The improvement of enclosure protection class of power electronics device

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin vaihtoehtoja tehoelektroniikkalaitteiden kotelointiluokan kehittämiseksi. Haasteena paremman suojauksen suunnittelussa on laitteiden tuottama suuri määrä lämpöä, joka vaatii tehokkaan jäähdytyksen. Työn tuloksena saatu prototyyppi IP33 luokkaa varten täyttää standardissa SFS-EN 60529+A1 asetetut vaatimukset kyseiselle kotelointiluokalle. Rakenteessa ja valmistettavuudessa havaittiin muutama ongelma, jotka ovat korjattavissa pienillä muutoksilla. Korkeampia suojausluokkia varten testattiin IP54-luokiteltujen filtterituulettimien vaikutusta laitteen jäähdytykseen. Testien perusteella jäähdytysteho on riittävä ja filtterituulettimet todettiin toimivaksi ratkaisuksi korkeammille suojausluokille. Työn perusteella voidaan todeta, että nykyiset laitteet voidaan muokata vastaamaan IP33 luokan vaatimuksia kohtuullisen pienillä muutoksilla. Tätä korkeammat suojausluokat vaatisivat niin suuria muutoksia designiin, että todennäköisesti täysin uuden laitteen suunnittelu olis kannattavin vaihtoehto.

This thesis studies the options to improve the ingress protection class of the enclosure of a power electronics device. The challenge in the design of improved protection is the large amount of heat produced by the devices. A prototype for the IP33 level was obtained as the result of this work. It fulfils the requirements defined in the standard SFS-EN 60529+A1. Some issues were detected in the mechanical design and manufacturability but it is possible to fix them with minor modifications. The IP54 rated filter fans were tested for higher protection classes. The thermal tests were performed in a laboratory to study the effects on the cooling of the device. The sufficient cooling power was verified and the filter fans were found to be an applicable solution for the higher degrees of protection. The study shows that the current devices can be modified to fulfil the requirements of IP33 class with reasonably small changes. The higher degrees of protection would require major changes to the design. The more profitable option would probably be the design of a whole new device with a higher ingress protection class.