ข่าวสาร

ผู้ผลิตพัดลมแกน: หนึ่งแผนภาพเกี่ยวกับการระบายความร้อนของตู้ไฟฟ้า

การจัดการความร้อนในตู้ไฟฟ้าภายนอกอาคาร: คู่มือการปฏิบัติสําหรับวิศวกร

วิศวกรหลายคนให้ความสําคัญกับการเดินสายไฟฟ้าและความสมบูรณ์ของโครงสร้างเมื่อออกแบบตู้กลางแจ้ง โดยปกติแล้ว การระบายความร้อนจะไม่ได้รับการแก้ไขจนกว่าสัญญาณเตือนความร้อนสูงเกินไปจะทําให้เกิดความตื่นตระหนก

อย่างไรก็ตามหากคุณเพิกเฉยต่อปัญหาด้านความร้อนอายุการใช้งานของส่วนประกอบราคาแพงไม่ว่าจะเป็น Siemens PLC หรือ ABB VFD จะลดลงอย่างมากตู้ไฟฟ้ากลางแจ้งเผชิญกับภัยคุกคามสองเท่า: การสร้างความร้อนภายในจากตัวโจมตีหนัก เช่น แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) และอินเวอร์เตอร์ รวมกับรังสีดวงอาทิตย์ภายนอก

ในช่วงบ่ายของฤดูร้อน อุณหภูมิพื้นผิวของตู้โลหะสีดําทั่วไปอาจเกิน 60°C (140°F) ได้อย่างง่ายดาย หากความร้อนภายในไม่สามารถหลบหนีได้ตู้ของคุณจะกลายเป็นเตาอบพาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ข้ามปุยทางทฤษฎีและดูที่ตู้ไฟฟ้าระบายความร้อนจากมุมมองที่ใช้งานได้จริงและเน้นการออกแบบเป็นศูนย์กลาง

เหตุใดการระบายความร้อนของตู้ไฟฟ้าจึงมีความสําคัญสําหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรมกลางแจ้ง

นี่ไม่เกี่ยวกับความคิดโบราณของ "การยืดอายุอุปกรณ์" มันเกี่ยวกับการป้องกันความล้มเหลวร้ายแรง

VFD และเซอร์โวไดรฟ์มีความไวต่ออุณหภูมิอย่างไม่น่าเชื่อ ตามหลักการทั่วไปสําหรับอุณหภูมิแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C อายุการใช้งานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ (โดยเฉพาะตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า) จะลดลงครึ่งหนึ่งสําหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรมกลางแจ้งค่าใช้จ่ายในการหยุดทํางานมักจะคํานวณเป็นนาที

ปัญหาทั่วไปในภาคสนามคือแนวทาง "กําลังเดรัจฉาน": วิศวกรรู้สึกถึงความร้อน ดังนั้นพวกเขาจึงติดตั้งขนาดใหญ่กว่าพัดลมอุตสาหกรรม. ผลลัพธ์? อุณหภูมิไม่ลดลง แต่ตู้เต็มไปด้วยฝุ่น แกนหลักของการกระจายความร้อนไม่ใช่แค่ "ปริมาตรอากาศ" แต่เป็น "เส้นทางการไหลเวียนของอากาศ" หากอากาศลัดวงจรภายในตู้หรือหากการเลือกพัดลมละเว้นการสูญเสียแรงดันสถิตจากตัวกรองพัดลม 500 CFM เล็กน้อยอาจไม่สามารถระบายความร้อนได้จริง 100 CFM

แผนภาพเดียวเพื่อทําความเข้าใจหลักการระบายอากาศของตู้ไฟฟ้า

เพื่อทําความเข้าใจการระบายอากาศของตู้ไฟฟ้าคุณต้องจําหลักการเดียวจากฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย:อากาศร้อนขึ้นอากาศเย็นจมลง

เมื่อออกแบบการระบายอากาศของตู้ ไม่ว่าจะใช้อากาศบังคับหรือการพาความร้อนตามธรรมชาติ ทําตามตรรกะนี้:

• การบริโภค:ต้องอยู่ที่ส่วนล่างของตู้ (โดยปกติคือด้านล่าง 1/3) สิ่งนี้ดึงอากาศที่เย็นที่สุดในสิ่งแวดล้อม

• ไอเสีย:ต้องอยู่ที่ส่วนบน ความร้อนเดินทางขึ้นตามธรรมชาติ พื้นที่พัดลมตู้เพียงแค่เร่งกระบวนการนี้เพื่อขับไล่มัน

• เส้นทางการไหล:อากาศเย็นเข้ามากวาดผ่านฮีตซิงก์ของ VFD และอุปกรณ์จ่ายไฟดูดซับพลังงานความร้อนกลายเป็นอากาศร้อนและถูกพุ่งออกโดยพัดลมด้านบน

การออกแบบที่แย่ที่สุด:วางไอดีและไอเสียไว้ที่ความสูงเท่ากัน หรือทั้งสองอย่างในครึ่งบน สิ่งนี้ทําให้เกิด "ไฟฟ้าลัดวงจร" แบบนิวเมติกทันที อากาศบริสุทธิ์เข้าและออกทันทีโดยไม่ต้องทําให้อุปกรณ์ที่ด้านล่างเย็นลง

ผู้ผลิตพัดลมแกนออกแบบการไหลเวียนของอากาศในตู้ประสิทธิภาพสูงอย่างไร

เหตุใดระบบส่วนใหญ่จึงใช้พัดลมแกนแทนที่จะเป็นเครื่องเป่าลมแบบแรงเหวี่ยง?

ในบริบทของตู้ไฟฟ้าลําดับความสําคัญคือการไหลเวียนของอากาศสูงเพื่อแทนที่ปริมาตรอากาศแทนที่จะเป็นแรงดันสถิตที่สูงมาก ตราบใดที่ตัวกรองไม่อุดตันพัดลมแกนจะให้ประสิทธิภาพสูงสุด

เป็นผู้ผลิตพัดลมแกนเราให้ความสําคัญกับประสิทธิภาพระดับกลางของเส้นโค้ง P-Q (เส้นโค้งความดัน-การไหลของอากาศ) ระหว่างการออกแบบเป็นอย่างมาก

• ตรรกะมาตรฐาน (แรงดันลบ):โดยทั่วไปเราขอแนะนําการกําหนดค่า "ไอดีด้านล่าง ไอเสียด้านบน" พัดลมที่ด้านบนดึงอากาศออก (แรงดันลบ) ดึงอากาศบริสุทธิ์ผ่านตัวกรองที่ด้านล่าง

• แรงดันบวก (แรงดัน):ในสถานการณ์เฉพาะ เช่น สภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นละอองมาก เราขอแนะนําการออกแบบแรงดันบวก ที่นี่ติดตั้งพัดลมที่ด้านล่างเป่าในและท่อไอเสียอยู่ด้านบน สิ่งนี้ทําให้แรงดันภายในสูงกว่าภายนอกเล็กน้อยป้องกันไม่ให้ฝุ่นเข้ามาทางช่องว่างของประตู

หมายเหตุสําคัญ:เมื่อคุณเพิ่มแผ่นกรองฝุ่น อิมพีแดนซ์ของระบบจะพุ่งสูงขึ้น หากคุณเลือกพัดลมโดยพิจารณาจากระดับ "อากาศอิสระ" เพียงอย่างเดียว การไหลเวียนของอากาศจริงหลังจากติดตั้งแผ่นกรองอาจลดลง 40% ขึ้นไป การออกแบบทางวิศวกรรมต้องคํานึงถึงอัตรากําไรขั้นต้นนี้

มุมมองของผู้ผลิตพัดลมแกน DC: เมื่อใดที่ DC เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า?

ในอดีตวิศวกรเริ่มต้นใช้พัดลม AC เสียบเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหลักแล้วหมุน ง่าย. อย่างไรก็ตาม ความแม่นยําที่ทันสมัยตู้ไฟฟ้ากลางแจ้งกําลังเปลี่ยนไปสู่เทคโนโลยี DC มากขึ้น

จากมุมมองของผู้ผลิตพัดลมแกน DCการเปลี่ยนแปลงนี้ขับเคลื่อนโดยปัจจัยสองประการ: ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความสามารถในการควบคุม

1. การควบคุมอุณหภูมิและการควบคุมความเร็ว:ความแปรปรวนของอุณหภูมิภายนอกอาคารนั้นมาก ที่อุณหภูมิ -20°C ในฤดูหนาว การเปิดพัดลมด้วยความเร็วเต็มที่จะสิ้นเปลืองพลังงานและเสี่ยงต่อการควบแน่นภายใน ที่อุณหภูมิ 40°C ในฤดูร้อน คุณต้องใช้พลังงาน 100% พัดลม DC ที่จับคู่กับ PWM (Pulse Width Modulation) สามารถปรับความเร็วได้โดยอัตโนมัติตามการอ่านค่าของเซ็นเซอร์ สําหรับอุปกรณ์นอกกริดที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์หรือแบตเตอรี่

2. อินพุตแรงดันไฟฟ้ากว้าง:ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเป็นเรื่องปกติในโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อไฟฟ้ากระแสสลับ voltage ไม่เสถียร ความเร็วพัดลมจะลดลง หรือคอยล์อาจไหม้ได้ พัดลม DC คุณภาพสูงมักจะมีช่วงอินพุตแรงดันไฟฟ้าที่กว้าง ทําให้มั่นใจได้ถึงการทํางานที่เสถียรแม้จะมีความผันผวน

หากอุปกรณ์ของคุณอยู่ในห้องเซิร์ฟเวอร์ที่มีการควบคุมสภาพอากาศและเข้าถึงพลังงานได้ง่ายพัดลม AC ยังคงเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าและเชื่อถือได้มากที่สุด แต่สําหรับกลางแจ้ง DC มักจะเหนือกว่า

การออกแบบระบบระบายอากาศตู้ไฟฟ้าภายนอกอาคารทีละขั้นตอน

อย่าพึ่งพาการคาดเดา ทําตามขั้นตอนนี้:

1. การคํานวณภาระความร้อน:รวมการกระจายความร้อนของส่วนประกอบทั้งหมด อย่าใช้กําลังไฟที่กําหนด ใช้การสูญเสียความร้อน (เช่น โดยทั่วไป VFD จะกระจาย 3-5% ของกําลังไฟที่กําหนดเป็นความร้อน)

2. กําหนดอุณหภูมิเป้าหมายที่เพิ่มขึ้น ($\Delta T$):ด้านในของตู้สามารถร้อนกว่าภายนอกได้มากแค่ไหน? โดยปกติแล้ว วิศวกรตั้งเป้าไว้ที่ 5K หรือ 10K ($5^\circ C$ หรือ $10^\circ C$) ยิ่งความแตกต่างที่อนุญาตมากเท่าใด คุณก็ยิ่งต้องการการไหลเวียนของอากาศน้อยลงเท่านั้น

3. ใช้สูตร:

   $V = \frac{3.1 \times P_{\text{loss}}}{\เดลต้า T}$

   โดยที่ $V$ คือการไหลเวียนของอากาศ ($m^3/h$) และ $P_{\text{loss}}$ คือ การสูญเสียความร้อนทั้งหมด (W)

   หมายเหตุ: นี่เป็นค่าทางทฤษฎี ในทางปฏิบัติ ให้คูณผลลัพธ์ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ 1.2 ถึง 1.5 เพื่อพิจารณาความต้านทานและระดับความสูงของตัวกรอง

4. เค้าโครง:จัดเรียงไอดีและไอเสียในแนวทแยงมุมเพื่อสร้างเส้นทางการไหลเวียนของอากาศที่ยาวที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

5. ระดับการป้องกัน: ตู้ไฟฟ้ากลางแจ้งต้องการการป้องกัน IP54 หรือ IP55 เป็นอย่างน้อย ใช้เครื่องดูดควันกันฝนเสมอ และตรวจดูให้แน่ใจว่าตัวกรองทําจากวัสดุเส้นใยไม่ทอที่หายใจได้ในขณะที่ปิดกั้นละอองน้ํา

ข้อผิดพลาดในการออกแบบการระบายอากาศทั่วไปในตู้ไฟฟ้าภายนอกอาคาร

เราเห็นข้อผิดพลาดเหล่านี้ในสนามอย่างต่อเนื่อง ใช้รายการนี้เพื่อตรวจสอบการออกแบบของคุณ:

• พัดลมที่ติดตั้งย้อนกลับ:อย่าหัวเราะ มันเกิดขึ้น แทนที่จะระบายลมร้อนพัดลมจะบังคับให้ลงทําให้ความร้อนสะสมที่ด้านบนของตู้

• ละเลยการบํารุงรักษาตัวกรอง:การออกแบบโดยไม่คํานึงถึงความสะดวกในการเปลี่ยนไส้กรองนําไปสู่ความล้มเหลว ภายในหกเดือน ตัวกรองอุดตัน การไหลเวียนของอากาศถึงศูนย์ และอุปกรณ์ร้อนเกินไป ในสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบัน ให้พิจารณาตัวกรองโลหะที่ทนต่อการอุดตันหรือการออกแบบการแยกแบบแรงเหวี่ยง

• ไอดีและไอเสียใกล้เกินไป:อากาศร้อนที่เพิ่งระบายออกจะถูกดูดกลับเข้าไปในช่องไอดี สิ่งนี้มักเกิดขึ้นเมื่อติดตั้งตู้หลายตู้เคียงข้างกัน

• เพิกเฉยต่อรังสีดวงอาทิตย์:หากตู้กลางแจ้งเป็นผนังเดียว (เฉพาะแผ่นโลหะ) แสงแดดโดยตรงอาจทําให้พัดลมท่วมท้นได้ การออกแบบผนังสองชั้นพร้อมฉนวนช่วยเพิ่มการระบายความร้อนตามธรรมชาติอย่างมาก บางครั้งพัดลมไม่เพียงพอ และคุณอาจต้องใช้เครื่องปรับอากาศหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

วิศวกรรมเป็นเรื่องของการแลกเปลี่ยน ไม่มีเดี่ยวพัดลมแกนให้การไหลเวียนของอากาศขนาดใหญ่ ความดันสูง และความเงียบในราคาถูก เมื่อออกแบบตู้ไฟฟ้ากลางแจ้งจะเป็นการดีกว่าที่จะปล่อยให้มีระยะขอบเพียงพอสําหรับการระบายความร้อนแทนที่จะส่งช่างเทคนิคไปเจาะรูที่ประตูตู้ในวันที่แผดเผาเพราะอุปกรณ์ปิดตัวลง