Как сделать охлаждение в шкафу
Обновлено: 07.07.2024
Частый вопрос - как рассчитать охлаждение электрошкафа? С одной стороны - это комплексный вопрос, с другой, есть две простые формулы, которые позволяют определить необходимое охлаждение электрошкафа через расчёт изменения температуры.
Большинство электронных приборов и компонентов при своей работе выделяют избыточное тепло. Чем опасен перегрев - перегрев электронных компонентов приводит к их ускоренной деградации с последующим выходом из строя. Так как температура большинства электронных компонентов ограничена до 70°C, максимальная температура охлаждающего воздуха, окружающего преобразователь (температура окружающей среды) или подаваемого в него (охлаждающий воздух), ограничена до 50°C. Для некоторых типов устройств и приложений граница составляет 40°C. Стандартно эта информация указана в руководстве по эксплуатации и в технических параметрах устройств. Также отметим, что внутренняя переходная температура между электронными компонентами и радиатором приблизительно находится между 125°C и 150°C.
Как может быть реализовано охлаждения электрошкафа?
- конвекционное охлаждение
- принудительное воздушное охлаждение шкафа
- принудительное воздушное охлаждение через вентиляционные каналы
- жидкостное охлаждение
- охлаждение с помощью теплообменников и кондиционеров
Какие данные необходимы для расчета охлаждения?
- Выделяемая тепловая энергия при полной нагрузке
(= температура окружающей среды внутри электрошкафа). - Максимальная температура воздуха вне электрошкафа или температура подаваемого в электрошкаф воздуха.
- Данные расчетов изменения температуры.
Общая мощность тепловых потерь
Общая мощность тепловых потерь - это сумма всех потерь энергии в электрошкафу. Оно должно учитывать все находящиеся в электрошкафу устройства, излучающие тепло, к примеру, трансформаторы, дроссели, блоки питания, преобразователи со всеми принадлежностями и т. д.
Тепловые потери преобразователя
КПД преобразователя указывается равным 97% или 95% – 97%. Но эти данные относятся не к указанной в справочнике “мощности привода”, а к используемой преобразователем электроэнергии.
Например, преобразователь 7,5 кВт с двигателем 7,5 кВт отдает 7,5 кВт механической энергии на валу.
Но по физическим причинам возникают механические и электрические потери в силовой системе привода (преобразователь двигатель механика). Поэтому мощность преобразователя на 7,5 кВт механической мощности равна приблизительно от 9 до 10 кВт электрической (около 10-12 кВА).
Также, к сожалению, не всегда для каждого преобразователя или его опции доступны данные по тепловыделению.
Если данные отсутствуют, то за величину потерь при полной нагрузке преобразователя можно взять 6% от номинального значения в кВт.
Для нагрузок ниже полной могут использоваться пропорциональные полной нагрузке значения, но не ниже 25% от потерь при полной нагрузке .
У преобразователей низкой мощности (ниже 1 кВт) потери выше.
Потери у преобразователей со встроенными или без встроенных фильтров практически идентичны.
Тепловыделение от комплектующих
Преобразователи часто комплектуются входными или выходными дросселями. Тепловыделение этих компонентов также должны быть включены в общее тепловыделение электрошкафа (вместе с другим оборудованием).
И здесь тепловыделение для режима частичной нагрузки может быть рассчитаны заново, но уже не ниже 50% .
Если в электрошкафу установлены тормозные резисторы, то их тепловыделение (в зависимости от нагрузочного цикла) в обязательном порядке должно быть учтено в вычислениях! А лучший вариант вынести тормозные резисторы на крышу шкафа.
Для расчёта необходимо знать мощность потерь для всех компонентов электрошкафа:
Определение температуры в помещении и температуры охлаждающего воздуха
Важно определить температуру воздуха, поступающего в электрошкаф. Необходимо учитывать время года, инсоляцию и другое оборудование. Значения температуры на большой производстве, на котором в летний период работает всё оборудование, могут кардинально отличаться от таковых в зимний период.
Собственно необходимо рассчитать прирост температуры.
Для расчета прироста температуры в электрошкафу можно использовать две простые формулы.
Формула для шкафа с конвекционным охлаждением (естественное охлаждение)
Если внешний воздух в электрошкаф не подается и если охлаждающий вентилятор для воздухообмена в электрошкафу не установлен, то прирост температуры может быть рассчитан из общей мощности тепловыделения излучаемой в электрошкафу и облучаемой поверхности электрошкафа следующим образом:
В современных условиях для промышленных процессов все больше внимания уделяется проблемам экологии и способам эффективного расхода электроэнергии. Поэтому теперь при выборе оборудования руководствуются также таким критерием, как энергоэффективность.
С развитием промышленности оборудование становится все более сложным и для контроля и управления им в распределительных шкафах используется более мощное оборудование. В связи с повышением тепловыделения от электроприборов в шкафу управления, задача обеспечения оптимального микроклимата становится все более значимой. В данной статье мы рассмотрим наиболее эффективные решения для обеспечения правильной температуры в распределительных шкафах автоматики.
Зачем нужен шкаф управления и автоматики?
Основной задачей электротехнического щита управления является защита электроприборов и компонентов оборудования от влияния температуры, влажности, пыли, агрессивных сред и прочих внешних факторов.
Если в шкафу управления недостаточная защита от негативного воздействия окружающей среды, электроприборы в нем могут выйти из строя, что приведет не только к необходимости обновления дорогостоящих компонентов, но и к поломке и остановке всей производственной линии. Поэтому главная задача щита управления – это обеспечение долгосрочной защиты электрооборудования и компонентов.
В зависимости от типа окружающей среды необходимо применять шкафы управления с определенными степенями защиты. Коды степеней защиты обозначаются цифрами, основные обозначения степеней защиты можно посмотреть в таблице:
Степени защиты IP от проникновения
Степени защиты IP от воды
Зачем нужно охлаждение электротехнического шкафа автоматики?
Наряду с отрицательным влиянием повышенной влажности и пыли, перегрев является наиболее частой причиной выхода из строя электронных компонентов в шкафах управления.
Если сравнивать современные шкафы автоматики и те, которые изготавливались несколькими годами ранее, сейчас тепловыделение отдельных элементов в шкафу управления становится намного меньше, чем раньше. Однако вместе с этим в щитах автоматики сейчас помещается намного большее количество различных компонентов, и из-за этого общее тепловыделение шкафа автоматики повысилось примерно на 50-60%.
При повышенном тепловыделении в шкафу повышается температура воздуха, что приводит к перегреву, уменьшению срока службы устройств. При превышении оптимальной температуры даже на 10 градусов, срок службы устройств уменьшается вдвое (смотрите уравнение Аррениуса).
Типы отвода тепла
Для обеспечения беспрерывной работы производственного оборудования очень важным является способ отвода тепла из электротехнического шкафа управления.
Есть такие варианты теплопередачи:
Наиболее частые типы передачи тепла, которые встречаются в шкафах управления, это конвекция и теплопроводность. Наличие данных типов теплопередачи зависит от типа шкафа управления (открытый или закрытый), его герметичности и прочих факторов.
В шкафах управления открытого типа избыточное тепло отводится при помощи воздушного потока за пределы шкафа, таким образом, это теплопроводность. Когда щит управления закрыт, то отвод тепла может осуществляться лишь через стенки корпуса – конвекцией.
Рассчитаем тепловой баланс и выберем вентилятор охлаждения шкафа по методике МЭК 60 890. После подготовки такой расчет займёт не больше минуты, конечно если все данные известны. Понадобится: рассеиваемая оборудованием мощность, габариты шкафа, температура окружающей среды и допустимая температура в шкафу.
Зачем вентилятор в НКУ
Вентилятор понадобится если в шкафу чувствительное оборудование, например — источник бесперебойного питания (ИБП). Аккумуляторные батареи, встроенные в ИБП, начинают кипеть во время заряда если температура выше 30°С. Конечно, срок службы батарей зависит и от других факторов, но если ИБП закрыть в герметичном шкафу, то срок их службы может сократиться до одного года. При повышении температуры в шкафу до 50°С появляется риск выхода из строя силовой части: перегреваются транзисторы, диоды, трансформаторы.
Активные компоненты — транзисторы выделяют тепло во время работы из-за чего их температура превышает температуру окружающей среды. Транзистор может нагреваться до 150°С, работая на пределе своих возможностей и распространяя выделенное тепло на соседние компоненты. Например, в преобразователе частоты, управляющем электродвигателем в 45 кВт, во время работы выделяется 1,3 кВт тепловой энергии. Если эту энергию не выводить за пределы шкафа, то сработает защита и преобразователь частоты остановит двигатель, останавливая и производство — работу крана, конвейера или насоса. Кроме того, срок службы самого преобразователя частоты и окружающих его компонентов сократится.
Силовые шины, автоматические выключатели, реле и другое оборудование так же выделяет тепло, но они обычно не требуют дополнительного охлаждения. Вентилятор — потенциальная точка отказа, поэтому профессиональные проектировщики НКУ создают условия при которых шкаф будет справляться с охлаждением без помощи вентиляторов. Избежать перегрева помогает расчёт теплового баланса — подбор необходимого режима работы силовых шин и организация естественной вентиляции шкафа.
Краткий расчёт
Для того что бы избежать ошибок при проектировании европейцы максимально упростили расчет теплового баланса и описали его в стандарте МЭК 60 890 (ранее МЭК 890). Стандарт подробно описывает методику расчета и подбора климатического оборудования, но мы будем рассматривать только подбор вентиляторов для того, чтобы максимально просто объяснить, как это сделать на практике.
Ограничения — краткий расчет не учитывает способность шкафа рассеивать тепло без вентилятора. Это не критично если внутри стоит оборудование с большим тепловыделением, например - частотный преобразователь. Упрощение не занижает требуемый воздушный поток вентилятора, поэтому приемлемо.
Исходные данные
Ti, °C — Температура внутри оболочки
Te, °C — Температура наружного воздуха
ΔT, °C — Разность между температурой внутри оболочки и температурой наружного воздуха ΔT = (Ti – Te)
Qv, Вт — Тепловыделение оборудования, установленного в шкафу. Вычисляется как суммарное значение всех электроприборов, установленных в шкафу.
V, м 3 /ч — Необходимый объёмный расход фильтрующего вентилятора.
Например
Установим в шкаф частотный преобразователь 11 кВт — ATV212HD11N4, его рассеиваемая мощность по каталогу Qv = 430 Вт. Максимальная температура эксплуатации частотного преобразователя по каталогу 40 0 С. Примем, что температура воздуха в помещении не поднимается выше 35 0 С даже в летнее время.
ΔT = 40 0 С - 35 0 С = 5 0 С
Вентиляторы подходят для охлаждения электрошкафа, если максимальная температура окружающего воздуха ниже требуемой температуры внутри оболочки не менее чем на 5 °C, а требуемая степень защиты шкафа не превышает IP55 — защита от пыли и струй воды. Что делать если ваше оборудование не подходит под эти требования мы опишем в конце статьи.
V = 3,1*430Вт / 5 0 С = 266 м 3 /ч
Или по графику
Также зная Qv и ΔT мощность фильтрующего вентилятора можно определить с помощью диаграммы
Подробный расчёт
Помимо описанных ранее физических величин, необходимо определить эффективную поверхность теплообмена шкафа в зависимости от способа установки.
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Извините, но возможно опять глупый вопрос: что такое Ку, полигон, гейн. Огромное спасибо, что Вы пытаитесь помочь.
та ничего не надо там перематывать. пару-тройку витков просунуть поверх скотча желтого, синфазно с допобмоткой включить подпаятйца прям на место резистора эр13, в делитель 431 включить два одинаковых резисторра, например 2,4к/2,4к, снизить номинал втрое в котоде 431 и викинуть на юх 7805. кроме потерь тол от неё равен нулю.
посмотрите на почту, я Вам схему с пп сбросил, по схеме искать баланс на платах, если аккуратно выпаять, то он там не нужен. этого не может быть, Ку значит "ни какой" попробуйте "без заземления руки", просто иголкой тыкая (распиновка в сервис маниале, земля, кажись по средине, на полигон дорожка есть), остальные 4 - два вход, два выход (нужен вход, чтоб гейн накручивать)
Читайте также: