Sinamics S120高品质集成电控柜的散热设计.pdf

第38卷第4期
治金自动化
Vol 38 No4
2014年7月
Metallurgical Industry Automation
Jul.2014
经验交流
doi:10.3969/j.isn.1000-7059.2014.04.015
Sinamics S120高品质集成电控柜的散热设计
王薇,张博,李鹏
(北京金自天正智能控制股份有限公司生产制造中心,北京100070
摘要:为满足电控系统对环境的要求,保证电控设备和元器件的使用寿命及有效运行,以 Sinamics S120系列
高性能变频调速系统为例,在分析设备温度与使用寿命及故障率关系的基础上,介绍在设计电控柜的布局、
元器件安装等方面需要注意的散热通风问题,以达到有效降低电气设备故障率、延长使用寿命的目的。
关键词:变频器;电控柜;散热;通风
文献标志码:B文章编号:1000-7059(2014)04-0072-04
Cooling design of the high performance integrated electric
control cabinet for Sinamics $120
WANG Wei, ZHAGN Bo, L Peng
(Manufacturing Center of Beijing Aritime Intelligent Control Co, Ltd, Beijing 100070, China)
Abstract In order to meet the environmental requirements of the electric control system and to en
sure the service life and the effective operation of electric control devices and components, taking the
high performance variable frequency speed control system-sinamics S120 for instance, we introduce
some attentions about cooling and ventilation problems in the design of the electric control cabinet
layout and the installment of components on the basis of analyzing the relationship between the device
temperature and the service life, and that between the device temperature and the failure rate. The
aim of effectively reducing the failure rate and extending the service life of electrical devices is a
chieve
Key words: converter; electric control cabinet; cooling; ventilation
随着电子元器件微型化技术的不断提高,以出现故障,进而降低使用寿命。
及电子设备和电控桓内元器件密度的逐渐增加,
设备的散热通常有自然风冷和强迫风冷两
电气系统对灰尘、温度和湿度等产生的影响更加种方式],自然风冷是通过合理地安装设备,使
灵敏,例如 Sinamics S120系列高性能变频调速器设备间形成自然的空气流通,达到自然冷却的目
系统,对电控柜的散热就提出了很高要求。如的;强迫风冷则是通过冷却设备(风扇等)对设备
果电控柜内元器件(包括 Sinamics S120系列高进行强迫冷却,使其温度下降。
性能变频调速器、进出线电抗器、进线开关等等
本文在分析设备温度与使用寿命及故障率
的设计布局2不合理,就有可能出现过热现象或关系的基础上,以 Sinamics S120系列高性能变频
收稿日期:2013-122
作者简介;王薇(1981-),女,北京人,工程师,主要从事电气传动及自动化方面的设计和研究工作。
第4期
王薇,等: Sinamics S120高品质集成电控柜的散热设计
调速器系统为例,介绍设备组件安装及冷却设备配电柜组件要留有充分的通风空间,另外,安装
选择和安装的儿点注意事项。
时注意不能遮挡元器件散热孔,以保证电控柜具
1温度与使用寿命及故障率的关系
有良好的通风环境。
阿列纽斯公式43描述了化学反应速率K2.1驱动器
与温度7之间的关系,通常用它来描述温度对元
驱动器的通风要考虑电缆槽与设备之间留
器件的影响。阿列纽斯公式:
有合适的间距,如果电控柜电缆槽与驱动器间距
K=Aer
过小,将导致驱动器温度升高,而由阿列纽斯公
式中,K为反应速率;A为系数(不随温度变化);
式可知,这将导致驱动器故障率提高和使用寿命
E。为反应能量(不随温度变化);R为气体常数;
降低。通过多次实际设计布局测试可知,若电缆
T为温度变化。
走线槽与S120驱动器的间距约为15mm时,驱
由阿列组斯公式可以看出,反应速率K与温
动器温度升高约16K;间距约为40mm时,温度
度7成指数关系,随着温度ア的升高,会使反应升高约10K。由图1可知这两种情况将导致故
速率K加快,电控柜内元器件工作时就会产生较
障率提高1~2倍,使用寿命降低约30%-~50%。
大热量,性能和可靠性衰减加快,故障率就越高,
而当电缆走线槽距离S120驱动器100mm左右
设备使用寿命必然降低。因此,元器件的故障率时,即可保证驱动器温度不会明显升高。为此
与温度变化成正比,与使用寿命成反比。
我们建议安装电缆走线槽时,走线槽与S120驱
由此可以得到电控系统温度与使用寿命变动器之间至少要保持100mm左右的间距。3种
化率以及故障率之间的关系如图1所示,从测试情况说明如图2所示。
图中也可以直观地看出温度升高对电控系统的
正确的安装
错误安装A
错误安装B
通风
使用寿命和故障率有较大影响。例如,10K左右
空间
的温升会缩短一半的使用寿命,提高一倍的故障
设备组
设备组
电缆槽
电绳设备组
电缆槽
率。所以必须采取有效的散热措施,提高电控柜
元器件的使用寿命,降低系统故障率。
通风40不
空间
间距不足
间距不足
120
9.00
△T=0K
△T=+10K
△T=+16K
额定负载
8.00
100
7.00
图2电缆走线槽与驱动器安装间距
田
不同时的温升情况
5.00
00
Fig. 2 Different temperature rises caused by
40
轻
different installing space distances between the
2.00
20
1.00
cabling channel and the driv