Temperatura otoczenia pracy ma znaczenie!

W układach elektroniki i energoelektroniki na koszty elementów największy wpływ mają napięcie ich pracy oraz temperatura (podstawowe parametry fizyczne). Napięcie jest uzależnione od sieci, do jakiej jest przystosowane urządzenie i adekwatnie do tego dobrane muszą być podzespoły. Podobnie jest z temperaturą otoczenia w pracy elementów elektronicznych.

DLACZEGO TEMPERATURA MA ZNACZENIE?

Fot. 1. Produkty EURA Drives Electric

Teoretycznie zakres temperatur otoczenia pracy w większości przemienników częstotliwości jest podobny. Mieści się on w zakresie -10...50°C i są to liczby pojawiające się prawie we wszystkich katalogach i materiałach informacyjnych producentów przetwornic częstotliwości. Analizując dokładnie dokumentację techniczną przetwornic częstotliwości okazuje się, że owszem możemy pracować w zakresie temperatur od -10 do +50°C, jest jednak drobny szczegół o którym z zasady nie informują handlowcy i o którym nie dowiemy się z katalogów, a który ma znaczący wpływ na żywotność przemiennika częstotliwości.

Okazuje się, że zakres temperatur najczęściej spotykanych przemienników na rynku bez utraty ich parametrów nominalnych mieści się w zakresie -10...40°C lub 0...40°C. Wyjście poza ten zakres wiąże się z ograniczeniem parametrów pracy układu. Ograniczenie dotyczy najczęściej prądu (co przekłada się na ograniczenie mocy) i/lub częstotliwości kluczowania (mniejsze nagrzewanie elementów przemiennika).

Producenci chcąc obniżyć koszty produkcji ograniczają zakres temperatur otoczenia pracy. Najczęściej jest to kosztem żywotności układu, o czym klient przekonuje się dopiero na etapie użytkowania kosztem pogorszenia parametrów pracy.

Ograniczenie prądu zmusza użytkownika do przewymiarowania układu (to należy przewidzieć już w fazie projektu), co nie ma nic wspólnego z obniżeniem kosztów inwestycji. Obniżenie częstotliwości kluczowania wiąże się z zwiększeniem hałasu pracującego silnika, większym jego nagrzewaniem oraz stratami jakie to wywołuje. Taki zabieg może powodować także znaczące skrócenie żywotności silnika zasilanego przez taki przemiennik częstotliwości.

Ktoś może zadać pytanie: jakie korzyści daje układ o zakresie temperatur -10...50°C skoro temperatura otoczenia przewidywana dla takiego układu będzie mieściła się w zakresie katalogowym (do 40°C)?

Tabela 1. Ograniczenia mocy przemiennika częstotliwości w zależności od temperatury pracy

Ma to znaczenie, ponieważ w fazie projektu układu nie jesteśmy w stanie w 100% przewidzieć warunków otoczenia w jakich mają pracować przemienniki częstotliwości, często dynamicznie mogą się zmieniać. Dodatkowo, praktyka wskazuje, na następujące zagadnienia:

1. Zakres temperatur otoczenia pracy jest w rzeczywistości często przekraczany. Przykładem są okresy bardzo wysokich temperatur. W stosunku rocznym jest to okres bardzo krótki i intensywny, ale przekroczenie temperatury nawet w krótkim okresie pracy niekorzystnie wpływa na żywotność. Inne sytuacje awaryjne to uszkodzenia wentylatorów chłodzących, zapchane filtry, radiatory lub oszczędności w osprzęcie towarzyszącym. Praktyka wskazuje także, że użytkownicy podchodzą do drobnych awarii (np. uszkodzenie wentylatorów chłodzących szaf lub zainstalowanych w przemienniku częstotliwości) bez należytej reakcji, często ignorując ich występowanie. Praktyka wskazuje także, że ignorowane są podstawowe czynności konserwacyjne zalecane przez producentów przetwornic częstotliwości, np. przegląd i czyszczenie radiatorów.
2. Zmniejszenie żywotność urządzenia. Należy pamiętać, że każde podwyższenie temperatury o 10°C, zmniejsza żywotność przemiennika częstotliwości o 50%. W związku z tym układy pracujące przy takich samych temperaturach, a zbudowane na różne zakresy temperaturowe będą miały różne żywotności. Układ przystosowany do wyższej temperatury otoczenia będzie miał dłuższą żywotność.
3. Ograniczenia, które mogą powodować zatrzymanie aplikacji przy wyższej temperaturze ze względu na zabezpieczenia programowe. Takie zabezpieczenia mogą blokować układ po przekroczeniu granicznej temperatury lub z powodu znaczącego spadku mocy. Praktyka również wskazuje, że użytkownicy w takich przypadkach wyłączają zabezpieczenia temperaturowe, sądząc, że krótkotrwałe zwiększenie temperatury pracy nie wpłynie negatywnie na elementy przemienników częstotliwości.

Innym sposobem obniżenia kosztów przez producentów przemienników częstotliwości, przy zachowaniu tak samo dobranych temperaturowo elementów jest zmniejszenie ich obudowy. Obecnie panuje tendencja, zapewne wymuszana przez działy handlowe i marketingu, aby maksymalnie pomniejszać obudowy przetwornic częstotliwości. W takim przypadku pogorszenie warunków odprowadzania i rozpraszania emitowanego ciepła zmusza producentów do zmniejszenia zakresu temperatur pracy! Dodatkowo takie układy szybko ulegają przegrzaniu. Z jakimi to się wiąże skutkami, pisałem już wcześniej.

Niewiele jest firm na rynku, które mają tak dobrane elementy, aby była możliwa praca w pełnym zakresie temperatur pracy elektroniki, czyli od -10 do +50°C. Przykładem dobrej praktyki technicznej są przemienniki częstotliwości firmy Eura Drives Electric, której autoryzowanym partnerem jest HF Inverter Polska. Przemienniki EURA są zbudowane z elementów, które pozwalają na pracę w pełnym zakresie temperatur bez utraty parametrów, a ich obudowy tak skonstruowane, aby łatwo i skutecznie oprowadzać ciepło.

PODSUMOWANIE

Rys. 1. Przykład ograniczeń w zależności od temperatury otoczenia

W gospodarce wolnorynkowej presja ceny jest bardzo duża, należy jednak dokładnie zapoznać się z ofertą firm, szczególnie z zapisami tzw. drobnym drukiem. Radzimy zwracać uwagę i porównywać nie tylko cenę, ale również parametry techniczne, ponieważ w przyszłości może okazać się to bardzo ważne.

Zakres temperatury pracy pozwala ocenić jakie elementy zostały użyte i jaka może być żywotność układu. Obniżona temperatura może też być przyczyną przestojów związanych z blokowaniem się przemiennika częstotliwości, co może okazać się katastrofalne w skutkach. Przykładem mogą być gorące dni i przemiennik częstotliwości zainstalowany w układzie wentylacyjno-klimatyzacyjnym.

Specjaliści pracujący w firmie HF Inverter Polska dzięki swojemu długoletniemu doświadczeniu są w stanie optymalnie dobrać układ napędowy bezawaryjnie pracujący w warunkach procesu technologicznego w dowolnej branży. Nasz dział techniczny służy poradą i swoim wsparciem w zakresie techniki napędowej. Zapraszamy.

Zbigniew Kilichowski
HF Inverter Polska
www.hfpolska.pl