Als Lieferant von dreiphasigen Frequenzumrichtern (VFDs) wurde ich gefragt, wie diese kritischen Geräte in kalten Umgebungen funktionieren. Dreiphasen-VFDs sind für die Steuerung der Drehzahl und des Drehmoments von Dreiphasen-Wechselstrommotoren unerlässlich und finden Anwendung in Branchen von der Fertigung bis hin zu HVAC-Systemen. Allerdings können kalte Temperaturen ihre Leistung und Lebensdauer erheblich beeinträchtigen. In diesem Blog werde ich mich mit dem Innenleben von dreiphasigen VFDs in kalten Umgebungen befassen und Einblicke in die Bewältigung dieser Bedingungen geben.
Grundlagen des Dreiphasen-VFD-Betriebs
Bevor wir die Auswirkungen kalter Umgebungen untersuchen, werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionsweise von dreiphasigen Frequenzumrichtern unter normalen Bedingungen. Ein dreiphasiger Frequenzumrichter besteht typischerweise aus drei Hauptkomponenten: einem Gleichrichter, einem DC-Bus und einem Wechselrichter.
Der Gleichrichter wandelt den eingehenden dreiphasigen Wechselstrom in Gleichstrom um. Dieser Prozess ist von entscheidender Bedeutung, da er eine stabile Gleichspannungsquelle für den Rest des Systems bereitstellt. Der DC-Bus speichert und filtert dann den Gleichstrom, glättet eventuelle Wellen und sorgt für eine konstante Spannungsversorgung des Wechselrichters.
Der Wechselrichter ist vielleicht der kritischste Teil des VFD. Es entnimmt den Gleichstrom vom DC-Bus und wandelt ihn wieder in einen dreiphasigen Wechselstrom mit einstellbarer Frequenz und Spannung um. Durch die Steuerung von Frequenz und Spannung kann der VFD die Drehzahl und das Drehmoment des angeschlossenen Dreiphasen-Wechselstrommotors präzise regeln, um den Anforderungen spezifischer Anwendungen gerecht zu werden.
Einfluss kalter Umgebungen auf dreiphasige VFDs
Kalte Umgebungen können auf verschiedene Weise tiefgreifende Auswirkungen auf den Betrieb von Dreiphasen-Frequenzumrichtern haben.
1. Leistung der elektrischen Komponenten
Viele elektrische Komponenten innerhalb eines VFD reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen. Beispielsweise kann es bei Kondensatoren, die im DC-Bus zum Filtern der Gleichstromleistung verwendet werden, bei kalten Temperaturen zu einem Kapazitätsabfall kommen. Diese Reduzierung kann zu einer erhöhten Welligkeit der Gleichspannung führen, was möglicherweise zu einer Instabilität des Wechselrichterausgangs führt und die Leistung des Motors beeinträchtigt.
Auch Widerstände und Induktivitäten haben Temperaturkoeffizienten, die ihre elektrischen Eigenschaften verändern können. Unter kalten Bedingungen kann sich der Widerstandswert von Widerständen erhöhen und die Induktivität von Induktoren kann sich ändern, wodurch sich die gesamten Schaltkreiseigenschaften ändern und möglicherweise zu ungenauen Steuersignalen führen.
2. Schmierung und mechanische Komponenten
Einige VFDs verfügen möglicherweise über mechanische Komponenten wie Kühlventilatoren oder Relais. In kalten Umgebungen können sich die in diesen mechanischen Teilen verwendeten Schmierstoffe verdicken, was die Reibung erhöht und die Effizienz der Komponenten verringert. Dies kann zu vorzeitigem Verschleiß, verminderter Kühlleistung (bei Lüftern) und möglicherweise zum Ausfall von Relaiskontakten führen.
3. Kondensation
Kalte Umgebungen können zur Bildung von Kondenswasser im Inneren des VFD-Gehäuses führen. Bei steigender Temperatur kann die kondensierte Feuchtigkeit zu Kurzschlüssen führen oder elektrische Bauteile beschädigen. Dies ist besonders problematisch an Standorten, an denen der VFD starken Temperaturschwankungen ausgesetzt ist oder feuchten Bedingungen ausgesetzt ist.
Minderungsstrategien für kalte Umgebungen
Um den zuverlässigen Betrieb von dreiphasigen VFDs in kalten Umgebungen sicherzustellen, können verschiedene Abhilfestrategien eingesetzt werden.
1. Heizsysteme
Die Installation von Heizsystemen im Inneren des VFD-Gehäuses kann dazu beitragen, eine stabile Temperatur aufrechtzuerhalten. Dies kann durch Widerstandsheizungen oder Begleitheizungskabel erreicht werden. Indem die Innentemperatur über einem bestimmten Schwellenwert gehalten wird, kann die Leistung elektrischer Komponenten stabilisiert und das Risiko von Kondensation verringert werden.
2. Gehäusedesign
Der Einsatz isolierter Gehäuse kann einen zusätzlichen Schutz vor kalten Temperaturen bieten. Die Isolierung trägt dazu bei, den Wärmeverlust zu reduzieren und eine stabilere Innentemperatur aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus sollten Gehäuse so konstruiert sein, dass das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert wird, beispielsweise durch die Verwendung von Dichtungen und geeigneten Dichtungstechniken.
3. Aufwärmen vor dem Start
Die Implementierung eines Aufwärmverfahrens vor dem Start kann von Vorteil sein. Bevor Sie den VFD starten, können Sie ihn kurzzeitig einschalten, damit die internen Komponenten eine geeignete Betriebstemperatur erreichen. Dies kann dazu beitragen, die Auswirkungen kalter Temperaturen auf die Komponentenleistung zu minimieren.
4. Komponentenauswahl
Bei der Auswahl eines dreiphasigen VFD für eine kalte Umgebung ist es wichtig, Komponenten mit einem großen Temperaturbereich auszuwählen. Kondensatoren mit Tieftemperatur-Nennwerten können beispielsweise ihre Kapazität bei Kälte effektiver aufrechterhalten und so das Risiko einer Gleichspannungsinstabilität verringern.
Anwendungen und Überlegungen aus der Praxis
In vielen realen Anwendungen werden dreiphasige VFDs in kalten Umgebungen betrieben. In der Bergbauindustrie werden VFDs beispielsweise zur Steuerung von Förderbändern und Lüftungssystemen in Untertagebergwerken eingesetzt, wo die Temperaturen recht niedrig sein können. In Kühllagern werden VFDs eingesetzt, um den Betrieb von Kühlkompressoren und Ventilatoren zu regeln.
Beim Einsatz von VFDs in diesen Umgebungen ist es wichtig, gründliche Standortbewertungen durchzuführen. Faktoren wie Durchschnitts- und Mindesttemperaturen, Luftfeuchtigkeit und mögliche Temperaturschwankungen sollten berücksichtigt werden. Diese Informationen können verwendet werden, um die am besten geeigneten Minderungsstrategien zu bestimmen.
Unsere Produkte und Lösungen
Als Lieferant von dreiphasigen VFDs bieten wir eine Reihe von Produkten an, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind, auch in kalten Umgebungen. Unser660V - 690V VFDist darauf ausgelegt, auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässige Leistung zu bieten. Mit robuster Isolierung und hochwertigen Komponenten hält es kalten Temperaturen stand und behält gleichzeitig die präzise Steuerung von Dreiphasen-Wechselstrommotoren bei.
UnserWechselrichterantriebist ein weiteres Produkt, das fortschrittliche Technologien beinhaltet, um einen stabilen Betrieb in kalten Klimazonen zu gewährleisten. Es verfügt über ein integriertes Heizsystem und einen verbesserten Feuchtigkeitsschutz, wodurch das Risiko eines Komponentenausfalls aufgrund von Kälte und Feuchtigkeit verringert wird.
Für kleinere Anwendungen bieten wir unsere45 kW VFDist eine kostengünstige Lösung, die keine Kompromisse bei der Leistung eingeht. Es ist energieeffizient und zuverlässig konstruiert und eignet sich daher hervorragend für Anwendungen in kalten Umgebungen.
Abschluss
Der Betrieb dreiphasiger VFDs in kalten Umgebungen stellt besondere Herausforderungen dar, aber mit dem richtigen Verständnis und den richtigen Abhilfestrategien können diese Herausforderungen gemeistert werden. Durch die Berücksichtigung der Auswirkungen von Kälte auf elektrische Komponenten, mechanische Teile und mögliche Kondensation sowie durch die Implementierung geeigneter Lösungen wie Heizsysteme, die richtige Gehäusekonstruktion und Aufwärmverfahren vor dem Start kann der zuverlässige Betrieb von Frequenzumrichtern sichergestellt werden.
Wenn Sie für Ihre Anwendung, insbesondere in einer kalten Umgebung, dreiphasige VFDs benötigen, sind wir für Sie da. Unser Expertenteam bietet Ihnen detaillierte technische Unterstützung und Beratung bei der Auswahl des für Ihre Anforderungen am besten geeigneten Produkts. Kontaktieren Sie uns, um ein Beschaffungsgespräch zu beginnen und wir helfen Ihnen dabei, die perfekte Lösung für Ihre dreiphasigen VFD-Anforderungen zu finden.
Referenzen
- „Antriebe mit variabler Frequenz: Prinzipien, Betrieb und Fehlerbehebung“ von Andrew P. Alleyne
- Roger C. Dugan, Mark F.