Sinamics G Power Modules 240/250/260 IP e temperatura Verificando condições de temperatura e proteção para Power Modules de acordo com a potência de operação. Marcel Dorti Objetivo: Calcular com referência nas tabelas de perdas dos módulos de potencia a vazão de ar necessaria para manter a temperatura do conversor em suas condições de operação. Aviso: Este documento apresenta dicas e exemplos sobre o produto e supõe que o leitor possua conhecimento básico prévio sobre o mesmo. Para informações completas e atualizadas, deve-se consultar o manual do produto. O intuito deste texto é meramente didático, podendo ser alterado pela Siemens sem aviso prévio. Os exemplos devem ser adaptados ao uso final e exaustivamente testados antes de utilizados em projetos reais. Índice 1. Introdução Temperatura nos painéis do Drive e IP... 1 2. Temperatura interna do painel... 2 3. Referências... 7 4. Suporte técnico... 7 1. Temperatura nos painéis do Drive e IP Várias parâmetros influenciam a funcionamento contínuo de drives e motores, dentre os mais importantes estão a temperatura interna do painel e o grau de proteção IP. Este IP nada tem a ver com redes é abreviação de I Protection, os ambientes nos quais os drives estão devem obedecer estes parametros, caso contrário o drive poderá ter problemas no uso contínuo, quanto mais um ambiente está sujeito a poeira e água, não adequado ao seu IP, mais problemas surgirão, o IP segue a norma NBR IEC 60529 - "Graus de proteção para invólucros de equipamentos elétricos (códigos IP). A maioria dos conversores de painel possuem IP 20 como o Sinamics G120C, e os de campo 65, como o G120D. Não somente o invólucro, mas também as entradas e saídas de cabo devem ser protegidas de acordo com seu grau de poteção IP. Em conversores maiores o fator IP é ainda mais gritante se negligenciado, conversores com potências superior a 50 kw devem ser rigorosamente verificados para operarem com ventiladores em ambiente conforme o seu fator IP e temperatura indicada. 16/04/2014 Página 1 / 7
Todos catálogos da Siemens mostram o grau de proteção de IP de seus produtos. Para saber o que signofica o grau de proteção, basta olhar na tabela abaixo: Figura 1 - Tabela IP - FONTE: http://www.selinc.com.br/suporte/tabelagraudeprotecao.htm 2. Temperatura interna do painel Os drives possuem semicondutores que dissipam potência, trocando calor com o ar do painel, este calor se não exaurido pode prejudicar o funcionamento do sistema eletrônico, a potencia exaurida do drive sempre é a diferença da eficiência do real para o ideal. Ex. Se um drive tem 100kW e 97% de rendimento, 3% são perdas, logo 3kW serão dissipados para aquecer o painel. = = 16/04/2014 Página 2 / 7
Sendo: = energia dissipada em Joules [J] (multiplicado por unidade de tempo = potência) = vazão mássica em (m 3 /h) c = coeficiente de condutividade térmica em o C (ar) = 0,000057 (cal/s)/(cm 2 o C/cm) = diferença de temperatura em graus Celsius ( o C ) t = tempo em horas (h) Figura 2 - Energia térmica dissipada e conversores dentro do painel O Q externo é fornecido pelo ar ambiente, através de um ventilador, o ar frio é inserido dentro do painel e trocando calor com o semicondutor que aquece o ar que 16/04/2014 Página 3 / 7
por convecção natural troca calor ao sair do painel. Se o Q externo for de um ambiente com alta temperatura, obviamente as condições de temperaturas serão prejudicadas. Se o ar quente de cima do painel for usado para realimentar o mesmo, mais uma vez a troca de calor será prejudicada, pois haverá mais ar quente no ar frio do que seria necessário para manter o equilíbrio térmico, este curto circuto de temperaturas, deve ser evitado para que não hajam problemas futuros. Figura 3 - Curto circuitos de temperatura, podem ser evitados também com barreiras de ar, internamente. A equação que relaciona o fluxo de ar para troca com os power modules da família Sinamics G PM 2X0 é: 16/04/2014 Página 4 / 7
= ( ) 0,86 Onde: Fluxo de ar = fluxo do ar de entrada (que vem do ventilador) [l/s] P dissipada = Somatório das potências dissipadas no painel [W] = elevação de temperatura permitida, encontrada nos catálogos de drives [ o C] K = erroneamente confundido com Kelvin, este K nada tem a ver com a unidade de temperatura absoluta, é somente uma forma de representar o acréscimo de temperatura, em relação a temperatura ambiente, logo adimensional. Ao dizer que houve um K de 30º, significa que temos 30 graus a mais que a temperatura de referência, e não que elevamos a temperaura em 30 K. Logo, munidos desta equação e da tabela de dissipação dos componentes, podemos verificar o fluxo de ar necessário para manter o painel em uma dada faixa de acréscimo de temperatura, seguem as tabelas de dissipação, encontradas no manual da PM 240: Figura 4 - Tabela frame size, potência e fluxo requerido Figure 5 - Perda de potência em outros componentes colocados no painel 16/04/2014 Página 5 / 7
Aplicam-se para as seguintes condições: Corrente nominal do drive 50 Hz saída 4 khz frequência de pulso Corrente nominal dos reatores e filtros 50 Hz frequência de linha Embora sejam especificações para 50Hz, mesmo sendo 60Hz, o impacto será insignificante no dimensionamento da ventilação nestes tipos de Power Modules. Exemplo: Dimensionar a ventilação para um painel com 4 conversores FSC, filtro de entrada em cada um e reatância de saída em cada, admitindo que a temperatura possa subir até 45º Celsius dentro do painel, sendo a temp. ambiente = 25º C. Vide Figura 4: FSC = 15 kw, logo são necessários para manter o fluxo devido a perdas de: 38 l/s = 38 x 0,001 x 3600 m 3 /h = 136,8 m 3 /h x 4 = 547,2 m 3 /h Vide Figura 5: Filtro = 15W de perdas Reator de saída = 60W de perdas = =4 (15 + 60) = = ( ) 0,86 0,86 = 12,9 = 0,001 3600 =, / Um ventilador de 650 m 3 /h (593,64 + 66,44) certamente poderia ser selecionado, para ponto de vista de projeto é melhor adquirrmos o maior da faixa. 16/04/2014 Página 6 / 7
3. Referências Manual PM 240 - http://support.automation.siemens.com/ww/view/en/71769791 Manual PM 250 - http://support.automation.siemens.com/ww/view/en/37319703 4. Suporte técnico Siemens Industry Sector Customer Service Division / Service Delivery - Technical Support & Hotline Requisição de suporte: /SR Tel.: +55 11 3833-4040 Portal de Suporte: Homepage Brasil: www.siemens.com.br 16/04/2014 Página 7 / 7