Raffreddamento a liquido dei trasformatori. Nelle apparecchiature di potenza, come i sistemi di accumulo di energia da fonti rinnovabili, gli inverter fotovoltaici, gli alimentatori switching ad alta frequenza e le colonnine di ricarica ad alta potenza, induttori e trasformatori rappresentano componenti di potenza fondamentali. Durante il funzionamento a pieno carico ad alta frequenza, si genera continuamente calore a causa delle perdite di rame negli avvolgimenti e delle perdite di ferro nei nuclei magnetici. Con il continuo miglioramento della densità di potenza delle apparecchiature nel settore, il raffreddamento ad aria tradizionale e i dissipatori di calore a profilo convenzionale non sono più in grado di soddisfare le esigenze di dissipazione del calore delle apparecchiature aggiornate. L'accumulo di calore localizzato a lungo termine e l'eccessivo aumento della temperatura accelerano l'invecchiamento dell'isolamento, aumentano la rumorosità di funzionamento, riducono l'efficienza complessiva e compromettono seriamente la stabilità e la durata delle apparecchiature di potenza.
Con l'obiettivo di affrontare i punti critici pratici degli induttori e dei trasformatori ad alta potenza, tra cui l'installazione in ambienti chiusi, la generazione di calore concentrata e la dissipazione del calore non uniforme, TECNOLOGIA KENFA ha sviluppato un tubo di rame incorporato assemblato raffreddamento a liquido Struttura a scatola basata su anni di esperienza pratica nella gestione termica industriale. A differenza delle comuni piastre di raffreddamento a liquido incollate su un solo lato presenti nel settore, questo prodotto è formato dall'assemblaggio e dalla sigillatura di più piastre di alluminio. La scatola completamente chiusa può avvolgere e ospitare completamente l'induttore e il trasformatore, realizzando una dissipazione del calore a 360 gradi e risolvendo efficacemente i problemi di superficie di scambio termico insufficiente e distribuzione non uniforme della temperatura delle soluzioni di dissipazione del calore tradizionali.
1. Punti critici delle soluzioni tradizionali di dissipazione del calore dei trasformatori
Attualmente, la maggior parte dei trasformatori di media e alta potenza presenti sul mercato adotta metodi di dissipazione del calore combinati, tra cui la dissipazione tramite involucro esterno in alluminio, il fissaggio di una singola piastra di raffreddamento inferiore e la convezione forzata dell'aria, che presentano evidenti carenze nell'applicazione pratica. Queste soluzioni si basano esclusivamente sulla singola superficie di contatto inferiore per la conduzione del calore, non riuscendo a dissipare rapidamente il calore dalle pareti laterali degli avvolgimenti e dalla parte superiore dei nuclei magnetici, con conseguente elevata resistenza termica complessiva e grande differenza di temperatura verticale. Inoltre, la conduzione del calore tramite materiali di interfaccia termica aumenta ulteriormente la resistenza termica di contatto a causa della sovrapposizione di più strati, causando picchi di temperatura durante il funzionamento prolungato ad alto carico. Infine, le strutture di raffreddamento ad aria aperta presentano limitate prestazioni in termini di resistenza alla polvere, all'umidità e isolamento, e non sono adatte a condizioni operative complesse come quelle degli ambienti esterni e degli impianti di accumulo di energia. L'installazione completamente chiusa crea zone morte interne di accumulo di calore, rendendo difficile bilanciare l'efficienza di dissipazione del calore e l'affidabilità operativa delle apparecchiature.
2. Progettazione strutturale del box di raffreddamento a liquido assemblato su misura da KENFA TECH
Piastra di raffreddamento con tubi di rameLa scatola di raffreddamento a liquido adotta un processo di assemblaggio modulare con cinque piastre in alluminio, tra cui una piastra superiore, una piastra inferiore e piastre laterali perimetrali, per un assemblaggio e una tenuta precisi. È caratterizzata da elevata resistenza strutturale, buone prestazioni di tenuta e stabilità alla deformazione. Rispetto alle strutture monoblocco, il design assemblato offre maggiore flessibilità e può essere rapidamente personalizzato in base alle diverse dimensioni di induttori e trasformatori. Supporta la produzione di massa con una lavorazione semplice, un'elevata tolleranza di assemblaggio e un'eccellente applicabilità in lotti industriali.
L'interno della scatola adotta una struttura di scambio termico a doppio tubo parallelo, dotata di due tubi in rame di alta precisione con un diametro di 10 mm. I due tubi in rame sono disposti simmetricamente e circolano in modo sincrono, con canali di flusso distribuiti uniformemente nell'area centrale della cavità, coprendo completamente le principali parti del trasformatore che generano calore. Questa struttura evita completamente i problemi di copertura incompleta e deviazione unilaterale dello scambio termico tipici delle soluzioni a canale singolo. Verificata tramite simulazione fluidodinamica e calcolo del carico termico effettivo, la portata teorica di progetto del sistema di tubazioni raggiunge i 15 L/min. Il flusso di circolazione sufficiente e stabile è in grado di dissipare rapidamente il calore concentrato generato durante il funzionamento a pieno carico e di mantenere prestazioni di dissipazione termica stabili anche in condizioni di funzionamento prolungato ad alta potenza. Rispetto ai tradizionali canali di flusso in alluminio lavorato, i tubi in rame integrati presentano una maggiore resistenza alla pressione e alla corrosione, eliminando rischi nascosti come perdite e rigonfiamenti delle tubazioni e adattandosi al funzionamento industriale continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
3. Principio generale di funzionamento della dissipazione del calore
L'intero sistema di gestione termica adotta una logica di dissipazione del calore composita, basata su un involucro completamente chiuso, un riempimento con colla a temperatura uniforme e una circolazione di liquido di raffreddamento a doppio canale. L'induttore e il trasformatore ad alta potenza sono fissati integralmente all'interno della scatola di raffreddamento a liquido sigillata, e i due tubi di rame paralleli da 10 mm formano un circuito di circolazione del refrigerante a circuito chiuso indipendente. Dopo l'assemblaggio e il posizionamento, si procede al riempimento sottovuoto della cavità con colla. La colla termoconduttiva riempie completamente tutti gli spazi tra gli avvolgimenti del trasformatore, i nuclei magnetici e la cavità, eliminando completamente gli strati di isolamento d'aria interni e minimizzando la resistenza termica di contatto all'interfaccia.
Il calore generato dalle perdite nel rame e nel ferro del trasformatore viene trasferito in modo rapido e uniforme alla parete interna dell'involucro in alluminio e alla parete del tubo di rame incorporato attraverso la colla termoconduttiva che riempie completamente l'involucro. Il liquido di raffreddamento circolante a una portata di 15 l/min rimuove continuamente il calore e completa lo scambio termico attraverso un refrigeratore d'acqua esterno, formando un sistema di dissipazione del calore a circuito chiuso. Questo metodo di funzionamento dissipa rapidamente le fonti di calore concentrate, elimina in modo sostanziale i punti caldi localizzati e consente un controllo preciso e uniforme della temperatura dell'intero trasformatore.
4. Vantaggi tecnici e di processo fondamentali
1. Struttura modulare composta da cinque piastre di alluminio assemblate.Abbandonando il processo di formatura integrale, costoso e poco adattabile, la struttura di tenuta assemblata con precisione presenta dimensioni regolabili e un'ampia compatibilità con vari induttori e trasformatori ad alta potenza. Ciò consente di ottenere costi di produzione di massa controllabili e un'elevata efficienza di assemblaggio, con una rigidità strutturale conforme agli standard di installazione delle apparecchiature industriali.
2. Scambiatore di calore a flusso parallelo con doppio tubo di rameLa disposizione simmetrica dei due tubi di rame da Φ10 mm, abbinata a una portata standard di 15 L/min, garantisce una distribuzione uniforme del campo di flusso e una copertura completa dello scambio termico, senza zone morte. La distribuzione bilanciata del flusso risolve completamente i comuni problemi industriali di grandi differenze di temperatura e di eccessivo accumulo locale di calore nei sistemi di dissipazione a canale singolo, migliorando notevolmente l'uniformità complessiva della dissipazione del calore.
3. Processo di conduzione termica sottovuoto con incollaggio completoIl processo di riempimento con colla sottovuoto senza interruzioni crea una struttura di conduzione termica continua tra la fonte di calore del trasformatore, la scatola di raffreddamento a liquido e la tubazione di scambio termico con una resistenza termica complessiva estremamente bassa. Bilancia efficacemente la temperatura di esercizio degli avvolgimenti e dei nuclei magnetici, riduce la differenza di temperatura complessiva, migliora significativamente le vibrazioni ad alta temperatura e l'attenuazione di potenza dei trasformatori e aumenta la stabilità di funzionamento dell'apparecchiatura.
4. Design completamente chiuso ad alta affidabilitàLa struttura a cavità completamente sigillata garantisce un funzionamento silenzioso senza l'ausilio di ventole. Offre eccellenti capacità di resistenza alla polvere, all'umidità, all'isolamento e alle interferenze elettromagnetiche, adattandosi perfettamente a scenari industriali complessi come sistemi di accumulo di energia rinnovabile, inverter fotovoltaici e colonnine di ricarica esterne, grazie alla sua elevata adattabilità ambientale.
5. Scenari applicativi e valore pratico
Questa scatola di raffreddamento a liquido parallela con tubi di rame integrati è principalmente applicabile a induttori PFC ad alta potenza da 3 kW a 50 kW, trasformatori di commutazione ad alta frequenza, trasformatori di isolamento per accumulo di energia e altri dispositivi di potenza ad alta temperatura. Verificato tramite test pratici, rispetto alle tradizionali soluzioni di raffreddamento ad aria e a raffreddamento a singolo lato, questa struttura riduce l'aumento complessivo della temperatura delle apparecchiature del 40%-60% e riduce notevolmente la differenza di temperatura complessiva. Risolve in modo efficace il problema del surriscaldamento delle apparecchiature durante il funzionamento a pieno carico ad alta potenza e alta frequenza per lunghi periodi, prolunga efficacemente la durata dei componenti e garantisce un funzionamento stabile a lungo termine delle apparecchiature di potenza.
6. CONCLUSIONE
Con l'obiettivo di affrontare i problemi comuni riscontrati negli induttori e nei trasformatori di potenza, come l'accumulo di calore in ambienti chiusi, la dissipazione del calore non uniforme e l'aumento incontrollato della temperatura a pieno carico, TECNOLOGIA KENFA Sfruttando una consolidata esperienza nella gestione termica industriale, lancia una soluzione di raffreddamento a liquido dedicata, altamente affidabile, efficiente e producibile in serie. Grazie a una struttura di tenuta assemblata a cinque piastre, un design di equalizzazione del flusso parallelo a doppio tubo di rame da Φ10 mm, un'accurata corrispondenza del flusso a 15 L/min e un processo di riempimento sottovuoto con colla a temperatura uniforme, questa struttura offre uno scambio termico uniforme e una resistenza termica estremamente bassa. Risolve efficacemente il problema della dissipazione del calore nei dispositivi di potenza elevata e fornisce un solido supporto tecnico per la gestione termica, favorendo la miniaturizzazione, l'alta densità di potenza e l'aggiornamento a lungo termine di sistemi di accumulo di energia, inverter fotovoltaici, colonnine di ricarica ad alta potenza e alimentatori industriali ad alta frequenza.