Avec l'automatisation croissante des processus de production, de plus en plus de composants électrotechniques sont utilisés. Ces composants génèrent beaucoup de perte de puissance, et ces pertes sont converties en chaleur. Les températures croissantes à l'intérieur des armoires de contrôle ont un impact négatif sur le cycle de vie des composants à l'intérieur.
Les principaux défis auxquelles quant à la gestion thermique des armoires de contrôle sont : le maintien de la fiabilité du processus et le maintien des intervalles d'entretien dans des conditions économiques.
Par conséquent, le choix de la bonne méthode de refroidissement a une grande importance.
Les méthodes de refroidissement les plus utilisées :
1. Convection naturelle
Si dans votre application, la perte de chaleur est minimale, alors des ouvertures telles que des persiennes ou grilles avec des filtres peuvent être assez efficaces pour votre armoire. Cependant, l’efficacité de cette méthode est limitée par les composants utilisés de nos jours.
Règles générales:
- Selon la charge à l'intérieur de l'armoire et la température extérieure, la température de l'armoire est susceptible d'être supérieure à la température ambiante.
- Pas de pièces mobiles - en éliminant les ventilateurs externes, vous créez une application « zéro maintenance »
- Pas de poussière - L'utilisation de filtres d'échappement empêche la pénétration de la poussière dans l'armoire. Celle-ci peut endommager l'électronique de la même manière que la chaleur!
Si la température ambiante est inférieure à la température à l'intérieur de l'armoire électrique, la chaleur dissipée s'échappe dans l'environnement à travers la surface de l'armoire.
La formule suivante permet de calculer le niveau de chaleur dissipée par l'armoire :
Ps [W] = k x A x ∆T
Ps [W] = Puissance dissipée (puissance thermique dissipée de la surface de l'armoire de contrôle).
k [W/m²K] = Coefficient de transmission de chaleur (Puissance dissipée par m2 et par Kelvin). Cette constante est déterminée par le matériau..¹⁾
A [m²] = Superficie de l’armoire
∆T [K] = Différence thermique entre l’air ambiant et l’air à l’intérieur de l’armoire
.¹⁾ Tôle d’acier - 5.5 W/m²K / Acier inox - 5.5 W/m²K / Aluminum - 12.0 W/m²K / Plastic - 3.5 W/m²
2. Convection forcée
Si votre installation est dans un environnement propre et non dangereux, et avec une température ambiante inférieure à la température de consigne de l'armoire, un simple système de ventilation forcée utilisant l'air ambiant est généralement suffisant. Associés aux filtres à air, de tels dispositifs répondent généralement aux besoins de dissipation thermique de l'équipement électronique.
Règles générales:
- en cas de besoin, augmenter la température d’au moins 10K de plus que la température ambiante (cela peut varier selon la charge à l’intérieure de l’armoire et de la température ambiante).
- plusieurs configurations possibles : les ventilateurs à filtres peuvent être situés dans un certain nombre d'emplacements selon la complexité des enceintes.
- calculez la taille d'un ventilateur pour inclure la pression statique : lors du choix du ventilateur à filtre, il est très important de comprendre comment la pression statique affecte les performances de ce ventilateur.
La formule suivante permet d’obtenir le débit d’air requis:
V = 3.1 x Pv / ∆T [ m³/h]
V [ m³/h] = Volume d’écoulement d’air d’un ventilateur à filtre
Pv [W] = Perte de puissance (puissance thermique générée à l'intérieur d'une armoire par la puissance dissipée des composants)
∆T [K] = Différence de thermique entre l'air ambiant et l'air intérieur de l'armoire
3. Dispositifs de refroidissement en circuit fermé
Si votre application est installée dans un environnement où les températures ambiantes, l'exposition à l'huile et à la poussière sont élevées, et si vous avez des exigences sévères en matière d'éclaboussures (NEMA / IP), il est absolument nécessaire d'empêcher que l'air ambiant pénètre dans l'armoire.
Un système de refroidissement avec refroidissement en circuit fermé consiste normalement en 2 boucles : une boucle ferme l'air ambiant, refroidit et fait circuler de l'air propre dans l'armoire ; et la deuxième boucle utilise l'air ambiant ou l'eau pour dissiper la chaleur.
Pour ces applications, les dispositifs de refroidissement et les échangeurs sont principalement utilisés.
Règles générales:
- méthode unique pour que la température de l'armoire soit inférieure à la température ambiante
- adapté aux exigences des normes NEMA / IP
- lors de la planification, tenir compte de la température ambiante ainsi que de la perte de puissance générée. Pour des applications extérieures, tenir aussi compte du chargement solaire.
La bonne sélection d'une unité de refroidissement est déterminée par les critères suivants:
- capacité de refroidissement requise en Watt
- température maximale de l’air ambiant et température de l’air requise pour l’enceinte
- conditions de montage (latéral, intégré ou au-dessus)
- dimensions du dispositif de refroidissement et de l’armoire
- lieu du montage du dispositif (intérieur, extérieur, ombrage, etc.)
La formule suivante permet de calculer la puissance de refroidissement nécessaire:
Pk = Pv - Pr
Pk [W] = Capacité de refroidissement du dispositif
Pv [W] = Perte de puissance (puissance thermique générée à l'intérieur d'une armoire par la puissance dissipée des composants)
Pr [W] = Pertes / gains de chaleur radiante (transfert de chaleur via l’enveloppe externe de l’armoire)
La formule suivante permet de calculer le gain / la perte de chaleur: Pr = k x A x ∆T
k [W/m²K] = Coefficient de transfert de chaleur
A [m²] = Superficie de l’armoire
∆T [K] = Différence de température entre l’air ambiant et l’air à l’intérieur de l’armoire
Informations importantes lors de l'utilisation de dispositifs de refroidissement:
- L’enceinte doit être scellée pour empêcher l'entrée de l'air ambiant
- La classification NEMA / IP du dispositif de refroidissement doit être identique à celle de l’armoire
- Utiliser un interrupteur de contact de porte pour prévenir le fonctionnement avec des portes ouvertes ainsi qu’une accumulation excessive de condensation
- S’assurer que l'entrée d'air et le débit d'air dans le circuit externe ne sont pas entravés, autrement, cela empêcherait un bon échange de chaleur au niveau du condenseur
- Lorsque de l’utilisation des dispositifs de refroidissement montées au-dessus de votre armoire, s’assurer que les composants ayant leurs propres ventilateurs n'expulsent pas l'air directement dans la sortie d'air frais du climatiseur.
- Assurez-vous que l'unité est droite.
- Paramétrer la température minimum n'est pas toujours la meilleure solution. La valeur de +35°C prédéfinie par Seifert est un bon compromis qui permet d’assurer à la fois: une longue durée de vie des composants électriques, un fonctionnement efficace et une condensation minimale. Cela peut également varier en fonction de l'application.