具有散热功能的PLC变频电机控制柜设计

杨代强

[摘 要] PLC变频电机控制柜内含有很多电子元器件，使用过程中将产生大量热量，这将导致放置变频器的控制柜内的温度升高，若不及时散热将很有可能导致电子元器件的损坏，进而造成变频器无法工作。传统的散热装置为风扇，会带来噪声和能量损耗等问题。设计提供了不需要耗费额外的能源，同时不会产生噪音的解决方案。

[关 键 词] 散热；变频；电机；控制柜

[中图分类号] TM303 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）20-0108-01

一、传统电机控制柜散热问题分析

目前使用中的PLC电机控制柜大部分通过风扇来实现控制柜的散热，这种散热结构在使用过程中存在以下几个问题：（1）风扇在运行过程中将会产生大量的噪音；（2）为了使控制柜内的热量及时有效地散发，风扇将一直处于运行状态，但在实际使用过程中，当控制柜内的温度较高时风扇的散热作用不大，因此，这种散热结构一方面风扇运转需要耗费额外的能源；另一方面，当控制柜内不需要散热时将造成电能的浪费。

二、电机控制柜设计

图1为具有散热功能的PLC变频电机控制柜结构示意图，1柜体、2柜门、3总控制开关、4变频控制电路、5散热筋。该电机控制柜包括柜体和柜门，在柜体内设有总控制开关和多个变频控制电路，总控制开关的输入端接外部电网，总控制开关的输出端分别与多个变频控制电路连接，变频控制电路的输出端与外部电机连接，在柜体上开设有空腔，在柜体上还设有若干散热筋，在每个散热筋内开设有盲孔，该盲孔与空腔相通进而形成柜体的散热通道，在散热通道内填充有相变材料层。

（一）变频控制电路

变频控制电路包括第一电抗器、变频器、PLC芯片、液晶显示器和第二电抗器，其中总控制开关的输出端与第一电抗器的输入端连接，第一电抗器的输出端与变频器的输入端连接，变频器的输出端与第二电抗器的输入端连接，第二电抗器的输出端与外部电机连接，PLC芯片还与变频器和液晶显示器双向连接，在PLC芯片上还连接有无线通讯模块。

（二）电抗器

电抗器能减少谐波对变频器的冲击，PLC芯片能实现同时对多个变频器的控制，液晶显示器能将相关的控制信号实时显示，方便操作者实时了解控制柜的工作情况，同时PLC芯片上设置的无线通讯模块能将信号与外部上位机进行通讯，实现控制柜的远程实时控制。

（三）散热筋

散热筋为由铝型材料制成的散热筋，散热筋表面进行氧化处理。铝型材料制成的散热片相较其他材料的散热性更好，同时将散热筋表面氧化处理能有效提高散热筋的辐射效率，使控制柜内的热量能及时有效地散发，保证控制柜的温度适宜。

（四）液晶显示器

液晶显示器设置在柜门上，柜门与柜体铰接。将液晶显示器设置在柜门上，再进行观察时，操作者无需打开柜门就可实时了解控制柜内的工作情况，同时柜门与柜体铰接使柜门的开启和关闭均十分方便。

（五）工作原理

当该控制柜在工作时，柜体内的变频控制电路的元器件将产生大量热量，根据热传导原理，该热量将从元器件处向外散发并传递到柜体的内壁上，傳递到柜体内壁的热量进一步传递到散热通道内，此时散热通道内的相变材料将吸收该热量，该热量将使相变材料发生状态的改变，即相变材料由固态变为液体，变为液态的相变材料将沿散热通道进行流动，流动到散热筋盲孔内的相变材料将进一步将该热量传递给散热筋，由于散热筋能极大地增加柜体与空气之间的接触面积，故通过相变材料传递到散热筋处的热量能及时有效地通过散热筋传递出去，从而有效地保持控制柜内的温度始终在适宜的范围。

三、电机控制柜的优点

具有散热功能的PLC变频电机控制柜有以下优点：

（一）不会耗费额外的能源

本设计中相变材料的变化完全依靠控制柜产生的热量来实现，不需要额外的能源。

（二）温度范围始终保持在最适合

当控制柜内的温度达到需要冷却的温度时，相变材料吸热进行冷却，当控制柜内的温度不需要散热时，相变材料状态不变，控制柜进行自然散热，故本方案能自动根据控制柜内的温度情况进行散热，使控制柜始终保持在最适合的温度范围。

（三）无噪声

散热过程是利用特殊材料和巧妙的结构设计实现，因此散热时不会存在传统风扇散热时的噪声问题，整个工作环境良好。

四、结束语

由于PLC变频电机控制柜存在大量的电子元器件，这些元器件会产生大量热量。因此，为了让电子设备可靠、稳定地工作，控制柜就必须解决散热问题。本设计利用在柜体开设空腔、设置散热筋，并在散热筋内开设盲孔，在散热通道内填充相变材料等解决了传统风扇噪声和能源浪费等问题。

参考文献：

[1]左晓刚.控制柜关键因素热布局优化研究[J].制造业自动化，2016（2）.

[2]赵鹏睿.电气控制柜的人机工程学评价与设计[D].华北电力大学，2013.