Жидкостное охлаждение трансформаторов. В силовом оборудовании, таком как системы хранения энергии, фотоэлектрические инверторы, высокочастотные импульсные источники питания и мощные зарядные устройства, индукторы и трансформаторы являются основными силовыми компонентами. Во время работы на высоких частотах при полной нагрузке происходит непрерывное выделение тепла за счет потерь в меди в катушках и потерь в железе в магнитных сердечниках. С непрерывным повышением удельной мощности оборудования в отрасли традиционное воздушное охлаждение и обычные профильные радиаторы больше не могут соответствовать требованиям к теплоотводу модернизированного оборудования. Длительное локальное накопление тепла и чрезмерное повышение температуры ускоряют старение изоляции, увеличивают шум при работе, снижают общую эффективность и серьезно влияют на стабильность и срок службы силового оборудования.
Цель данного решения — устранить практические проблемы, связанные с мощными индукторами и трансформаторами, включая закрытую установку, концентрированное тепловыделение и неравномерное рассеивание тепла. КЕНФА ТЕХ разработала собранную встроенную медную трубку. жидкостное охлаждение Конструкция корпуса основана на многолетнем практическом опыте в области промышленного терморегулирования. В отличие от распространенных в отрасли односторонних пластин жидкостного охлаждения, данное изделие формируется путем сборки и герметизации нескольких алюминиевых пластин. Полностью закрытый корпус позволяет полностью обернуть и установить индуктор и трансформатор, обеспечивая всестороннее рассеивание тепла и эффективно решая проблемы недостаточной площади теплообмена и неравномерного распределения температуры, характерные для традиционных решений по теплоотводу.
1. Узкие места традиционных решений по отводу тепла от трансформаторов
В настоящее время большинство трансформаторов средней и высокой мощности в отрасли используют комбинированные методы отвода тепла, включая отвод тепла через внешний алюминиевый корпус, приварку одной нижней охлаждающей пластины и принудительную воздушную конвекцию, которые имеют очевидные недостатки на практике. Эти решения полагаются только на одну нижнюю контактную поверхность для теплопроводности, не обеспечивая быстрого отвода тепла от боковых стенок катушки и верхней части магнитных сердечников, что приводит к высокому общему тепловому сопротивлению и большой вертикальной разности температур. Кроме того, теплопроводность, основанная на теплопроводящих материалах, дополнительно увеличивает контактное тепловое сопротивление из-за многослойного наложения, вызывая перегрев при длительной работе с высокой нагрузкой. Более того, открытые конструкции охлаждения обладают ограниченными пыле-, влагозащитными и изоляционными свойствами и не могут адаптироваться к сложным условиям эксплуатации, таким как наружная установка и системы хранения энергии. Полностью закрытая установка образует внутренние зоны накопления тепла, что затрудняет баланс между эффективностью отвода тепла и надежностью работы оборудования.
2. Конструкция изготовленного на заказ бокса жидкостного охлаждения KENFA TECH
Холодильная пластина с медными трубкамиКорпус системы жидкостного охлаждения изготовлен по модульной технологии с использованием пяти алюминиевых пластин, включая верхнюю, нижнюю и боковые пластины, что обеспечивает точную сборку и герметизацию. Он отличается высокой прочностью конструкции, хорошей герметизацией и стабильной устойчивостью к деформации. По сравнению с цельнолитыми конструкциями, сборная конструкция обладает большей гибкостью, что позволяет быстро адаптировать ее под различные размеры индукторов и трансформаторов. Она поддерживает массовое производство благодаря удобству обработки, высокой точности сборки и отличной применимости в промышленных условиях.
Внутри корпуса используется двухтрубная параллельная система теплообмена, оснащенная двумя высокоточными медными трубками диаметром 10 мм. Две медные трубки расположены симметрично и циркулируют синхронно, каналы равномерно распределены в центральной части полости, полностью покрывая основные тепловыделяющие части трансформатора. Такая конструкция полностью исключает проблемы неполного покрытия и одностороннего отклонения теплообмена, характерные для одноканальных решений. Подтверждено моделированием потока жидкости и расчетами фактической тепловой нагрузки, теоретический расчетный расход трубопроводной системы достигает 15 л/мин. Достаточный и стабильный циркуляционный поток позволяет быстро отводить концентрированное тепло, выделяемое при работе на полной нагрузке, и поддерживать стабильную теплоотдачу в течение длительного времени при работе на высокой мощности. По сравнению с традиционными обработанными алюминиевыми каналами, встроенные медные трубки обладают более высокой устойчивостью к давлению и коррозии, устраняя скрытые опасности, такие как утечки и деформация трубопровода, и адаптируются к круглосуточной работе в промышленных условиях.
3. Общий принцип работы системы теплоотвода
Вся система терморегулирования использует комбинированную логику рассеивания тепла, включающую полностью герметичную обмотку, равномерное распределение температуры за счет заполнения клеем и двухканальную циркуляцию жидкостного охлаждения. Мощный индуктор и трансформатор интегрированы внутри герметичного корпуса с жидкостным охлаждением, а внутренние две параллельные медные трубки диаметром 10 мм образуют независимую замкнутую цепь циркуляции охлаждающей жидкости. После сборки и позиционирования внутри полости осуществляется вакуумное заполнение клеем. Теплопроводящий клей полностью заполняет все зазоры между обмотками трансформатора, магнитными сердечниками и полостью, полностью устраняет внутренние воздушные изоляционные слои и минимизирует тепловое сопротивление на границе раздела.
Тепло, выделяемое потерями в меди и железе трансформатора, быстро и равномерно передается на внутреннюю стенку алюминиевого корпуса и встроенную медную трубку через полностью заполненный теплопроводящий клей. Циркулирующая охлаждающая жидкость со скоростью потока 15 л/мин непрерывно отводит тепло и осуществляет теплообмен через внешний водоохладитель, образуя замкнутую систему теплоотвода. Этот метод работы быстро рассеивает концентрированные источники тепла, принципиально устраняет локальные перегревы и обеспечивает точный и равномерный контроль температуры всего трансформатора.
4. Основные технологические и технические преимущества
1. Модульная конструкция из пяти собранных алюминиевых пластин.Отказавшись от дорогостоящего и малоадаптивного процесса цельного формования, прецизионно собранная уплотнительная конструкция имеет регулируемые размеры и широкую совместимость с различными мощными индукторами и трансформаторами. Это обеспечивает контролируемую себестоимость массового производства и высокую эффективность сборки, а также структурную жесткость, соответствующую стандартам установки промышленного оборудования.
2. Теплообменник с параллельным потоком и двойной медной трубкой для выравнивания потока.Симметричное расположение двух медных трубок диаметром Φ10 мм в сочетании со стандартным расчетным расходом 15 л/мин обеспечивает равномерное распределение потока и полный теплообмен без застойных зон. Сбалансированное распределение потока полностью решает распространенные в промышленности проблемы больших перепадов температур и сильного локального накопления тепла в одноканальных системах теплоотвода и значительно повышает общую равномерность теплоотвода.
3. Вакуумный процесс теплопроводности с полным склеиваниемПроцесс бесшовного вакуумного заполнения клеем формирует непрерывную теплопроводящую структуру между источником тепла трансформатора, камерой жидкостного охлаждения и теплообменным трубопроводом с чрезвычайно низким общим тепловым сопротивлением. Это эффективно балансирует рабочую температуру обмоток и магнитных сердечников, снижает общую разницу температур, значительно уменьшает высокотемпературный шум и затухание мощности трансформаторов, а также повышает стабильность работы оборудования.
4. Высоконадежная полностью закрытая конструкция.Полностью герметичная конструкция полости обеспечивает бесшумную работу без помощи вентилятора. Она обладает превосходными пыле-, влагозащитными, изоляционными свойствами и защитой от электромагнитных помех, идеально подходя для сложных промышленных сценариев, таких как системы хранения энергии, фотоэлектрические инверторы и наружные зарядные станции, благодаря высокой адаптивности к окружающей среде.
5. Сценарии применения и практическая ценность
Этот встроенный бокс с параллельным жидкостным охлаждением и медными трубками в основном применяется для мощных индукторов с коррекцией коэффициента мощности (PFC) мощностью 3–50 кВт, высокочастотных импульсных трансформаторов, разделительных трансформаторов для накопителей энергии и других энергоемких устройств с высоким тепловыделением. По результатам практических испытаний, по сравнению с традиционными решениями воздушного охлаждения и одностороннего термопластичного охлаждения, эта конструкция снижает общее повышение температуры оборудования на 40–60% и значительно уменьшает общую разницу температур. Она полностью решает проблему перегрева оборудования при длительной работе под высокой мощностью и высокой частотой, эффективно продлевает срок службы компонентов и гарантирует долговременную стабильную работу энергооборудования.
6. Заключение
Цель данного решения — устранить распространенные проблемы, возникающие в полевых условиях при работе с мощными индукторами и трансформаторами, такие как накопление тепла в замкнутом контуре, неравномерное рассеивание тепла и неконтролируемое повышение температуры при полной нагрузке. КЕНФА ТЕХ Опираясь на богатый опыт промышленного терморегулирования, компания разработала высоконадежное, эффективное и серийно производимое специализированное решение для жидкостного охлаждения. Благодаря пятипластинчатой сборной герметичной конструкции, параллельной конструкции с двумя медными трубками диаметром 10 мм для выравнивания потока, точному согласованию потока 15 л/мин и вакуумному заполнению клеем для равномерного распределения температуры, эта конструкция обеспечивает равномерный теплообмен и сверхнизкое тепловое сопротивление. Она эффективно преодолевает проблему теплоотвода мощных силовых устройств и обеспечивает надежную техническую поддержку в области терморегулирования для миниатюризации, повышения удельной мощности и увеличения срока службы новых систем хранения энергии, фотоэлектрических инверсионных систем, мощных зарядных устройств и промышленных высокочастотных источников питания.