Kaip kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius sprendžia šilumos šalinimo problemas miniatiūriniuose valdymo moduliuose

Šiuolaikinėse automatizavimo plokštėse PLC, servoriniai varikliai ir relės moduliai sumontuojami į perkrautus DIN bėgelius, o išskleidžiama šiluma neturi kur išeiti. Kai korpuso tūris mažas, bet komponentų tankis nuolat didėja, kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius tampa praktišku sprendimu. Be aktyvaus oro srauto vidinė temperatūra kyla, kol šiluminiai išjungimai nutraukia gamybą.

Kodėl mažieji valdymo moduliai perkaista

Kaip kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius tiksliai nukreipiamas į modulių karščio taškus

Kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius veikia pakeisdamas nejudančią orą nuolatine srove, kuri pašalina šilumą nuo karštų komponentų paviršių. Puslaidininkių prietaisai PLC arba servoriniame variklyje išsklaido energiją kaip šiluminę varžą, kuri susidaro tarp sandūros ir aplinkinio oro. Priverstinė konvekcija sumažina šią varžą, nes judantis oras pašalina šiltą ribinį sluoksnį greičiau nei tai galėtų padaryti natūrali pakilimo jėga. Sparnų ratas pagreitina orą per šilumos izoliacines plokštes ir ventiliacijos plyšius, todėl pirma aušinami karščiausi taškai – dažniausiai šalia maitinimo šaltinių ir IGBT blokų. Dydis vis dar svarbus: mažas ašinis modelis su silpna statine slėgio jėga gali užstrigti už arti vienas kito sumontuotų prietaisų, tuo tarpu vienetas, pritaikytas korpuso oro srauto keliui, užtikrina pastovią ventiliaciją.

Ten, kur natūrali konvekcija pasiekia savo ribas

Gamtinė konvekcija remiasi šiltu oru, kuris kyla, ir šaltesniu oru, kuris leidžiasi žemyn – tai lėtas ciklas, veikiantis tik mažos galios korpusuose su dideliais ventiliacijos angomis. Mažų valdymo spintų tokios prabangos paprastai nėra. Tankios PLC modulių ir variklių valdymo įrenginių eilės bloškia vertikalią šilumos srovę, šilumą įstrigdo tarp metalinių paviršių. Kai vidinė temperatūra kyla, temperatūros skirtumas, kuris skatina gamtinę konvekciją, mažėja, todėl aušinimo efektas silpsta būtent tuomet, kai jis labiausiai reikalingas. Dulkės ir laidų ryšuliai dar labiau apriboja laisvas angas. Šiuo metu vienintelis būdas išlaikyti saugų šiluminį rezervą – tai priverstinė konvekcija naudojant aktyvų ventiliatorių. Įdiegus kompaktišką įrangos aušinimo ventiliatorių, neveiksminga pasyvioji cirkuliacija keičiama pastovia priverstine konvekcija, o šiluminis rezervas atkuriamas.

Priverstinė konvekcija ir oro srauto kelio projektavimas

Oro srauto kelio nuo įsiurbimo iki išmetimo sukūrimas

Patikima oro srauto trajektorija prasideda aiškiu įsiurbimu žemai korpuso apačioje ir išmetimu aukštai priešingos pusės viršuje, todėl šiltas oras palieka įrenginį arti viršaus. Ventiliatorius turėtų traukti šaltesnį kambario orą per filtruotą įėjimą ir stumti įkaitusį orą pro modulius, o ne cirkuliuoti jį. Filtrų tinkleliai apsaugo mentis ir variklio apvijas nuo laidžios dulksnos, o sandari guolio dėžutė užtikrina tylią rutulinio guolio veikimą. Laidų dėžutės ir DIN bėgeliai neturi blokuoti oro srauto; aiški erdvė tarp eilučių leidžia orui pasiekti kiekvieno įrenginio užpakalinę dalį. Siaurame šaukštelyje kompaktiškas centrifūginis arba kryžminio srauto vienetas nukreipia orą šonu palei bėgelį. Pasirinkus kompaktišką įrangos aušinimo ventiliatorių su sandaria rutuliniu guoliu, oro srauto trajektorija lieka švari ir tyli ilgą laiką.

Statinis slėgis prieš CFM tankiuose modulių masyvuose

Kubiniai pėdų per minutę (CFM) apibūdina bendrą oro tūrį, tačiau statinis slėgis nusprendžia, ar šis tūris pasiekia tankiai supakuotos modulių eilės galą. Tankiai išdėstyti DIN bėgelio įrenginiai veikia kaip srauto apribojimas; ašinio ventiliatoriaus, kurio laisvojo oro CFM reikšmė yra didelė, našumas gali kritiškai sumažėti susidūrus su tokiu pasipriešinimu. Kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius, parinktas tinkamo statinio slėgio sąlygomis, užtikrina pastovų oro srautą pro tarpus, o ne sustabdo jo veikimą. Projektuotojai turėtų perskaityti ventiliatoriaus charakteristiką ir pasirinkti tokį tašką, kuriame tiek oro srautas, tiek slėgis atitiktų realų pasipriešinimą. Per mažas statinis slėgis palieka karštų vietų, o per didelis – švaistoma energija.

Tinkamo ventiliatoriaus ir išdėstymo parinkimas

Šiluminės varžos ir veikimo ciklo skaitymas

Šiluminė varža, išreiškiama laipsniais Celsijaus vienam vatui, parodo, kiek pakyla temperatūra kiekvienam vatui, kurį modulis išsklaido. Tolydus veikimo režimas šalia karštos sienos reikalauja ventiliatoriaus, pritaikyto nuolatiniam veikimui, o ne periodiniam veikimui. Bešepetinio nuolatinės srovės modeliai su vario varžomis ilgai išlaiko našumą ir gerai derinami su greičio valdymo moduliu. CE ir UKCA dokumentacija yra svarbi Europos ir Jungtinės Karalystės siuntoms, todėl prieš perkant patvirtinkite atitiktį reikalavimams. Šios šilumos apkrovos skaičiavimais nustatytas kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius išvengia tiek nepakankamo, tiek nereikalingo perdidelio aušinimo.

Tarpai, montavimas ir planuota priežiūra

Gerai tarpai – tai nemokamas aušinimas. Palikite tarpą virš galios modulių ir tarp PLC eilučių, kad oras galėtų apsukti kiekvieną paviršių, o ne kaupytų šilumą. Ventiliatorių montuokite ant standžios plokštės naudodami vibraciją slopinančius guminius žiedus ir nukreipkite oro srautą taip, kad jis kirstų – o ne būtų lygiagretus – šilumos šaltiniams. Reguliari techninė priežiūra užtikrina našumą: dulkėtuose objektuose kas mėnesį tikrinkite filtrų tinklelius, pašalinkite laidų kliūtis ir klausykite guolių triukšmo, kuris rodo nusidėvėjimą. Termalinė patikra paleidimo metu patvirtina, kad išdėstymas veikia tinkamai; po trijų mėnesių atlikta pakartotinė patikra aptinka nuokrypius. Daugumai valdymo skydų tinka IP44 arba IP54 apsaugos laipsnis, o lauko įrenginiams gali prireikti aukštesnių reitingų.

Vietos rezultatai ir pirkimo kontrolinis sąrašas

Valdymo skydo modernizavimo scenarijus

Kiekvieną vasarą pakavimo linija dažnai susidurdavo su servoverčių variklių gedimais, kuriuos buvo galima nustatyti kaip uždaroje plokštėje esančio PLC, dviejų variklių ir perjungiamojo maitinimo šaltinio problemą. Natūralios konvekcijos per mažus šoninius ventiliacijos angas nepakako, o korpuso temperatūra artėjo prie ribinės vertės. Dirbtuvėse įrengė filtruotą kompaktišką įrangos aušinimo ventiliatorių, kuris traukia patalpos orą per DIN bėgelį ir išmeta jį per viršutinę angą; laidų tvarkymas buvo perkeltas, kad būtų atviros aušinimo krypties keliai. Po paleidimo maksimali temperatūra sumažėjo, o šiluminiai apsaugos įsijungimai visiškai nutrūko veikiant pilna apkrova. Šis modernizavimas nebuvo reikalautinas spintos dydžio padidinimas ir išlaikyti visus esamus komponentus. Tai parodo, kaip nedidelis priverstinės konvekcijos pagerinimas gali išspręsti šilumos problemas, kurių negali išspręsti pasyvioji konstrukcija.

Galutinis atrinkimas ir tikrinimo žingsniai

Pradėkite išvardydami kiekvieną šilumą skleidžiantį modulį ir jo vatažą, tada susumuojuke visą apkrovą ir nustatykite korpuso laisvąjį ventiliacijos plotą. Pasirinkite ventiliatorių, kurio charakteristika užtikrina pakankamą CFM našumą esant tikėtinam statiniam slėgiui, o nuolatiniam veikimui pageidaukite rutulinio guolio konstrukcijos. Patikrinkite, ar įėjimo apsauga atitinka vietos reikalavimus, patvirtinkite CE arba UKCA žymėjimą tikslinėje rinkoje ir įsitikinkite, kad ratuko bei variklio apvijos medžiagos atitinka eksploatacijos sąlygas. Diegimo metu užtikrinkite nekliudytą oro srauto kelią ir aiškiai pažymėkite įsiurbimo bei išmetimo angas. Kompaktiškas įrangos aušinimo ventiliatorius pelno savo vietą tik tuomet, kai jis tinkamai parinktas pagal realią varžą, teisingai įrengtas ir prižiūrimas – ne tik remiantis katalogo numeriu.

Dažniausiai užduodami klausimai

Klausimas

Kaip priverstinė konvekcija aušina PLC modulį greičiau nei natūralus oro srautas? Atsakymas: Priverstinė konvekcija naudoja judantį oro srautą, kad nušalintų šiltą ribinį sluoksnį nuo komponentų paviršių, todėl šiluma palieka PLC sandūrą žymiai greičiau nei šiltas oras kyla savaime. Natūrali konvekcija priklauso nuo pakėlimo jėgos ir lėtėja, kai temperatūrų skirtumas mažėja. Priverstinis oro srautas visą veikimo ciklą palaiko žemą šiluminę varžą, todėl modulis lieka žemiau savo išjungimo ribos net didžiausios apkrovos metu.

Klausimas

Kokia statinė slėgio jėga reikalinga, kai DIN bėgelio moduliai yra arti vienas kito? Atsakymas: Tankiai išdėstyti DIN bėgelio moduliai veikia kaip srauto apribojimas, todėl ašinio ventiliatoriaus laisvojo oro CFM rodiklis gali staigiai sumažėti, kai jis susiduria su tuo pasipriešinimu. Reikalinga statinė slėgio jėga priklauso nuo ventiliacijos angų ploto, filtro pasipriešinimo ir laidų užpildymo korpuso viduje. Perskaitęs ventiliatoriaus charakteristiką esamomis sąlygomis galima nustatyti, ar jo našumas išlieka pakankamas. Nepakankama slėgio jėga sukuria karštų vietų „kišenės“ paskutinėje eilėje, o tinkamai parinktas ventiliatorius užtikrina pastovų oro srautą per kiekvieną tarpą.

Klausimas

Kur reikėtų įrengti ventiliatorių, kad oras pasiektų kiekvieną valdymo modulį? Atsakymas: Įsiurbimo angą įrengti žemai, o išmetimo – aukštai priešingose pusėse, tada oro srautą nukreipti per šilumos šaltinius – ne lygiagrečiai jiems. Palikti laisvą taką tarp PLC eilučių ir nuvesti laidų dėžutes nuo oro srauto kelio. Kompaktiškas įranga aušinantis ventiliatorius, pritvirtintas taip, kad trauktų orą palei DIN bėgelį, apdoroja kiekvieno įrenginio paviršių, o ne slėgiamą negyvą erdvę. Pažymėti įsiurbimo ir išmetimo grotelės, kad vėlesnė priežiūra išlaikytų teisingą oro srauto kryptį.

Klausimas

Ar bešepetinis nuolatinės srovės ventiliatorius gali veikti nuolat uždarame spintelyje? Atsakymas: Bešepetiniai nuolatinės srovės ventiliatoriai su vario varžomis tinka nuolatiniam naudojimui, nes jie išlaiko pastovų sukimosi dažnį ir efektyvumą ilgais ciklais be šepetėlių komutacijos susidėvėjimo. Šį įrenginį galima sujungti su greičio reguliavimo moduliu, kad sumažėtų energijos sąnaudos dalinės apkrovos metu. Patikrinkite, ar įėjimo apsaugos klasė atitinka vietos sąlygas, ir patikrinkite CE arba UKCA žymes tikslinėje rinkoje. Reguliariai tikrinant filtrus užtikrinamas pastovus oro srautas ir apsaugomi rutuliniai guoliai nuo dulkių.

Klausimas

Kodėl tarp modulių paliktas tarpas veikia aušinimo našumą? Atsakymas: Tarpai virš galios modulių ir tarp PLC eilučių leidžia orui apsukti aplink kiekvieną paviršių, o ne kaupiamasis šilumą negyvuose kampuose. Tankus dėliojimas bloškia vertikalią šiluminę koloną ir padidina šiluminį pasipriešinimą, todėl tas pats ventiliatorius perneša mažiau veiksmingo oro. Gerai parinktas tarpas – tai iš esmės nemokamas aušinimas, kuris sumažina reikiamą ventiliatoriaus našumą. Įdiegimo metu šiluminė patikra patvirtina, kad išdėstymas veikia tinkamai, o po trijų mėnesių atliekama pakartotinė patikra, kad būtų aptikta bet kokia nuokrypis dėl pridėtų laidų.