Learning Centre

Optimising air cooling for drive enclosures

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Koskinen, Matti
dc.contributor.author Lehtisalo, Leevi
dc.date.accessioned 2016-06-17T12:34:33Z
dc.date.available 2016-06-17T12:34:33Z
dc.date.issued 2016-06-13
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20915
dc.description.abstract Electrical drives have continuously developed into more compact and powerful systems. Competition in this business is high, and to stay in the business it is important to keep product costs low without decreasing the quality. Cost cuts are achieved, when products are optimised by changing their design into a more adequate form. This thesis focused in optimising the air cooling of ACS880 inverters from frame sizes R1i to R4i inside Rittal cabinets, by comparing three different outlet types. The comparison was done on FloeEFD simulation software. ABB offers kits for system integrator customers, who prefer to build the drive systems themselves. These customers have been instructed to order a roof fan outlet from ABB to ensure sufficient air cooling inside a Rittal cabinet, when using inverter modules from frame sizes R1i to R4i. The first goal of this thesis was to find out, whether the airflow would be sufficient in terms of air cooling if the fan was removed from the outlet. The airflow through the cabinet would then be generated by the fans inside the inverter modules. Second goal was to find out, if an elevated roof outlet from Rittal would be more efficient for air cooling than the outlet from ABB with fan removed. All the inverter modules were tested inside a wind tunnel to collect pressure drop and air volume flow data. The test results were then used to find out the modules which would most likely overheat and these modules were chosen for further simulations. The simulation models were simplified by removing unnecessary features of the CAD models which would not have an effect on the final results. The simulation results stated that when maximum amount of R4i modules are installed in a 600 mm wide Rittal cabinet without a roof fan, the ambient temperature of the cabinet will rise too high for the modules to operate reliably. Therefore, the roof fan remains the most secure and efficient solution as an outlet. However, the elevated roof outlet proved to be more efficient than the ABB outlet when the fan was removed. The elevated outlet could bring some benefits in the future due to its simple and space effective design, but to be able to use it, some further investigation and designing should be done. en
dc.description.abstract Taajuusmuuttajat ovat ajan saatossa kehittyneet yhä kompaktimmiksi ja tehokkaammiksi, mutta samalla myös kilpailu alalla on koventunut. Jotta tuotteet saadaan myytyä voitolla, täytyy tuotantokustannuksien pysyä alhaalla laadusta tinkimättä. Tuotantokustannuksia voidaan karsia optimoimalla tuotteita enemmän laatua vastaavaan muotoon. Tässä työssä pyrittiin optimoimaan ACS880 R1i – R4i -invertterikaappien ilmajäähdytystä, vertaamalla kolmea eri ilmanpoistorakennetta. Vertailut suoritettiin FloEFD-simulointiohjelmalla. Tutkimuksissa käytettiin Rittalin TS8-kaappimallia. ABB tarjoaa järjestelmäintegroija-asiakkailleen kittejä, joista taajuusmuuttaja on mahdollista koota itse. Näitä asiakkaita on R1i – R4i moduulien tilauksen yhteydessä ohjeistettu hankkimaan myös kattopuhallinkitti, jonka avulla varmistuu, etteivät kaappi ja sen komponentit pääse ylikuumenemaan. Tutkimuksen ensimmäinen tavoite oli selvittää, onko R1i – R4i -invertterejä mahdollista käyttää ilman kattopuhallinta säilyttämällä sama toimintavarmuus. Näin ollen ilmanvirta kaapin läpi olisi kokonaan tuotettu moduulien sisällä olevilla puhaltimilla. Toinen tavoite oli selvittää toimiiko Rittalin tarjoama korotettu kattorakenne paremmin ABB:n kattorakenteeseen verrattuna, kun puhallinta ei ole käytössä. Kaikki moduulit testattiin tuulitunnelissa, jossa kerättiin tietoa moduulien painehäviöistä ja ilmavirran tuotosta. Näiden testien perusteella valittiin todennäköisimmin ylikuumentumisriskin aiheuttavat moduulit simulointeja varten. Simulointimalleja yksinkertaistettiin poistamalla käytetyistä CAD-malleista ominaisuuksia, joilla ei ole simulointituloksien kannalta merkitystä. Lopullisten tulosten perusteella R4i-moduulit tuottivat liikaa lämpöä Rittalin 600 mm leveässä kaapissa ilman kattopuhallinta toimiakseen luotettavasti. Näin ollen kattopuhallinratkaisu säilyy suositeltuna ilmanpoistoratkaisuna johtuen sen tehokkaista jäähdytysominaisuuksista. Rittalin tarjoama korotettu kattorakenne paljastui kuitenkin tehokkaammaksi kuin ABB:n kattorakenne ilman puhallinta. Korotettu katto voi myöhemmin vielä tuoda etua sen kompaktin ja yksinkertaisen rakenteen vuoksi, mutta jotta se voitaisiin ottaa käyttöön R1i - R4i -moduuleilla, vaatii se lisätutkimuksia sekä suunnittelutyötä. fi
dc.format.extent 81
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Optimising air cooling for drive enclosures en
dc.title Taajuusmuuttajakaappien ilmajäähdytyksen optimointi fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword power electronics en
dc.subject.keyword inverter en
dc.subject.keyword air cooling en
dc.subject.keyword outlet en
dc.subject.keyword cabinet en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201606172523
dc.programme.major Tuotekehitys fi
dc.programme.mcode K112-3 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Ekman, Kalevi
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi
local.aalto.openaccess yes
dc.rights.accesslevel openAccess
local.aalto.idinssi 53955
dc.type.publication masterThesis
dc.type.okm G2 Pro gradu, diplomityö


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse