Hoe snelkoppelingen de onderhoudskosten van windturbines verlagen en IGBT-storingen voorkomen

Elektronische stroomomvormers in windturbines zijn kritische componenten. Volgens een artikel in het wetenschappelijk tijdschrift MDPI (bron: MDPI) is dit onderdeel de component met het hoogste uitvalpercentage.De meest voorkomende oorzaak is het falen van de warmteafvoer, wat leidt tot stilstand, verlies van inkomsten en hoge onderhoudskosten. Met een effectief thermisch beheer, geoptimaliseerd door het gebruik van snelkoppelingen, kan dit worden verminderd en de levensduur van de IGBT's worden verlengd.

De snelle ontwikkeling in de vermogenselektronica maakt het noodzakelijk om efficiënte en moderne koelconcepten te ontwikkelen. Onvoldoende koeling is nog steeds een wijdverbreid probleem dat leidt tot een lager systeemrendement of, in het ergste geval, tot uitval van het systeem.

In een elektronische vermogensomzetter is de transistor, of beter gezegd de IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor), een belangrijk onderdeel. Door de enorme warmte die door dit onderdeel wordt opgewekt, is voor een betrouwbaar thermisch beheer vloeistofkoeling nodig. In het volgende voorbeeld worden de afzonderlijke processtappen van de huidige conversie door een elektronische convertor globaal uitgelegd: 

1. De generator in de windturbine produceert wisselstroom
2. De wisselstroom wordt dan omgezet in gelijkstroom, waardoor de IGBT thermisch wordt belast
3. De gelijkstroom wordt dan weer omgezet in wisselstroom, nu op de juiste spanning en frequentie, zodat deze stroom...
4. ...kan aan het net worden gevoed. Zoals hierboven beschreven wordt de IGBT door dit proces thermisch belast. Als de warmte niet effectief wordt afgevoerd, bestaat het risico dat de IGBT doorbrandt, met als gevolg dat het systeem uitvalt en stilvalt

Voorkom kostbare IGBT-fouten als gevolg van onvoldoende koeling

Onvoldoende koeling leidt tot een kortere levensduur, in het ergste geval tot het doorbranden van de modules. Het kan dus een dure les worden als de warmte van elektronische stroomomvormers in windturbines niet efficiënt wordt afgevoerd. Naast de stilstand en het verlies aan inkomsten kunnen de onderhoudskosten van een mislukte IGBT oplopen tot € 100.000 per dag. Dit geldt vooral als het gaat om een offshore windturbine die het gebruik van schepen, drijvende kranen of zelfs een helikopter vereist. Daarom loont de investering in hoogwaardige componenten van een thermisch managementsysteem zich om onnodige en dure storingen te voorkomen.

Snelkoppelingen maken het mogelijk om met vloeistof gevulde modules te werken

Als het noodlot toeslaat en de IGBT het einde van zijn levensduur heeft bereikt, zal een geoptimaliseerd ontwerp met snelkoppelingen de onderhoudswerkzaamheden ter plaatse versnellen en de uitvaltijd van het systeem tot een minimum beperken. Complete IGBT-modules met voorgevulde koelleidingen kunnen eenvoudig worden aangesloten zonder dat het koelsysteem in de smalle ruimte van de gondel hoeft te worden geleegd en bijgevuld.
Dankzij het gebruik van hoogwaardige, niet-druppelende snelkoppelingen zijn er geen problemen met vloeistofplassen of lekken. Koppel een bestaande IGBT-module los, sluit de nieuwe module aan en hij is klaar voor gebruik. De uitgebrande module kan dan naar de werkplaats worden teruggebracht om te worden geleegd, de IGBT's te vervangen en te worden gevuld.

Dankzij het gebruik van hoogwaardige, niet-druppelende snelkoppelingen zijn er geen problemen met vloeistofplassen of lekken. Koppel een bestaande IGBT-module los, sluit de nieuwe module aan en hij is klaar voor gebruik. De uitgebrande module kan dan naar de werkplaats worden teruggebracht om te worden geleegd, de IGBT's te vervangen en te worden gevuld. In vergelijking met andere verbindingselementen verminderen snelkoppelingen de montage- en aansluittijden. Zo kunnen tijdrovende, kostbare processen in service en bij de productie van converters worden geperfectioneerd. Snelkoppelingen zijn eenvoudig te installeren, zelfs op moeilijk bereikbare plaatsen van de installatie, en kunnen zo de inspanning en kosten van latere montagewerkzaamheden verminderen.

Ontworpen om trillingen te weerstaan

Een andere grote uitdaging voor windturbines is de mechanische trilling. De trillingen zijn de reden waarom schroeven, moeren en bouten los kunnen raken. Daardoor leiden trillingen ook tot het loskomen van flensboutverbindingen en bovendien tot lekkages in gesloten koelcircuits. Net als bij oververhitting kunnen lekkages hoge onderhoudskosten veroorzaken. Lekkage is iets wat betrouwbare en hoogwaardige snelkoppelingen kunnen voorkomen.

De CEJN ultraFLOW-serie koppelingen zijn uitstekende producten bij het loskoppelen van afzonderlijke modules van het koelcircuit. Het vlakdichtende klepontwerp van de ultraFLOW-koppelingssystemen maakt een betrouwbare en lekvrije ontkoppeling van de modules van het koelcircuit mogelijk, in tegenstelling tot de traditionele klepontwerpen.

Door gebruik te maken van een CEJN ultraFLOW-koppeling kunnen technici het volledige koelcircuit, tot 200 liter, leegzuigen. In plaats daarvan hoeft alleen de resterende hoeveelheid koelvloeistof in de module te worden bijgevuld.

 

Geschreven door:

Kenneth Kjellberg
Division Manager Engineering

---