具有散熱功能的PLC變頻電機控制柜設計

楊代強

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

[關 鍵 詞] 散熱；變頻；電機；控制柜

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

一、傳統電機控制柜散熱問題分析

目前使用中的PLC電機控制柜大部分通過風扇來實現控制柜的散熱，這種散熱結構在使用過程中存在以下幾個問題：（1）風扇在運行過程中將會產生大量的噪音；（2）為了使控制柜內的熱量及時有效地散發，風扇將一直處于運行狀態，但在實際使用過程中，當控制柜內的溫度較高時風扇的散熱作用不大，因此，這種散熱結構一方面風扇運轉需要耗費額外的能源；另一方面，當控制柜內不需要散熱時將造成電能的浪費。

二、電機控制柜設計

圖1為具有散熱功能的PLC變頻電機控制柜結構示意圖，1柜體、2柜門、3總控制開關、4變頻控制電路、5散熱筋。該電機控制柜包括柜體和柜門，在柜體內設有總控制開關和多個變頻控制電路，總控制開關的輸入端接外部電網，總控制開關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連接，在柜體上開設有空腔，在柜體上還設有若干散熱筋，在每個散熱筋內開設有盲孔，該盲孔與空腔相通進而形成柜體的散熱通道，在散熱通道內填充有相變材料層。

（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芯片能實現同時對多個變頻器的控制，液晶顯示器能將相關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芯片上設置的無線通訊模塊能將信號與外部上位機進行通訊，實現控制柜的遠程實時控制。

（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，使控制柜內的熱量能及時有效地散發，保證控制柜的溫度適宜。

（四）液晶顯示器

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

（五）工作原理

當該控制柜在工作時，柜體內的變頻控制電路的元器件將產生大量熱量，根據熱傳導原理，該熱量將從元器件處向外散發并傳遞到柜體的內壁上，傳遞到柜體內壁的熱量進一步傳遞到散熱通道內，此時散熱通道內的相變材料將吸收該熱量，該熱量將使相變材料發生狀態的改變，即相變材料由固態變為液體，變為液態的相變材料將沿散熱通道進行流動，流動到散熱筋盲孔內的相變材料將進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的溫度始終在適宜的范圍。

三、電機控制柜的優點

具有散熱功能的PLC變頻電機控制柜有以下優點：

（一）不會耗費額外的能源

本設計中相變材料的變化完全依靠控制柜產生的熱量來實現，不需要額外的能源。

（二）溫度范圍始終保持在最適合

當控制柜內的溫度達到需要冷卻的溫度時，相變材料吸熱進行冷卻，當控制柜內的溫度不需要散熱時，相變材料狀態不變，控制柜進行自然散熱，故本方案能自動根據控制柜內的溫度情況進行散熱，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構設計實現，因此散熱時不會存在傳統風扇散熱時的噪聲問題，整個工作環境良好。

四、結束語

由于PLC變頻電機控制柜存在大量的電子元器件，這些元器件會產生大量熱量。因此，為了讓電子設備可靠、穩定地工作，控制柜就必須解決散熱問題。本設計利用在柜體開設空腔、設置散熱筋，并在散熱筋內開設盲孔，在散熱通道內填充相變材料等解決了傳統風扇噪聲和能源浪費等問題。

參考文獻：

[1]左曉剛.控制柜關鍵因素熱布局優化研究[J].制造業自動化，2016（2）.

[2]趙鵬睿.電氣控制柜的人機工程學評價與設計[D].華北電力大學，2013.