Чиллер для преобразователей частоты и выпрямителей: расчёт

Чиллер для преобразователей частоты и выпрямителей рассчитывают по потерям: в тепло переходит не мощность нагрузки, а несколько процентов от неё, которые рассеивают силовые ключи, шины и дроссели. Калькулятор считает потери по номинальной мощности, количеству преобразователей, типу и средней загрузке, а затем холодопроизводительность с запасом и расход воды.

Откуда берётся тепло

• Силовые ключи. Транзисторные модули и тиристоры греются при проводимости и переключении; это основная часть потерь, и её снимают водяные охладители под модулями.
• Дроссели и шины. Ток нагревает обмотки дросселей и силовые шины; в мощных шкафах их тоже охлаждают водой.
• Воздух шкафа. Конденсаторы и электроника управления отдают тепло воздуху, а его охлаждают воздухоохладителем на том же водяном контуре.

Калькулятор принимает, что все потери шкафа уходят в воду: если часть тепла рассеивается в помещение, результат получится с небольшим запасом.

Формула

Q_п = P × n × z × η_п

Q = Q_п × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• Q_п — потери в воду, кВт; P — номинальная мощность одного преобразователя, кВт; n — количество.
• z — средняя загрузка, доля номинала; η_п — потери преобразователя, доля мощности (таблица ниже).
• k — запас по холодопроизводительности, доля.
• V — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды в охладителях, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Если в паспорте указаны потери в воду, точнее подставить их напрямую. Выпрямители питают гальванические линии и анодирование, где чиллер отдельно охлаждает электролит, — задачи о чиллере для гальваники и о чиллере для анодирования.

Пример расчёта

Четыре преобразователя частоты по 200 кВт работают со средней загрузкой 70 %, вода 30 °C, запас 15 %.

1. Мощность в работе: 200 × 4 × 0,7 = 560 кВт.
2. Потери в воду: Q_п = 560 × 0,03 = 16,8 кВт.
3. С запасом: Q = 16,8 × 1,15 = 19,32 кВт, округлённо 19,3 кВт.
4. Расход воды: V = 19,32 / (1,163 × 5) = 3,32 м³/ч.
5. Вода 30 °C теплее серийного диапазона +5…+15 °C, поэтому подбор индивидуальный.

Типовые ошибки

• Подавать холодную воду. Вода 7–12 °C холоднее точки росы воздуха в шкафу: на охладителях и шинах выпадает конденсат, и преобразователь уходит в аварию по изоляции. Температуру воды берут из паспорта, обычно 25–35 °C; если чиллер общий с технологией, тёплую воду получают подмесом обратки — расчёт температуры смешения.
• Считать по номиналу, а не по потерям. Если взять за нагрузку мощность двигателей, чиллер выходит в десятки раз больше нужного; тепло самих двигателей считают отдельно — расчёт тепловыделения электродвигателей.
• Не учесть трансформатор и дроссели. Если они охлаждаются тем же контуром, их потери из паспорта прибавляют к результату, иначе чиллер окажется меньше нужного.
• Заливать воду с высокой проводимостью. Охладители часто стоят под потенциалом, и солёная вода даёт токи утечки и коррозию; контур заполняют водой с требуемой проводимостью и отделяют от чиллера теплообменником, если так требует паспорт, — требования к воде в справочнике о воде для чиллера.

Преобразователь индукционной установки считают вместе с индуктором — задача о чиллере для индукционного нагрева.