Wärmeableitung von Frequenzumrichtern (VFD) präzise berechnen

Ein sonniger Tag für Sie mag für Ihre VFDs eine Katastrophe in der Entstehung sein. Klimaanlagen werden installiert, um sicherzustellen, dass Maschinen wie Antriebe, Schalttafeln etc. im optimalen Temperaturbereich laufen. Wenn die Temperatur jedoch die erwarteten Werte übersteigt, kann es sehr schnell schiefgehen. Wärmeableitung wird bei VFDs oder Wechselstromantrieben oft übersehen, was zu verheerenden Ausfallzeiten führt. Die Berücksichtigung einiger Faktoren kann helfen, die Energieableitung im Griff zu behalten und das Risiko unerwarteter Abschaltungen zu reduzieren.

Antriebseffizienz

Die meisten VFDs haben einen hohen Wirkungsgrad, meist im Bereich von 93–98 %, wobei die restliche Energie als Wärme verloren geht. Die in dieser Form dissipierte Leistung kann einfach berechnet werden, indem man den Wirkungsgrad von 100 % abzieht und den verbleibenden Anteil mit dem Stromverbrauch des VFD multipliziert.

Beispielsweise würde ein 95 % effizienter 100-PS-Antrieb (ca. 74,6 kW) Wärme im Wert von abgeben:

(100 % – 95 %) × 100 PS = 5 PS

In Watt umgerechnet entsprechen 5 PS ca. 3729 Watt. Eine Voraussetzung für diese Berechnung ist die Kenntnis des genauen Wirkungsgrads des VFD, der vom Hersteller bestätigt werden sollte.

Platz für andere Verluste

Zusatzausrüstung wie Drosseln, Netzteile, Schaltgeräte, Phasenschiebertransformatoren etc. erzeugen eigene thermische Verluste. Sofern sie nicht vernachlässigbar sind, müssen diese Verluste bei der Berechnung der Gesamtwärmelast hinzugerechnet werden. Ein Transformator kann beispielsweise fast 4 % zum Stromverbrauch addieren. Die genauen Werte hängen von den Herstellerangaben ab und sollten rechtzeitig eingeholt werden.

Betriebstemperatur

Antriebshersteller geben oft eine maximale Temperaturschwelle für ihre Geräte an, darüber hinaus sie anfällig für Ausfälle werden. In einigen Fällen ist dieser Schwellenwert relativ niedrig, da er den Heizeffekt von Leistungselektronikkomponenten auf den Leiterplatten berücksichtigt.

Eine gute Faustregel ist, die Gehäusekühlung so auszulegen, dass eine Temperatur unter 20 °F (ca. -6,7 °C) unter der Maximaltemperatur gehalten wird. Dies fördert die Langlebigkeit im Betrieb und minimiert Überhitzungsrisiken.

Gesamtwärmelast

Die gesamte dissipierte Wärmelast wird berechnet, indem alle individuellen Wärmedissipationen jedes Geräts addiert werden. Die Gleichung muss auch den Wärmeübergang durch die Gehäusewände aufgrund Umgebungstemperatur, nahegelegener Wärmequellen, Strahlung etc. berücksichtigen. Ein einfacher Weg zur genauen Berechnung ist die Verwendung des folgenden Online-Wärmelastrechners.

Kühlsysteme

Sofern die Umgebungstemperatur niedriger ist als die Gehäusetemperatur, kann ein gefiltertes Lüfterpaket verwendet werden, um dem Gehäuse Wärmeableitungsfähigkeit zu verleihen. Andernfalls, bei einem abgedichteten Gehäuse, kann auch ein Luft-Luft-Wärmetauscher eingesetzt werden.

Übersteigt die Umgebungstemperatur jedoch die erforderliche Gehäusetemperatur, muss eine klimabasierte Lösung installiert werden. Dies ist teurer, bringt aber aufgrund der Abdichtung viele Vorteile: Beseitigung von Staub, Schmutz und anderen Verunreinigungen. Zudem werden Feuchtigkeitsanforderungen eingehalten, was eine Hauptursache für Betriebsstörungen ist.

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