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装置・制御盤の熱設計 スイッチング電源の発熱量とファン選定方法

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装置や制御盤を設計する際は電気設計と同じくらい熱設計が重要です。
装置内の内部温度が上昇すると機器・部品の寿命が短くなるからです。

装置や制御盤を正常に動作させる上で装置・制御盤のファンの選定は非常に重要です。
そのために装置・制御盤の発熱量を計算し、装置・制御盤内温度上昇を抑えるためにファンを選定します。

装置・制御盤の発熱量

 

 

まず、装置や制御盤に搭載されている機器の発熱量の合計を計算します。
リレーやシーケンサーはほとんど発熱しませんが、スイッチング電源やインバータやサーボアンプ、モータードライバーは発熱します。

実際はそれら発熱する機器を合計しますが、ここではわかりやすくスイッチング電源だけが発熱機器として説明します。

ある装置・制御盤に24V6.25A(150W)出力、効率が85%のスイッチング電源が1台使われているとすると電源の発熱量は以下の式で表されます。

発熱量=(出力電力÷効率)ー出力電力

発熱量=(150W÷0.85)ー150W=26.5.W

装置・制御盤内温度

 

ΔT=T2ーT1

T1:装置・制御盤の周囲温度の最大温度(℃)
エアコンのきいている室内では30℃、工場では40℃が一般的

T2:装置・制御盤内温度の最大温度(℃)
電源や制御機器は50℃以下で使うように推奨されています。

上記マンガ絵ではT1は40℃、 T2は50℃なので
ΔT=50℃−40℃=10℃です。

 

ファンの選定

ファンの選定前に必要風量Qを求めます。
風量Qは単位時間あたり移動させる空気量で単位はm³/minです。
1m³/minは1分間に1m³の空気がファンから排出されるということです。

 

Q=(50×発熱量(kW))÷ΔT

発熱量の単位のkWになおします。26.5W=0.0265kW

Q=(50×0.0265)/10=0.1325  必要風量は0.1325m³/minになります。

必要風量は計算上でますが、実際に装置・制御盤に組み込んだ風量は計算上の風量がそのまま出るわけではありません。

厳密には測定装置がありますが、簡易的に必要風量の1.5倍以上のファンを選びます。
0.1325×1.5=0.19875m³/min

装置の形状に収まる0.2m³/minの風量があるファンをカタログから選びます。

例えば山洋電機のDCファン「109P0612701」がありました。

 

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