具有散熱功能的PLC變頻電機(jī)控制柜設(shè)計

楊代強(qiáng)

[摘 要] PLC變頻電機(jī)控制柜內(nèi)含有很多電子元器件，使用過程中將產(chǎn)生大量熱量，這將導(dǎo)致放置變頻器的控制柜內(nèi)的溫度升高，若不及時散熱將很有可能導(dǎo)致電子元器件的損壞，進(jìn)而造成變頻器無法工作。傳統(tǒng)的散熱裝置為風(fēng)扇，會帶來噪聲和能量損耗等問題。設(shè)計提供了不需要耗費(fèi)額外的能源，同時不會產(chǎn)生噪音的解決方案。

[關(guān) 鍵 詞] 散熱；變頻；電機(jī)；控制柜

[中圖分類號] TM303 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）20-0108-01

一、傳統(tǒng)電機(jī)控制柜散熱問題分析

目前使用中的PLC電機(jī)控制柜大部分通過風(fēng)扇來實現(xiàn)控制柜的散熱，這種散熱結(jié)構(gòu)在使用過程中存在以下幾個問題：（1）風(fēng)扇在運(yùn)行過程中將會產(chǎn)生大量的噪音；（2）為了使控制柜內(nèi)的熱量及時有效地散發(fā)，風(fēng)扇將一直處于運(yùn)行狀態(tài)，但在實際使用過程中，當(dāng)控制柜內(nèi)的溫度較高時風(fēng)扇的散熱作用不大，因此，這種散熱結(jié)構(gòu)一方面風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)需要耗費(fèi)額外的能源；另一方面，當(dāng)控制柜內(nèi)不需要散熱時將造成電能的浪費(fèi)。

二、電機(jī)控制柜設(shè)計

圖1為具有散熱功能的PLC變頻電機(jī)控制柜結(jié)構(gòu)示意圖，1柜體、2柜門、3總控制開關(guān)、4變頻控制電路、5散熱筋。該電機(jī)控制柜包括柜體和柜門，在柜體內(nèi)設(shè)有總控制開關(guān)和多個變頻控制電路，總控制開關(guān)的輸入端接外部電網(wǎng)，總控制開關(guān)的輸出端分別與多個變頻控制電路連接，變頻控制電路的輸出端與外部電機(jī)連接，在柜體上開設(shè)有空腔，在柜體上還設(shè)有若干散熱筋，在每個散熱筋內(nèi)開設(shè)有盲孔，該盲孔與空腔相通進(jìn)而形成柜體的散熱通道，在散熱通道內(nèi)填充有相變材料層。

（一）變頻控制電路

變頻控制電路包括第一電抗器、變頻器、PLC芯片、液晶顯示器和第二電抗器，其中總控制開關(guān)的輸出端與第一電抗器的輸入端連接，第一電抗器的輸出端與變頻器的輸入端連接，變頻器的輸出端與第二電抗器的輸入端連接，第二電抗器的輸出端與外部電機(jī)連接，PLC芯片還與變頻器和液晶顯示器雙向連接，在PLC芯片上還連接有無線通訊模塊。

（二）電抗器

電抗器能減少諧波對變頻器的沖擊，PLC芯片能實現(xiàn)同時對多個變頻器的控制，液晶顯示器能將相關(guān)的控制信號實時顯示，方便操作者實時了解控制柜的工作情況，同時PLC芯片上設(shè)置的無線通訊模塊能將信號與外部上位機(jī)進(jìn)行通訊，實現(xiàn)控制柜的遠(yuǎn)程實時控制。

（三）散熱筋

散熱筋為由鋁型材料制成的散熱筋，散熱筋表面進(jìn)行氧化處理。鋁型材料制成的散熱片相較其他材料的散熱性更好，同時將散熱筋表面氧化處理能有效提高散熱筋的輻射效率，使控制柜內(nèi)的熱量能及時有效地散發(fā)，保證控制柜的溫度適宜。

（四）液晶顯示器

液晶顯示器設(shè)置在柜門上，柜門與柜體鉸接。將液晶顯示器設(shè)置在柜門上，再進(jìn)行觀察時，操作者無需打開柜門就可實時了解控制柜內(nèi)的工作情況，同時柜門與柜體鉸接使柜門的開啟和關(guān)閉均十分方便。

（五）工作原理

當(dāng)該控制柜在工作時，柜體內(nèi)的變頻控制電路的元器件將產(chǎn)生大量熱量，根據(jù)熱傳導(dǎo)原理，該熱量將從元器件處向外散發(fā)并傳遞到柜體的內(nèi)壁上，傳遞到柜體內(nèi)壁的熱量進(jìn)一步傳遞到散熱通道內(nèi)，此時散熱通道內(nèi)的相變材料將吸收該熱量，該熱量將使相變材料發(fā)生狀態(tài)的改變，即相變材料由固態(tài)變?yōu)橐后w，變?yōu)橐簯B(tài)的相變材料將沿散熱通道進(jìn)行流動，流動到散熱筋盲孔內(nèi)的相變材料將進(jìn)一步將該熱量傳遞給散熱筋，由于散熱筋能極大地增加柜體與空氣之間的接觸面積，故通過相變材料傳遞到散熱筋處的熱量能及時有效地通過散熱筋傳遞出去，從而有效地保持控制柜內(nèi)的溫度始終在適宜的范圍。

三、電機(jī)控制柜的優(yōu)點(diǎn)

具有散熱功能的PLC變頻電機(jī)控制柜有以下優(yōu)點(diǎn)：

（一）不會耗費(fèi)額外的能源

本設(shè)計中相變材料的變化完全依靠控制柜產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)，不需要額外的能源。

（二）溫度范圍始終保持在最適合

當(dāng)控制柜內(nèi)的溫度達(dá)到需要冷卻的溫度時，相變材料吸熱進(jìn)行冷卻，當(dāng)控制柜內(nèi)的溫度不需要散熱時，相變材料狀態(tài)不變，控制柜進(jìn)行自然散熱，故本方案能自動根據(jù)控制柜內(nèi)的溫度情況進(jìn)行散熱，使控制柜始終保持在最適合的溫度范圍。

（三）無噪聲

散熱過程是利用特殊材料和巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)，因此散熱時不會存在傳統(tǒng)風(fēng)扇散熱時的噪聲問題，整個工作環(huán)境良好。

四、結(jié)束語

由于PLC變頻電機(jī)控制柜存在大量的電子元器件，這些元器件會產(chǎn)生大量熱量。因此，為了讓電子設(shè)備可靠、穩(wěn)定地工作，控制柜就必須解決散熱問題。本設(shè)計利用在柜體開設(shè)空腔、設(shè)置散熱筋，并在散熱筋內(nèi)開設(shè)盲孔，在散熱通道內(nèi)填充相變材料等解決了傳統(tǒng)風(fēng)扇噪聲和能源浪費(fèi)等問題。

參考文獻(xiàn)：

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