广东西屋康达空调有限公司
摘要：本文主要研究电控箱主动散热的设计方案，从电控箱发热量核算、回风百叶对电控箱散热风量的影响、散热风扇额定风量的参数查核、电控箱散热风扇的安装等步骤，一步一步阐述电控箱主动散热的原理、核算方法、设计技巧。
论文关键词：散热；变频器；风量；
引言：一般电控箱的散热方式主要分为被动散热与主动散热两种方案。被动散热是指通过电控箱与外部空间环境的低温空气自然对流而带走电气元器件的发热量的一种散热方式，被动散热通常无需增加额外的通风元件。主动散热是指为了加快电控箱与外部空间环境的低温空气的对流，在电控箱增加散热风扇，甚至加装电控箱散热空调设备，强化电控箱内部散热的一种方式。本论文着重研究电控箱在什么条件下需使用主动散热的方案，及主动散热方案是如何设计的课题。
一、研究的范围与目的
本论文主要研究范围是带变频器等大功率散热元件的内置/外置电控箱的散热方案设计，目的是保证电控箱散热效果，使电控箱内部温度满足电气元件的使用环境要求。
二.电控箱内部发热功率的核算
2.1 电控箱主要的散热元件包括：控制器、变压器、开关电源、可控硅、变频器、继电器、接触器、电缆等等。
对于电控箱内部含变频器（注意，直流变频压缩机的驱动也算变频器）、可控硅时，必须使用散热风扇对电控箱进行强制对流散热。
对于不含变频器或可控硅的电控箱，若电控箱内部元件发热量在100W及以上时，必须增加散热风扇进行强制散热；发热量在100W以下时，可不安装散热风扇，通过空气自由对流散热。
2.2 电控箱内散热量的核算，是基于ABB_ACS510系列变频器的散热与通风要求参数而设计，对于其余品牌/系列变频器可查找相应的技术参数作相应修正。参数如下（数据来源《ACS510-01变频器用户手册》）：
2.3 对于可控硅，由于暂时无法查核其发热参数及对空气流量的要求，需按规格书内可控硅的输出电流参数，对应上表中变频器最接近的输出电流参数（注意变频器的输出电流参数必须大于或等于可控硅的输出电流参数），并以此变频器型号的发热量及空气流量要求作为可控硅散热要求的参考值。
例如：型号为TSCR-2-4-150-Z可控硅，输出电流为150A，对应散热参数可参考ABB变频器型号为ACS510-01-157A-4，散热量需求为2310W，空气流量需求为405m3/h。
2.4 对于其余电气元件，其发热参数参考如下：
2.4.1 常用的控制器，经查规格书，西门子S7-200系列PLC在正常运行时发热量为11W；单片机控制板在正常运行时发热量为12W。为了方便计算，单个控制器/模块发热量均按15W核算。
2.4.2 一般常规控制变压器的发热参数如下：
控制变压器的发热参数
四.使用散热风扇后电控箱的散热效果分析
4.1 电控箱回风百叶对散热的影响
为了验证电控箱散热回风百叶数量的多少对散热风机风量的影响，我们通过实验数据去验证实际效果。试验用的电箱规格为500mm（L）*700 mm（H）*250 mm（D），电箱总共开了14片百叶（见下图），散热风扇安装在回风百叶的对面一侧电控箱内。
从上表可以看出，当百叶开到一定的数量时，风速仪上显示的数据基本不会再发生变化，为了保证试验数据的准确性，下图为自制的截面，用来保证出风面积一定，以此计算风量。从而与规格书进行对比，具体数据见上表。
当电箱门完全打开时，用风速仪测试散热风扇的风速为3.9~4.2m/s，风量的变化范围为2.0~2.2M3/min，通过查资料可得1CFM=1.669M3/h=0.0278M3/m，算出此时风量变化范围为72CFM~79CFM，对比规格书该散热风扇在频率为50Hz时，散热风扇的最大风量为87±10%CFM，故电箱门完全打开时是可以达到最大风量的。
当电箱门完全关闭时，通过数据可以看出当百叶数量开到8片时，此时的风量为达到最大，且约为电控箱完全打开时风量的76.2%。
通过本次试验得出以下结论，增加回风百叶的数量确实可以使风量增加，但效果并不是很明显，且当百叶增加到一定的数量后，散热风量将不会再发生变化，这是由于该散热风扇的散热能力已经达到最大。
因此，在设计主动散热的电控箱时，需在电控箱一侧设置适当数量的回风百叶，但主要散热风量来源于散热风扇所能达到的最大风量，且在电控箱门关闭的状态下，散热风量只能达到额定风量的76.2%左右。
4.2 散热风扇额定风量参数的查询
散热风扇的额定风量参数，可通过散热风扇供应商提供的规格书内查找。
例如：某国内品牌正方形散热风扇，尺寸规格为120mm（L）*120mm（H）*38mm（D），额定参数如下图：
注：
A 风扇散热风量按额定风量的76.2%，即单个风扇风量为110.6m3/h，且多个散热风量安装时按风量叠加进行核算。
B 当电控箱内部安装变频器或可控硅时，其他用电器的散热暂时不予考虑。
C 风扇安装时，空气流向按统一方向设计，按当前常规，统一按风扇排气方式进行设计，并把所有散热风扇尽量安装在电控箱的同一侧面。如下图：
六.使用电控箱空调进行散热的选型设计方案
部分电控箱由于内部元件发热量较大，使用散热风扇已经无法满足使用要求，或电控箱内对空气的清洁度有特殊要求，或电控箱处于相对湿度较高的环境内，需保证电控箱内部不会出现凝露的风险，当以上情况出现时，电控箱主动散热装置可选择电控箱空调。电控箱空调的选型一般根据产品的制冷量进行，制冷量的需求主要通过核算电控箱内元件发热量得出。
需要留意的是电控箱空调一般有开孔尺寸的需求（1回风+1新风），还有供电的需求，因此在电控箱设计过程中需考虑以上配合参数。
由于电控箱空调不在本次重点研究范围内，具体的选型要求可通过参考具体电控箱空调厂家提供的规格书资料得出。
七.结论
电控箱主动散热的设计方案，重点在于准确的核算电控箱内部发热元件的发热功率，而电控箱内的发热元件一般集中在以下电气元件：变频器、可控硅（电力调整器）、控制器、变压器、开关电源、电缆发热。通过发热功率的核算，由相关的实验数据或经验值得出电控箱内外空气对流的风量值需求。由此选型风量合适的散热风扇，通过电控箱安装对应数量的散热风扇，满足空气对流的风量要求。
以上选型数据，已经有大量实际案例进行验证，通过以上参数的选型设计，电控箱均能满足对散热对流风量的要求，同时在对实际项目进行测定，电控箱内部均满足40℃以下的环境温度要求，确保电气元器件在合适的工作温度下安全可靠的运行。
参考文献
[1]ABB低压交流传动 ACS510-01 变频器 用户手册
论文作者:陈智刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：风量论文; 电控箱论文; 变频器论文; 散热风扇论文; 参数论文; 可控硅论文; 发热量论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;