电气控制柜散热方法的比较分析

1、M a n u f a c t u r i n g E x p e r ie n c e I I 制 造经验 电气控制柜散热方法 的比较分析 顾忠仁 ( 苏州托克斯冲压技术有限公司 江苏苏州 2 1 5 4 0 0 ) 1 引言 在电气设备的安装过程中，越来 越多的电气控制柜被安装在现场或机 械设备附近 ，这样既可以节省安装费 用又可以减少安装过程的复杂程度。 但是工业现场的环境是各不相同 的 ， 有的比较 理想 ， 但是 不少现场的环 境是比较恶劣的， 例如高温、 粉尘、 水 汽等。 另外， 随着变频调速等新技术的 日益普及以及为 了满足各种控制需要 ， 电气控制柜 中的发热元件的使用也越

2、来越普遍，例如 ：变频器、固态继电 器、 变压器、 各种整流模块等等。 为了 保证电气控制柜中各元器件的正常工 作，采用热交换器等来保证电气控制 柜 内保持一定的温度是很有必要的 。 现在一般采用风扇 ( 过滤风扇) 、 工业空调器、热交换器等方法。 现就各种方法及注意事项作些简 单介绍。 2 风扇 ( 过滤风扇) 风扇( 过滤风扇) 特别适用于经济 的排出高热负载。 只有在柜内温度高于环境温度时， 使用风扇 ( 过滤风扇)才是有效的。 因为热空气比冷空气轻 ，柜内空 气流向应当是由下往上 ， 因此， 通常情 况下，应在柜体的前门或者侧壁板的 下方作为进气1：3，上方作为排气1：3。 如果工作

3、现场的环境比较理想， 没有粉尘、 油雾、 水汽等影响电气控制 柜 内的各元器件正常工作的 ，可采用 进气1：3装风扇 ( 轴流风机) ， 排气1：3 有 可能的话加 装一装饰板 ，进气 1：3 为 了 安全和美观，可以在外面加装一风机 装饰板。 如果工作现场的环境不理想，含 有粉尘、 油雾、 水汽等影响电气控制柜 内的各元器件正常工作的 ，那就应 该 在进气 1：3 选用过滤风扇，在排气1：3选 用过滤栅， 以防止粉尘、 油雾、 水汽等 进入电气控制柜内。现在国内外有不 少厂家都有成熟的产品供应，安装简 单方便 ，而且可以很方便地更换其中 的过滤垫。过滤垫一般分为无纺纤维 过滤垫和细过滤垫，其

4、中无纺纤维过 滤 垫用于防止 1 0 u m以上的灰尘颗粒 ， 细过 滤垫用于防止 1 0 u m以下的灰尘 颗粒。 但是选用过滤风扇时， 柜内外的 空气是没有隔绝的 ，仍然有可能 因为 灰尘、 水汽、 腐蚀性气体的进入而损坏 元器件及影响元器件正常工作。 风扇( 过滤风扇) 是使用最普遍的 方法。 风扇 ( 过滤风扇) 的选型可以根 据柜内温度与环境温度的差值以及柜 内热损耗在风扇的特性曲线表中选取。 3 空调 风扇适用于柜内温度高于环境温 度，但是当环境温度高于柜内温度或 者环境温度高于 柜内要求的温度 ( 一 般为 3 5 )时 ，那就应 该考虑使 用工 业空调器了。还有当柜内外空气循环

5、 要求隔绝时，也应该考虑使用工业空 调器。 空调采用压缩机制冷原理进行强 力制冷，实现对电气控制柜内部温度 的恒温控制 ，由于 电气控制柜 内外空 气循环相互隔绝 ，故可 以有 效地 防止 有害、潮湿的气体及粉尘进入柜内。 空调按 照其安 装方式 ，一般可以 分为：壁挂式 ( 侧装式、 嵌入式及柜内 架装式)和顶装式。 空调的选型也是根据柜内温度与 环境温度的差值以及柜内热损耗，从 而确定空调所需要的制冷量来选取 的，现在一般都是按照德国威图公司 提供的经验公式来选取的。其计算如 下： Q = Q 一 KA T 式中Q 总的制冷量 ( w) ； Q 柜内元器件总的热损耗 ( w) ； 热传导系

6、数 ( w， m K) ， 其值根据柜体材料不同而不同，一般 来说，钢板为5 5 ，铝板为 l 1 ，塑料为 0 3： A柜体实际散热面积 ( m ) 。 柜体的安装方式对柜体的散热有 较大影响，威图提供了如下几种典型 2 o o 6 年第 2 期 I 【 一量l 2 9 维普资讯 制造经验I I M a n u f a c t u r i n g E x p e r ie n c e 安装方式的散热面积的计算： ( 宽=柜体宽，高=柜体高，深 = 柜体深 ) 单个柜体，四周有空： A =1 8 高 ( 宽 +深 ) +1 4宽 深 单个柜体，用于壁装： A =1 4宽 ( 高 +深 ) +

7、1 8深 高 起始或终端柜体，四周有空： A =I 4宽 ( 高+深)+ 1 8宽 高 起始或终端柜体，用于壁装： A =I 4 x高x ( 宽+深) +1 4宽 深 位于中间的柜体，四周有空： A =1 8宽 高+ 1 4宽 深+ 深 高 位于中间的柜体，用于壁装： A =1 4宽 ( 高+深)+深 高 位于中间的柜体， 用于壁装， 顶部 覆盖 ： A =1 4宽 高+ O 7宽 深+ 深 高 式中 柜体内外的温差。 柜体内部的温度( 一般为3 5 ) 减 去柜体外面的温度 ( 即工作现场的环 境温度) 。 空调安装时应该注意以下几点 ： 1 ) 电气控制柜必须密封。 2 ) 顶装空调器不能

8、将 电气控 制柜 的顶板压弯，必要时应加强顶板。 3 ) 一定要注意冷凝水的排出，在 安装结束后应该将冷凝管插入导出孔， 防止冷凝水流入柜体内。现在已经有 生产厂家生产无冷凝水排出的空调 ( 冷凝水迅速汽化) 。 4 ) 应该加装门开关，在门打开时 应切断空调装置，避免在柜内产生凝 露， 同时在门关上5 分钟之后才能再次 接通空调装置。 5 ) 保持柜内空气回路的畅通，在 进风 17 1 及出风 17 1 避免受阻。 随着空调技术的日益成熟，愈来 愈多的用户都提出电气控制柜加装空 调的要求，现在国内外已有不少厂家 生产各种规格的壁挂式和顶装式空调， 3 O 1 _ 【 量 2 o o 6 年

9、第2 期 最大制冷量可达4 O 0 0 W以上， 可以满 足各种用户的要求。另外为了满足户 外型电气控制柜散热和通风的需要 ， 有的生产厂家还生产户外型空调器。 4 热交换器 当柜内外空气循环要求隔绝时 ， 还可以考虑使用热交换器。 热交换器按照其冷却介质，一般 可以分为 ：空气 空 气热交换 器 ( 冷 却介质为空 气) 、 空气 水热交换器 ( 冷 却介质为水 ) ；它们按安装方式，均可 分为：壁挂式和顶装式。 空气 空气热交 换器有两 个相互 隔离的空气流动空间，一个与电气控 制柜相通， 另一个与外部空间相通， 柜 内的热空气被吸入热交换器内，热空 气的热量通过散热片由热管传到热交 换器

10、的另一端，然后通过外部空气的 流动将热量排到大气中。使用这种热 交换器的前提条件是环境温度必须低 于柜内温度。 空气 水热交换 器， 其工作原理 与 空气 空气热交换器是一样的， 只是冷 却介质是水 ， 其优点是专门用于多尘、 多油及高热负载的地方。可以通过调 节进17 1 水温度和流量来改变热交换器 的功率。但是，必须要有水源。 热交换器的选型与风扇及空调的 选型是 相似 的。 5 其他 如果工作现场的环境比较理想 ， 电气控制柜中发热元器件很少，其发 热量完全可以通过柜体 自身的散热解 决时，可以不考虑散热措施。 当环境温度比较高，或者因为其 他原因，不适合于采用以上散热方法 时， 可能需

11、要建立一个电气控制室， 用 来放置电气控制柜。电气控制室可以 建立在远离现场的地方，这样就不受 现场的影响， 但是就增加了电缆铺设、 土建施工、 空调安装等费用， 而且对于 需要经常操作时， 这样也很不方便； 也 可以建立在现场，可能会受现场的影 响，但是可以节省大量的电缆铺设的 费用，只需土建施工及空调安装的费 用， 操作方便。 最简便的办法就是用铝 合金等在现场建一个电气控制室，这 样可以基本消除现场对电气控制柜的 影响，我认为这是一个简单易行的办 法。 太仓宏大方圆电气有限公司为经 纬纺机J WF K6 一l 0 型高速弹力丝机配 套的电气控制柜内有8 台变频器， 2 台 1 0 0 0 k VA的变压器，3 0个固态继电 器以及其他元器件，我们采用了加装 过滤风扇及加装顶装式空调两种散热 方法，基本满足各种用户的要求。但 是，我们在2 0 0 3 年8月初用户服务时 发现浙江一用户一个车间里安装了6 台套J WF K 61 0 型高速弹力丝机， 加 上这年持续高温，车间内环境温度接 近5 0 C，电气控制柜是采用过滤风扇 的， 已经不起作用， 即使加装空调， 长 时间在如此高的环境温度下工作，空 调也将无法正常工作。因此在这