Приветствую читателя на своём канале. В этой статье хочу уделить внимание одному нюансу, с которым иногда приходится сталкиваться проектировщикам систем автоматизации, конструкторам щитового оборудования и других соответствующих разделов.
В проектировании сфера автоматизации очень обширна. Она может занимать область работы от прокладки кабелей от уже собранных приборов до создания собственных систем АСУ ТП с учётом построения шкафов автоматизации. Из всего этого разнообразия здесь я затрону вопрос о подсчёте тепловыделения частотных преобразователей, которые периодически необходимо устанавливать внутри шкафов управления. Как мне кажется, этот вопрос хорошо освещён в интернет источниках и других специализированных порталах. Но мной, по неведомой причине, движет идея пересказать данный материал своими словами. Возможно в этой популярной теме (и уже не раз написанной) кто-то подчеркнёт для себя что-то важное. Сразу оговорюсь, что данная статья может послужить хорошим помощником для начинающих разработчиков.
Итак-с, возьмём в качестве примера работу с частотным преобразователем (или частотными преобразователями). Установку такого оборудования часто требуют тепломеханики для обеспечения плавного пуска и регулирования частоты оборотов насосов, двигателей и вентиляторов различного назначения. В виду свой деятельности я редко бываю на реальных объектах, но инженерное чувство подсказывает мне, что при выборе данного оборудования их зачастую устанавливают рядом со шкафом управления, а дальше действует великолепный принцип: «работает – не трогай». Всё бы хорошо, но есть очень важный нюанс для проектировщика - степень защиты IP. Несмотря на сложившиеся условия на текущий момент, рынок предоставляет большой выбор линеек частотных преобразователей различной мощности, но большинство из них со степенью IP20, а такая защита запрещает устанавливать оборудование вне защитного корпуса и по правильному такие частотники необходимо прятать в корпуса шкафов управления, у которых степень защиты начинается от IP45.
Выполняя это условие нам приходится столкнуться с очередной задачкой, которую я попытаюсь раскрыть.
При работе с преобразователями частоты нужно учитывать их тепловыделение, так как это напрямую влияет на надежность и эффективность всей системы оборудования внутри корпуса шкафа. Пренебрегать этим нельзя, так как можно столкнуться с проблемой перегрева оборудования и его преждевременному выходу из строя. Лучшее решение, которое можно принять на стадии разработки раздела – это поискать показатель тепловыделения в паспорте на оборудование либо любой другой технической документации от производителя. Но в реальности всё может быть не так гладко. Такую информацию могут не расписать и не предоставить по запросу. Тогда нужно подключать немного смекалки и сообразительности.
Представим основную задачу, которую нам необходимо решить в короткие сроки. Пример описывает личную практику на реальном объекте. Была поставлена задача спроектировать небольшой шкаф управления на основе контроллера (ПЛК) с учётом установки частотных преобразователей внутри корпуса. Принципиально-электрические схемы были построены, нагрузки были учтены, а частотные преобразователи были с полной маркировкой, прописанной самим Заказчиком. И под конец разработки шкафа управления возник вопрос о выборе его микроклимата, который подбирается согласно подсчётам по тепловыделению всего оборудования внутри. И тут возникла проблема, описанная выше. Тепловыделение для выбранных частотников никто не прописывал.
В этот момент нам необходимо прибегнуть к расчёту в одну формулу и небольшому алгоритму действий:
· Определение номинальной мощности преобразователя (Pном), которую дадут с вероятностью 100% иначе как тогда вообще выбирать частотник.
· Узнать КПД устройства при рабочей нагрузке (η)
· Рассчитать потери по формуле: Pпотерь = Pном × (1 — η). Тут важно понимать, что «(1 — η)» - это теряемая мощность (тепло, которые уходит наружу и не совершает полезной работы)
· Учесть дополнительные потери при перегрузках
Рассмотрим практический пример: если преобразователь частоты имеет мощность 15 кВт и КПД 90%, то потери составят 15000 × (1 — 0.90) = 1500 Вт. При этом важно помнить, что реальное тепловыделение может отличаться в зависимости от условий эксплуатации и качества монтажа оборудования, поэтому закладывать запас по теплоотводу лучше не менее 20-30%. Почему важно накидывать этот запас?
Есть ещё дополнительные факторы, влияющие на тепловыделение преобразователя частоты, которые необходимо учитывать при проектировании всей системы.
Первым важным фактором является номинальная мощность частотного преобразователя – чем выше мощность, тем больше тепловыделение. Однако не стоит забывать, что КПД современных преобразователей частоты составляет 95-98%, что значительно снижает потери на его нагрев.
Вторым существенным фактором является режим работы оборудования. При постоянной нагрузке тепловыделение не изменяется, тогда как при переменной нагрузке оно может существенно колебаться. Стоит заметить, что пусковые токи и перегрузки способны временно увеличить тепловыделение до 1.5-2 раз от номинального значения. Также важную роль может играть качество компонентов и степень их старения – изношенные элементы выделяют немного больше тепла. Но об этом вам больше расскажет пусконаладчик с монтажником.
На сам процесс тепловыделения также влияет высота установки. На высоте более 1000 метров над уровнем моря снижается плотность воздуха, что ухудшает теплообмен корпуса шкафа с окружающей средой. Это может привести к увеличению рабочей температуры на ощутимые 5-10°C. Но такой фактор редко кто учитывает, а вот сезонные колебания температуры (зима/лето) очень даже. Рекомендуется рассчитывать систему охлаждения на максимальную летнюю температуру с запасом 10-15°C, когда нагрев предварительно может быть максимальным.
Благодарю читателя за то, что прочитал статью до конца. В статье изложено моё личное мнение по рассматриваемым вопросам. Оно не является истинным и абсолютно правдивым. К тому же, подписавшись на мой канал, вы всегда можете внести ясность по любым техническим вопросам, опираясь на свой личный опыт. Техническая информация, представленная на в этой статье, не является официальной и предоставлена только в ознакомительных целях. Автор статьи не несет никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной из данного материала.
Подписывайтесь на мой канал, чтобы иметь возможность давать комментарии. Буду рад вашему альтернативному мнению по теме статьи.