24 ℃, тепловая нагрузка составляет 56 ккал, а скрытая тепловая нагрузка — 46 ккал; при комнатной температуре 21 ℃ нагрузка явного тепла составляет 65 ккал, а скрытая тепловая нагрузка составляет 37 ккал. В обоих случаях общая тепловая нагрузка составляет 102 кал.

Шаги расчета: сначала соберите необходимую информацию в списке «требуемых данных». Затем рассчитайте теплотворную способность в соответствии с приведенным ниже определением данных и внесите результат в список «Сводная информация о категории теплотворной способности». Добавьте каждую категорию и итоговый элемент, чтобы получить общую теплотворную способность.

Определение данных: общая мощность нагрузки ИТ-оборудования (Вт) — сумма входной мощности всего ИТ-оборудования, номинальная мощность энергосистемы — номинальная мощность системы ИБП. Если используется резервная система, не включайте питание резервного ИБП.

В соответствии с различными свойствами, приток тепла делится на явное тепло и скрытое тепло, а явное тепло включает конвективное тепло и лучистое тепло. Энергию, передаваемую компьютерным оборудованием или другим ИТ-оборудованием по линиям передачи данных, можно не учитывать. Следовательно, сеть переменного тока Потребляемая энергия в основном преобразуется в тепло. Таким образом, теплотворная способность ИТ-оборудования может быть просто равна потребляемой мощности оборудования (все в ваттах).

(1) Тепловая нагрузка от вентиляции и проникновения извне

Чтобы обеспечить постоянную подачу свежего воздуха для персонала в компьютерном зале и использовать вентиляцию для поддержания положительного давления в компьютерном зале, необходимо направить наружный свежий воздух в компьютерный зал через выпускное отверстие для свежего воздуха оборудования кондиционирования воздуха, что также станет тепловой нагрузкой. Количество наружного воздуха, проникающего через двери, оконные проемы и переключатели, зависит от степени герметичности дома, количества входящих и выходящих людей и скорости ветра снаружи. Такая тепловая нагрузка обычно очень мала, при необходимости ее можно разделить на коэффициент воздухообмена помещения для определения тепловой нагрузки.

(2) Теплопроводность конструкции корпуса

Теплопроводность, поступающая в компьютерный зал через ограждающую конструкцию, такую ​​как крышу, стену, перегородку и т. Д. Компьютерного зала, является величиной, связанной с сезоном, временем, географическим положением и углом наклона солнца. Поэтому точно получить такое количество очень сложно. Когда температура воздуха в помещении и снаружи поддерживается на определенном стабильном уровне, тепло, передаваемое от плоской стены в компьютерный зал, можно рассчитать следующим образом:

Q = KF (t1-t2) ккал / ч, где,

K: теплопроводность конструкции шкафа (ккал / м2ч ℃);

F: Площадь конструкции оболочки (м2);

t1: температура в компьютерном зале (℃);

t2: Расчетная температура за пределами компьютерного зала (℃). Чтобы

При расчете ограждающих конструкций, не находящихся в прямом контакте с наружным воздухом, таких как перегородки, разницу температур между расчетами внутри и снаружи помещения следует умножить на поправочный коэффициент, который обычно составляет от 0,4 до 0,7.

Теплопроводность обычно используемых материалов показана в следующей таблице: Теплопроводность материала (ккал / м2ч ℃) Теплопроводность материала (ккал / м2ч ℃)

Обычный бетон 1,4 ~ 1,5, гипсокартон 0,2, легкий бетон 0,5 ~ 0,7, асбестоцементная плита 1, раствор 1,3, мягкая древесноволокнистая плита 0,15, гипс 0,5, стекловолокно 0,03, кирпич 1,1, стальной оцинкованный лист 38, стекло 0,7, алюминиевая пластина 180 , Дерево 0,1

(3) Солнечное лучистое тепло, проникающее через стекло

Когда стекло облучается солнечным светом, часть его отражается, а часть поглощается стеклом, а остальная часть попадает в компьютерный зал через стекло и преобразуется в тепло. Тепло, поглощаемое стеклом, увеличивает температуру стекла, и часть его попадает в машинный зал посредством конвекции и становится тепловой нагрузкой. Чтобы

Тепло, поступающее в комнату через стекло, можно рассчитать следующим образом: Q = KFq (ккал / ч)

В формуле K: коэффициент проникновения солнечного лучистого тепла;

F: площадь стеклянного окна (м2);

q: Интенсивность солнечного лучистого тепла, проникающего через стеклянное окно (ккал / м2ч).

Коэффициент проницаемости K зависит от типа окна, обычно 0,36 ~ 0,4. Чтобы

Читайте так же:
При равномерно возрастающей силе тока выделилось количество теплоты

Интенсивность солнечного лучистого тепла q изменяется в зависимости от широты, сезона и времени, а также в зависимости от угла наклона солнца. Пожалуйста, обратитесь к местным метеорологическим данным для получения конкретных значений.

(4) Тепловая мощность ИБП рассчитывается по следующей формуле:

Производство тепла (БТЕ / час) = мощность нагрузки (Вт) x коэффициент полезной мощности (проверено по таблице 1) x 3,41 (постоянная преобразования БТЕ) Примечание: когда ИБП работает в режиме разряда батареи или заряжает батарею, его тепловыделение Увеличится, но это нормально. Выходная мощность ИБП не требует особого внимания и не требует расчета в расчетной мощности вентиляционной системы охлаждения.

(5) Формула расчета тепловыделения технологического оборудования:

Q ——— Полное тепловыделение технологического оборудования

n1 ——— коэффициент использования холостого хода двигателя (коэффициент установки), то есть отношение максимальной фактической потребляемой мощности к установленной мощности, которое отражает степень использования гостевой мощности N, обычно 0,7

n2 ——— коэффициент одновременного использования, то есть отношение установленной мощности, используемой двигателем в помещении, к общей установленной мощности, которая определяется в зависимости от использования оборудования в процессе, обычно 0,5

n3 ——— Коэффициент нагрузки, отношение средней фактической потребляемой мощности в час к расчетной максимальной фактической потребляемой мощности, которая отражает степень, в которой средняя нагрузка достигает нового уровня максимальной нагрузки, обычно около 0,5;

n4 ——— Учитывая коэффициент теплоотдачи отработанного воздуха, обычно приемлемо 0,5;

S ——— Коэффициент накопления тепла, то есть отношение максимальной мгновенной нагрузки для отвода тепла двигателя к фактической потребляемой мощности в час, 0,95 для трехсменной работы, 0,9 для двухсменной работы и 0,9 для односменной работы. 0,80;

N ——— Номинальная мощность двигателя (установочная мощность);

η ——— КПД двигателя (обычно 85);

Итак, теперь я хотел бы спросить: если есть чистое помещение без отработанного воздуха, две смены, в помещении одновременно работают два технологического оборудования, мощность установки (Н) каждого оборудования составляет 6кВт, n1 (0,7

0,9 ) Берём 0,8, n2 (0,5

0,8) берем 1 (потому что он работает одновременно), n3 берем 0,5, n4 берем 1 (потому что выхлопа нет), S берем 0,9. Тогда общее тепловыделение этого технологического оборудования для чистой комнаты должно быть:

(6) Прочие тепловые нагрузки

В машинном отделении, помимо вышеупомянутой тепловой нагрузки, использование во время работы лоскутных одеял, электрических паяльников, пылесосов и т. Д. Становится тепловой нагрузкой. Поскольку энергопотребление этих устройств, как правило, невелико, его можно приблизительно рассчитать как произведение номинальной потребляемой мощности на тепловой эквивалент работы. Кроме того, в компьютерном зале используется большое количество кабелей передачи, которые также являются нагревательными элементами. Расчет выглядит следующим образом:

Q = 860Pl (ккал / ч) где,

860: тепловой эквивалент работы (ккал1 / ч);

P: потребляемая мощность на метр кабеля (Вт);

l: длина кабеля (м). Чтобы

Короче говоря, тепловая нагрузка машинного зала должна определяться суммой указанных выше тепловых нагрузок a-h.

Пример расчета тепловыделения ЦОД или сетевого помещения

Дата-центр имеет площадь 465 квадратных метров, номинальную мощность 250кВт, в нем 150 стоек и максимум 20 человек. В этом примере обычно предполагается, что мощность нагрузки центра обработки данных составляет 30% от номинальной мощности, то есть 75 кВт. В вышеуказанных условиях общая тепловая мощность центра обработки данных составляет 108 кВт, что примерно в 1,5 раза превышает нагрузку на ИТ-оборудование.

В этом примере процентная доля каждого элемента в центре обработки данных в общем тепловыделении. Обратите внимание, что, поскольку мощность системы составляет только 30% от номинальной мощности, процент общего тепла, выделяемого ИБП и системой распределения электроэнергии По оценкам, выше фактической стоимости. Если система работает с полной нагрузкой, эффективность энергосистемы возрастет, а ее доля в общем количестве тепла системы уменьшится. Если вы перепланируете систему, вы заплатите высокую цену за значительное снижение эффективности.

Сосредоточьтесь на эксплуатации и обслуживании инфраструктуры центра обработки данных и управлении эксплуатацией, делитесь опытом эксплуатации и обслуживания, а также делитесь тенденциями развития индустрии центров обработки данных и новыми технологическими приложениями.

Добавить группу WeChat: suifengerqu-2013

Группа обмена QQ: 108888484

Электронная почта для участия: [email protected]

Управление эксплуатацией и обслуживанием ЦОД

ID:wj-yunwei


▲ Нажмите и удерживайте QR-код, чтобы «идентифицировать» и следуйте

3.5. Расчёт номинального тока¶

Для того, чтобы шаговый двигатель выдавал максимальный вращающий момент, но при этом не перегревался, важно правильно задать такую техническую характеристику, как номинальный ток.

Чем больше ток в обмотке двигателя, тем больше вращающий момент на оси. Важно помнить, что с увеличением протекающего через обмотки тока, выделяемая тепловая мощность двигателя увеличивается. Чтобы двигатель мог работать длительное время, выделяемая тепловая мощность (Закон Джоуля — Ленца) должна быть меньше мощности рассеяния. Мощность рассеяния можно рассчитать исходя из документации на двигатель.

3.5.1. Расчеты на базе параметров униполярного полношагового режима¶

Мощность рассеяния равна

где (R_u) — сопротивление обмотки в униполярном режиме, (I_u) — ток через одну обмотку в униполярном режиме, (n) — колличество одновременно работающих обмоток.

Рассмотрим для примера ST2818M1006. Таблица в документации показывает, что в полношаговом режиме одновременно работает две обмотки (n = 2) в униполярном режиме, т.е. (P = 2 R_u I_u^2) . Контроллеры моторов поддерживают только биполярный режим управления. Чтобы перейти от униполярного в биполярный режим, соединим обмотки каждой фазы последовательно, сопротивление возрастёт, (R_b = 2 R_u) , где (R_b) — сопротивление последовательно соединенных обмоток для биполярного режима управления.

Читайте так же:
Законы ома тепловое действие тока

Алгоритм управления в контроллерах моторов работает в микрошаговом режиме и поддерживает ток так, что в одной обмотке ток меняется по функции (I_a sin(phi)) , в другой обмотке ток меняется по функции (I_a cos(phi)) , где (I_a) — амплитуда тока. Тепловая мощность, выделяемая двумя обмотками в любой момент времени

Получим уравнение, приравняв мощности, из которого найдём, что (I_a = I_u) .

3.5.2. Расчеты на базе параметров биполярного полношагового режима¶

Мощность рассеяния равна (P = n cdot R_b I_b^2) , где (R_b) — сопротивление обмотки в биполярном режиме, (I_b) — ток через одну обмотку в биполярном режиме, n — колличество одновременно работающих обмоток.

Рассмотрим для примера ST2018S0604. Таблица в документации показывает, что в полношаговом режиме одновременно работает две обмотки (n = 2) в биполярном режиме, т.е. (P = 2 R_b I_b^2) .

Тепловая мощность, выделяемая на обмотках двигателя, управляемого контроллерами моторов, по-прежнему

Получим уравнение, приравняв мощности (2 R_b I_b^2 = R_b I_a^2) . Найдем, что (I_a = sqrt <2>cdot I_b) .

3.5.3. Связь со среднеквадратичным током¶

Переменный ток в каждой обмотке двигателя может характеризоваться своим среднеквадратичным значением за период

Тепловое выделение одной обмотки связано со среднеквадратичным током через неё (P_1 = R_b I_^2) . Обе обмотки идентичны (P_1 = P_2) . Общая тепловая мощность двигателя под управлением контроллера моторов (P = P_1 + P_2 = 2 R_b I_^2) .

Из вышеописанного следует, что (I_ = frac>) , а также (I_ = I_b) .

3.5.4. Амплитудный и номинальный ток для BLDC¶

Номинальный ток двигателя рассчитывается из максимально допустимого тепловыделения. Номинальный ток, написанный в документации, рассчитан из ограничения на мощность, выделяемую при подключении источника питания к двум обмоткам.

Запишем формулу для мощности при таком подключении:

Формула для мощности, выделяемой обмотками для синусоидального управления:

Номинальный ток двигателя рассчитывается, исходя из ограничения на мощность. Приравняем правые части формул:

Это означает: если в документации на Ваш двигатель сказано, что номинальный ток равен, например, 0.88А, то в контроллер можно записать значение:

3.5.5. Настройка номинального тока¶

Контроллеры моторов способны принимать значение номинального тока в виде амплитуды тока (I_a) или в виде среднеквадратичного значения (I_) . Выбор того, каким способом интерпретировать входное значение номинального тока, определяется отсутствием/наличием соответственно флага ENGINE_CURRENT_AS_RMS в поле EngineFlags структуры engine_settings . При настройке номинального тока в XILab следует правильно указывать способ интерпретации тока. Контроллеры моторов в этом случае будут обеспечивать максимальный допустимый момент, не перегревая двигатель.

Этот же флаг определяет смысл значения тока BLDC.

Как и для шагового двигателя, в XiLab есть специальная галочка, которая определяет, как трактовать введённое в поле Nominal current значение. Если галочка «Amplitude current» отмечена, введённое значение тока будет амплитудным: максимальная амплитуда синуса будет всегда меньше этого значения.т Если галочка «Amplitude current» снята, ведённое значение будет пересчитано по формуле (3) и амплитуда тока будет ограничена уже этим пересчитанным значением

Для всех моторизованных позиционеров Standa подготовленные конфигурационные файлы содержат номинальный ток, заданный среднеквадратичным значением. Соответсвующий флаг установлен. Таким образом, двигатели работают на оптимальных параметрах.

Расчет тепловыделения MOSFET-а и подбор подходящего радиатора охлаждения

Часть 1: Расчет тепловыделения и радиатора при постоянном токе

Сначала простой случай, расчет радиатора по данным тепловыделения при постоянном токе.

Для примера рассмотрим расчет радиатора для MOSFET-а IRLR024N

В этом примере предполагается, что MOSFET включается и долгое время находится в полностью открытом состоянии. Например, переключение производится не чаще чем с частотой 1 Гц.

В даташите нас интересуют параметры теплового сопротивления Junction-to-Case (сопротивление переход-корпус), Junctione-to-Ambient (PCB mount) (переход-окружающая среда при монтаже на 1кв.дюйм медной заливки на плате), Junction-to-Ambient (корпус-окружающая среда).

RθJC = 3.3 К/Вт
RθJApcb= 50 К/Вт
RθJA = 110 К/Вт

(Кельвины и Цельсии не играет роли, так как речь о разницах).

Цифра 110 К/Вт означает, то при выделяемой мощности 1Вт разница температур между внешней средой и переходом будет 110 градусов. Например, если границе корпус-воздух будет 40 градусов, то это значит, что переход внутри транзистора имеет температуру 40+110=150 градусов. Если выделяется 2Вт, то внутри будет 40+110*2=260 градусов.

Предположим, что напряжение на затворе будет 3.3В. А ток будет 3А. Из графика «Typical Transfer Characteristics» находим, что при напряжении 3.5В ток составляет 8А. Т.е. сопротивление составляет 0,4375 Ом. При этом смотрим на график «Normalized On-Resistance Vs. Temperature» и видим, что при 90 градусах сопротивление растет в 1.5 раза.

Допускаем по дизайну нагрев до 90 градусов, а сопротивление считаем 0.4375*1.5= 0,6563 Ом.

Получаем, что рассеиваться на транзисторе будет P=I^2*R=3*3*0,6563=5,9067 = 6 Вт.

Предполагается, что транзистор будет работать в окружении, где температура воздуха будет до 30 градусов (что очень оптимистично, так как он греет воздух вокруг себя).

Итак, запас по температуре составляет 90-30=60 градусов. Получается что максимальное общее теплового сопротивления равно (90-30)/6Вт=10 К/Вт

Читайте так же:
Розетка для теплого пола сенсорная

При этом сопротивление переход-корпус уже съело 3.3 К/Вт. У нас остается 8.3 К/Вт.

Монтаж радиатора будет производится на силиконовый клей. Предположим, что наш клей — HC910. Проводимость его 1.7 Вт/м*К.

У нас площадь приклеивания будет 0.25д*0.24д=0.01м*0.009м=0,0000054 кв.м.

Толщина слоя нанесения 0.0001м (0.1 мм). Эта оценка подтверждена документацией на подобные клеи.

Тепловое сопротивление слоя клея равно = толщина/(площадь*проводимость)=0,53 К/Вт

Остается 7.77 К/Вт на сам радиатор. Выбираем в магазине каком-нибудь.

И это будет довольно крупный радиатор. Примерно 10х10х5 см за нормальные деньги.

Теперь решим вопрос, а какой допустимый ток, при котором можно обойтись без радиатора вообще.

Возьмем вариант, когда транзистор припаян к площадке на плате площадью 1кв. дюйм. RθJApcb= 50 К/Вт. Предположим, что все устройство работает в коробочке и воздух в ней, за счет других компонентов и этого MOSFET-а, может нагреваться до 50 градусов. Предел нагрева для выбранного транзистора 175 градусов. Но мы возьмем максимум 125. Тогда максимальная допустимая мощность будет (125К-50К) / 50К/Вт= 1,5 Вт.

Если же он не припаян к площадке, то RθJA = 110 К/Вт, и получаем максимальную мощность (125К-50К) / 110К/Вт= 0,6 Вт.

Расчет по корпусу приведенный здесь более реалистичный, чем с радиатором. Однако, если устройство должно работать в различных условиях, то требуется внесение понижающего коэффициента для высот. Например, для высоты 2000м коэффициент 0.8 (т.е. не 0.6Вт, а 0,5Вт) для высоты 3500м – 0.75.

При 125 градусах Rds(on) будет составлять 1.75 * Rds(on) при 20 градусах, т.е. 0,4375 * 1,75=0,765625 Ом. P=I^2*R => I=SQRT(P/R)

Получаем, что при припайке на площадку на плате максимальный ток будет Imax=корень(1.5/0.765625)=1.4A Без площадки Imax=корень(0,6/0,765625)=0,9A

Часть 2: Расчет тепловыделения MOSFET при ШИМ

Теперь рассчитаем рассеиваемую мощность в случае использования ШИМ. Пусть сигнал ШИМ на затвор поступаем напрямую с микроконтроллера. Максимальный ток 25мА. Во время ШИМ есть 4 фазы: открытие затвора, высокий уровень, закрытие затвора, низкий уровень. Выделение тепла идет во всех фазах, кроме низкого уровня. Во время высокого уровня мощность равна U*I, как обычно. Мощность в фазе открытия затвора зависит от времени открытия, которое зависит от емкости затвора и тока драйвера. Пусть в нашем примере частота пусть будет 240Гц. Коэф. заполнения: 0.5. Ток 3А. Пусть это будет управление светодиодами, транзистор включен со стороны общего провода. Напряжение питания 5В.

Рассчитать теоретически точно потери по всех фазах довольно сложная задача, так как параметры и результаты расчет зависят друг от друга и есть процессы происходящие в подложке. Но на практике такая точность и верность теории не требуется. Есть приблизительные оценки потерь в фазах открытия и закрытия, которые дают практические цифры, которые можно использоваться при вычислении тепловыделения. Для расчета эффективности (КПД) этот метод не годится.

Потери в фазе высокого уровня (фазе полного открытия) мы считали в первой части и там нет ничего сложного. Для закрытия и открытия оказывается важным вид нагрузки: резистивная или индуктивная.

Потери при переключении возникают из-за того, что в процессе переключения через транзистор проходит большой ток при большом напряжении. Можно взять идеализированную форму этого процесса и рассчитать потери с приемлемой точностью для практического расчета тепловыделения.

Для резистивной нагрузки
Psw=1/2 * Fs *Vds*Id*tsw

Для индуктивной
Psw=1/6 * Fs *Vds*Id*tsw

Где
Fs- частота
Vds – напряжение сток-исток (в закрытом состоянии)
Id- ток проходящий через транзистор (в открытом состоянии)
tsw — время переключения

Время переключения в первом приближении можно рассчитать по графику зависимости зарядка на затворе от напряжения затвор-исток.

При напряжении 3.3В по графику заряд будет не более 4nC
tsw= ЗарядЗатвора/ТокДрайвера =4nC/0.025A=160.4ns
Считаем процессы закрытия и открытия симметричными. Тогда итоговые потери переключения, например, для резистивной нагрузки:

Psw=1/2 * Fs * Vds * Id *tsw= 1/2 * 240* 20*3*160ns=1 мВт

Время во включенном состоянии намного больше времени переключения, поэтому время переключения игнорируем (для больших частот это не так). Тогда потери в проводящей фазе равны D*I^2* Rds(on), где D – коэф. заполнения
Pcond=0.5*3*3* 0,6563 = 2,95 Вт

Видно, что потери на переключение пренебрежительно малы в сравнении с потерями в открытой фазе.

Еще существуют потери связанные с паразитной емкостью сток-исток.
Psw2=Coss* Voff^2*fs
Где,
Coss – выходная емкость, 130pF, из даташита

Voff – напряжение сток-исток, когда mosfet выключен
, 5В Fs – частота переключения, 240 Гц
Рассчитаем
Psw2=(130*10-12)*5^2*240=0,78 мкВт

Т.е. на 3 порядка меньше основных потерь при переключении. А потери при переключении на 3 порядка меньше потерь проводимости.

Ради интереса рассчитаем потери при частоте 2МГц, D=0,8 и тоге 20 А.
Psw=10,6Вт
Pcond=210 Вт
Psw2=0.78мкВт

Видно , что даже при таких условиях потери на переключение на порядок меньше потерь проводимости. Т.е. когда вы будете искать радиатор на 210 Вт, дополнительные 10Вт просто попадут в инженерный запас, который вы обязательно должны сделать (около 20%).

Кроме этого рассчитывать надо крайний случай, которым является D=0.99, Pcond=260 Вт при этом Psw сохраняется прежним.

Из приведенных формул можно сделать интересные выводы:

  1. Чтобы сократить потери на переключение, надо сократить время переключения. Для этого надо иметь мощный драйвер, который может отдавать большой ток в затвор.
  2. Малый ток затвора ограничивает скорость переключения. В нашем примере время включения и выключения было в районе 160 нс. Т.е. даже если только открывать и закрывать затвор минимальный период будет равен 320нс, т.е. максимальная частота, с которой можно открывать и закрывать затвор током драйвера в 25мА составит примерно 3МГц.
  3. Вклад частоты в потери линейный, а общий вклад потерь при переключении не существенный.
  4. При частотах до 1МГц и при токах до 20А вклад потерь при переключении составляет 1-2% от общих потерь и может быть смело проигнорирован. В этом случае потери на mosfet-е можно просто считать как Iout^2*Rdn(on)*D
  5. Выходное сопротивление управляющего сигнала и емкость затвора представляющий собой ФНЧ с частотой 1/Rout*Cgs,где Cgs=Ciss-Crss, но из фактических значений для любого разумного случая это сотни мегагерц минимум.

Расчет тепловыделения от тока

есть Danfoss VLT101 75кВт и два дросселя входной 160А на и выходной моторный на 150А, овеновские.
все это будет нагружено на АД вентилятора с мощностью 55кВт.

как оценить мощность тепловыделения, чтоб посчитать необходимый расход вентиляции шкафа?
для ПЧ указывают кпд >98%, ну ок, 55кВт*2%=1,1кВт
а сколько тепла взять от дросселей?

есть Danfoss VLT101 75кВт и два дросселя входной 160А на и выходной моторный на 150А, овеновские.
все это будет нагружено на АД вентилятора с мощностью 55кВт.

как оценить мощность тепловыделения, чтоб посчитать необходимый расход вентиляции шкафа?
для ПЧ указывают кпд >98%, ну ок, 55кВт*2%=1,1кВт
а сколько тепла взять от дросселей?

Забыли дроссель звена постоянного тока.. Тоже, маманегорюй, по тепловыделению.

Из практики..
Ставили Фрэник Эко 90кВт, правда без моторного дросселя, в шкаф от ИЭКа — КСРМ 16.6.4.1-36 УХЛ3 IP31 в машинном зале водоканала.
Движок — 75кВт. Короче, на боковых стенках шкафа, в верхней части, по два вентилятора, на вытяжку, размер 120х120х38мм, типа таких, итого 4.
Лет десять — полет нормальный

Физику, математику и инженеру дали задание найти объём красного мячика.
Физик погрузил мяч в стакан с водой и измерилл объём вытесненной жидкости.
Математик измерил диаметр мяча и рассчитал тройной интеграл.
Инженер достал из стола свою «Таблицу объёмов красных резиновых мячиков» и нашёл нужное значение.

Информации действительно очень мало.
Исходя из индуктивности в 0,05мГ ее индуктивное сопротивление на частоте 50Гц будет 0,016ом.

Активное сопротивление при проводе диаметром 6мм (определено на глаз) будет на порядок меньше и им пренебрегаем — расчет все равно оценочный.
При токе 110А падение мощности на одной секции P=R*I^2=0.016*110*110=190W.
Округляем до 200, умножаем на 3 и имеем 600Вт.

С учетом того, что нас интересует максимальный параметр, высшие гармоники малы по амплитуде и не внесут особого вклада в тепловую составляющую, принимая нагрузку чисто активной можно ориентироваться именно на это значение.

С другой стороны, вспоминая совковую электропечку с открытой спиралью на 300Вт и примерно такими же габаритами, предполагаю, что греться он будет не меньше. Какую там тебе сказали максимальную температуру? (На сайте смотреть не буду — меня очень удручил их дед Мороз-акробат). Если это окажется сильно много, то все равно запас по вентиляции лишним не будет.

да с удовольствием! только, например, каким? данфоссом? вот только тоже как-то сходу такие документу не ищутся, если ткнёте носом — буду рад.

Информации действительно очень мало.
Исходя из индуктивности в 0,05мГ ее индуктивное сопротивление на частоте 50Гц будет 0,016ом.

Активное сопротивление при проводе диаметром 6мм (определено на глаз) будет на порядок меньше и им пренебрегаем — расчет все равно оценочный.
При токе 110А падение мощности на одной секции P=R*I^2=0.016*110*110=190W.
Округляем до 200, умножаем на 3 и имеем 600Вт.

С учетом того, что нас интересует максимальный параметр, высшие гармоники малы по амплитуде и не внесут особого вклада в тепловую составляющую, принимая нагрузку чисто активной можно ориентироваться именно на это значение.

спасибо! похоже что такая оценка д.б. близка к истине +/-.

да с удовольствием! только, например, каким? данфоссом? вот только тоже как-то сходу такие документу не ищутся, если ткнёте носом — буду рад.

несущую планирую сделать минимальной, 500Гц или 1кГц, не смотрел еще какой там минимум имеется. и сам ПЧ будет меньше греться, да и дроссели тоже.

Потери в моторном дросселе зависят от материала сердечника. Изготовитель, как правило, не сообщает свойства материала. Некоторые дают диапазон частот несущей ШИМ ПЧ. Как правило 2. 4кГц, при которой потери на перемагничивание и вихревые токи минимальны.

по данфосовскому руководству для моторного дросселя получилось порядка 145Вт, для синусного выходного 470Вт. но это всё выходные фильтры. про входные фильтры у данфоса что-то не ищется. или я не там или не так ищу. причем частота несущей прописана только для синусного выходного, мол не ниже указанной, а для моторного несущая вообще никак не оговорена, но описано снижение характеристик при увеличении частоты от 50Гц и выше.

еще вопрос попутный по ферритам. пишут что ставить лучше у самого ПЧ. если на выходе пч дроссель di/dt то где лучше ставить ферриты — перед дросселем и после него?

Вот что пишут..
1. Риталл. Про охлаждение шкафов.
2. Нагрев и охлаждение дросселей
3. Каталог Сарел. Смотреть регулирование температуры в шкафах

Очень интересный материал привели выше по тонкостям частотников от WEG. LordN — огромное спасибо!

Насколько я понял — ротор электромотора при работе с частотником начинает представлять собой этакую батарейку. Если один конец батарейки заизолировать — ток не потечет.

Я себе так это теперь представляю, буду признателен за указание на ошибки.
Когда работает частотник, периодически на короткий миг устанавливается режим с обрывом одной фазы. При этом на это мгновение в точке подключения обмоток напряжение уже не 0, а фазное. На короткозамкнутом роторе наводится соответствующее напряжение. Которое через подшипники стекает на корпус, постепенно разрушая их. Там еще утечки через емкость подшипников, которая при высокой частоте модуляции играет роль, поэтому по-хорошему изолировать надо оба подшипника, или заземлять ротор отдельным проводом, через который вся эта гадость и будет спокойно стекать на землю.
Почему это проявляется на больших двигателях — вероятно, у них сопротивление меньше за счет размеров, соответственно протекающий ток больше.

При питании же чистой синусоидой суммарное напряжение на обмотках = 0 (ну или близко к нему при перекосе фаз), всего этого не наблюдается.

При питании от ПЧ о синусоидах речь не идёт. Там сплошной хаос из импульсов различной длительности, поэтому виртуальная нулевая точка всегда имеет относительно заземлённого корпуса какой-то потенциал, постоянно меняющийся по амплитуде и знаку. Не буду углубляться в физику процесса, но между концами ротора присутствует переменное напряжение. Я даже пытался его измерить стрелочным мультиметром. Сейчас уже не помню что намерил. Кажется, в пределах 1,5 В. Но при миллиомном сопротивлении подшипника, токи будут заметные. Передний подшипник не имеет смысла делать изолированным, так как придётся связывать двигатель с нагрузкой через изолирующую муфту.
На производстве, где я работаю на новом оборудовании немцы насадили на заднюю часть вала двигателей энкодеры без изолирующих вставок (задние подшипники, естественно, изолированные). Мощность двигателей 235 и 500 кВт. В течение полугода оба энкодера вышли из строя. При изучении обойм подшипника неисправного энкодера чётко было видно электроэрозионное разрушение.

Я себе смутно это представляю. В приведенном выше документе (Асинхронные электродвигатели управляемые от преобразователя частоты)
нарисован кусочек провода, который обозначен как «токосъемная щетка на приводном валу».
Приведу цитаты оттуда, страница 22-23

«сумма векторов мгновенных напряжений трех фаз на выходе преобразователя не равна нулю, и образует высокочастотный электрический потенциал относительно нуля» Это понятно.

«Для препятствия прохождению подшипниковых токов двигателя, должны быть учтены как резистивная
составляющая (индуцированная на валу)
так и емкостная (результат синфазного напряжения). Для того чтобы исключить ток протекающий через контур с подшипниками, достаточно изолировать хотя бы один из подшипников двигателя»

Один подшипник изолируют для того, чтобы в роторе не возникал ток (ротор представляет собой проводник в меняющемся магнитном поле, соответственно в нем индуцируется ЭДС. Если оба конца ротора соединить проводником — потечет ток).

Что касается емкостной составляющей — там приведена схема. На статор подается несбалансированное напряжение высокой частоты, при данной частоте мотор ведет себя как набор емкостей. Там идет передача тока через емкость от обмотки статора к ротору, а от ротора через подшипники на землю.

Изолированные подшипники для электродвигателей
Преобразователи частоты позволяют регулировать частоту вращения электродвигателя и корректировать её в соответствии с меняющейся нагрузкой. Электродвигатели с частотными преобразователями могут создавать блуждающие токи, которые вызывают в подшипнике образование электрических дуг и могут привести к его разрушению. Чтобы этого не произошло, кольца и шарики подшипников покрывают специальными защитными материалами. Однако нанесение такого покрытия очень дорогостоящий и длительный процесс.

Изолированные подшипники – подшипники с керамическим покрытием. Подшипники данного типа имеют керамическое покрытие на наружном и внутреннем кольцах. Шарики, а также внутреннее и наружное кольца изготовлены из стали. Изолированные подшипники отличаются и от гибридных, и от керамических подшипников по своему эксплуатационному ресурсу, термостойкости и прочности. Изолированные подшипники исполь- зуются для того, чтобы не допустить разрушения подшипника от действия токов, обусловленных работой электродвигателя вместе с преобразователем частоты. Изолирующее покрытие на наружном кольце под шипника – это оксид алюминия, который наносится на подшипник способом плазменного напыления. Такой вид покрытия выдерживает напряжение пробоя изоляции 1000 В.

Подшипники с электрической изоляцией могут быть нескольких типов. Наиболее распространённые: цилиндрические роликоподшипники и шарикоподшипники с глубокими дорожками качения с наружным диаметром больше 75 мм – т.е. это подшипники серии выше 6208.

Подобно гибридным и керамическим подшипникам, изолированные подшипники дороже стандартных подшипников, хотя постепенно они становятся всё более доступными. Изолированные подшипники всё чаще используются наряду со стандартными подшипниками в качестве NDE подшипников в частотно-регулируемых электродвигателях типоразмера 250 и больше.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию