Temperatura otoczenia pracy ma znaczenie!

14

Producenci przemienników częstotliwości wciąż rozwijają swoje produkty chcąc, aby ich układy wyróżniały się spośród konkurencji. W związku z tym mamy coraz bardziej wyszukane rozwiązania techniczne. Ich propozycje są często odpowiedzią na zapotrzebowanie poszczególnych branż, aktualnie panujące trendy lub wymagania określone obowiązującymi przepisami prawnymi i normami. W tym wszystkim, każdy z producentów stara się, aby jego produkt był atrakcyjny cenowo w stosunku. Tutaj trwa wciąż bój o ograniczenie ceny wytworzenia produktu przy zachowaniu określonych parametrów technicznych. Często są to zabiegi, których klient nie widzi lub z których w pierwszym momencie nie zdaje sobie sprawy. Na cenę ma wpływ wiele czynników. Jednym z nich jest jakość i parametry zastosowanych elementów.  

W układach elektroniki i energoelektroniki na cenę elementów największy wpływ mają napięcie i temperatura pracy (podstawowe parametry fizyczne). Napięcie jest uzależnione od sieci do jakiej jest przystosowane urządzenie. Adekwatnie do tego muszą być dobrane elementy. Podobnie jest z temperaturą otoczenia pracy elementów elektronicznych.

Dlaczego temperatura otoczenia pracy ma znaczenie?

Teoretycznie zakres temperatur otoczenia pracy w większości przemienników częstotliwości jest podobny. Mieści się on w zakresie -10…50°C i jest to zakres temperatur obecny 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, szczegół, 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)?

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:

  • 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.
  • 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.
  • 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 CO.,Ltd., której autoryzowanym partnerem jest firma 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
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.

Autor: Pan Zbigniew Kilichowski
HF Inverter Polska