Обзор конструкции электрических шкафов

Введение

В электротехнике и системной интеграции корпус вряд ли можно назвать просто коробкой. Это начальный буфер против любого повреждения жизненно важных деталей, хорошо продуманный гель для обеспечения безопасности чувствительной электроники, находящейся в нем, от всех уродливых вещей, происходящих с ней в мире. Плохо выполненная конструкция электрического корпуса может быть небезопасной, ненадежной и недолговечной, будь то простая распределительная коробка или сложная промышленная панель управления. Сделайте это хорошо, и ваша система будет работать без проблем на протяжении многих лет. Неправильно сделанная конструкция может привести к катастрофическому отказу, дорогостоящим простоям и даже серьезным рискам для безопасности.

Это руководство по проектированию электронных корпусов поможет вам пройти через все этапы процесса проектирования электрических корпусов. Мы перейдем, так сказать, к следующему этапу, который заключается в формулировании потребностей и требований приложений, а затем, наконец, перейдем к размышлениям о производстве. Неважно, являетесь ли вы опытным инженером, которому необходимо подтянуть фундаментальные основы, или руководителем проекта с небольшим опытом работы в данной области, это руководство даст вам четкие практические стратегии, необходимые для того, чтобы ваша концепция стала успешной и функционирующей реальностью в реальном мире.

Определение фундамента - цель, сфера применения и требования

Прежде чем нанести какие-либо линии в САПР, необходимо выполнить самую важную задачу - определить, что, где и почему должно быть в вашем корпусе. Этот начальный этап помогает избежать дорогостоящего и трудоемкого перепроектирования в будущем. Любые дальнейшие решения, например, какой материал использовать, как контролировать тепло, будут предопределены четким представлением о виде корпуса, его предполагаемом использовании и условиях эксплуатации.

Задайте следующие вопросы:

• Какова его основная роль? Будет ли он служить программируемым логическим контроллером (ПЛК) в заводском цехе, блоком распределения питания в центре обработки данных или набором клемм для наружного освещения? Он будет содержать защищаемые им элементы, их минимальный размер и внутреннюю конфигурацию, что предопределит и в конечном итоге повлияет на стратегию проектирования корпуса для электроники.
• В каком месте он будет размещен? Окружающая среда играет важную роль. Климат-контроль в офисном здании имеет совершенно другие потребности по сравнению с корпусом, установленным на побережье, где он будет подвергаться воздействию соленых брызг, или на заводе, где условия характеризуются высокими температурами и сильно агрессивными химическими веществами. Эти факторы оказывают непосредственное влияние на выбор подходящего типа шкафа.
• Кто и на какой основе будет с ним работать? Будет ли он постоянно убираться в закрытом состоянии, или техническому персоналу необходимо регулярно проводить его техническое обслуживание? Нужны ли в нем вырезы для ЧМИ, смотровые окна, внешние переключатели? Взаимодействие с пользователем определит такие вещи, как тип петель, используемых на дверях, система запирания и маркировка.

Процесс полного ответа на эти вопросы помогает подготовить документ User Requirement Specification (URS). Теперь этот документ служит вам чертежом; таким образом, когда вы получите конечный результат, он не только будет хорошо функционировать, но и точно впишется в ожидаемую работу.

Источник: Крис Гайатт

Выбор материала - баланс между долговечностью, весом и стоимостью

Материал корпуса - это его броня, изготовленная из различных материалов. От вашего выбора напрямую зависят защитные свойства, срок службы, вес и, конечно, бюджет. Две основные категории - металлы и неметаллы (полимеры), каждая из которых имеет свои преимущества.

Металлы: Сталь, нержавеющая сталь и алюминий

Традиционно используются металлы, которые отличаются высокой прочностью и жесткостью.

• Углеродистая сталь: Это самый прочный материал в строительстве. Это долговечный материал, его легко изготовить, и он очень экономичен, поэтому его широко используют при строительстве зданий общего назначения внутри дома. Его главный недостаток в том, что он легко подвержен ржавчине, и это обычно покрывается прочным порошковым покрытием.
• Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь - это решение, когда необходима устойчивость к коррозии. Наиболее популярны два вида марок - 304 и 316. Тип 304 находит широкое применение в пищевой промышленности и в моечных установках. Если применение (или воздействие соли, например, хлоридов) является тяжелым (в морской технике часто используется тип 316, иногда называемый морским классом), повышенная коррозионная стойкость типа 316 является благородным инвестиционным преимуществом.
• Алюминий: Алюминиевые корпуса имеют отличное соотношение прочности и веса, то есть примерно на треть меньше стальных. Это позволяет использовать их в тех случаях, когда необходимо учитывать вес, например, для установки на столб или переносного оборудования. Кроме того, алюминиевые корпуса устойчивы к коррозии, что позволяет использовать их в самых разных неблагоприятных или нетипичных условиях, а также в мобильном оборудовании.

Неметаллы: Поликарбонат и стекловолокно

Полимерные материалы имеют особые преимущества, особенно там, где они подвержены коррозии или являются беспроводными. В тех случаях, когда условия окружающей среды являются проблемой (например, потенциальный контакт с химическими веществами или влажные условия), неметаллические корпуса часто лучше выдерживают испытания при проектировании корпусов электроники.

• Поликарбонат: Он обладает высокой ударопрочностью (в большинстве случаев IK10), малым весом и легко поддается изменениям. Он является отличным изолятором и прозрачен для радиочастот, что делает его идеальным корпусом для оборудования с антеннами Wi-Fi или сотовой связи. При создании компактных корпусов для электроники или другой техники, связанной с коммуникациями, поликарбонат может стать одним из самых эффективных вариантов гальванического покрытия.
• Стекловолокно (FRP): Высокая химическая стойкость и фантастическая коррозионная стойкость делают армированный стекловолокном полиэстер устойчивым к коррозии даже нержавеющей стали в некоторых кислотных средах. Он прочен, легок и способен выдерживать самые разные условия окружающей среды; следовательно, это долговечный материал для использования на очистных сооружениях, химических заводах и открытых площадках.

Размеры и расположение - планирование корпусов

Корпус "просто достаточно большой" на самом деле слишком мал. Эффективные размеры и планирование размещения необходимы для облегчения установки, обеспечения теплового баланса системы и защиты системы в будущем.

Определение внутреннего пространства компонентов

Для начала просто нарисуйте все основные компоненты, ПЛК, блоки питания, контакторы, клеммные колодки, в программе CAD. Но не останавливайтесь на этом. Пустое пространство не менее важно. Сделайте следующее:

• Клиренс в компонентах: Все тепловыделяющие компоненты должны иметь достаточное пространство для свободного движения воздуха. Технические паспорта: Ознакомьтесь с техническими характеристиками производителя и посмотрите, какие рекомендации даются в отношении зазоров.
• Проводка и управление кабелями: Назначьте каналы для прокладки проводов. Когда шкаф хорошо управляем, он не вызывает проблем и более безопасен в эксплуатации. Поток воздуха может быть ограничен перегруженными проводами, что приводит к образованию горячих точек.
• Радиус изгиба: Кабели не должны иметь 90-градусных изгибов. Учитывайте требования к радиусу изгиба всех кабелей питания и передачи данных, чтобы избежать повреждений и потери сигнала.

Одно из эмпирических правил - рассчитать общую площадь, занимаемую вашими компонентами, а затем добавить 20-25% буфера, чтобы обеспечить проводку и воздушный поток.

Возможность расширения и модификации в будущем

Потребности сегодняшнего дня могут не совпадать с потребностями завтрашнего. Продуманный дизайн предусматривает изменения в будущем.

• Дополнительное место на DIN-рейке: Если у вас есть DIN-рейки, то зарезервируйте не менее 25 процентов места под DIN-рейку. В дальнейшем установка нового модуля или реле будет простой процедурой, а не полной переделкой проводки.
• Модульные задние панели: Создание легко снимаемой подпанели или задней панели позволяет собрать и протестировать сложный узел на стенде, а затем поместить его в корпус, что значительно упрощает установку и обслуживание.
• Запасные выступы/сальниковые пластины: Если в будущем вы захотите проложить больше кабелей, подумайте об использовании съемной сальниковой пластины, а не сверлить отдельные отверстия. Это дает максимальную свободу при будущих изменениях входов/выходов.

Соответствие стандартам - навигация по рейтингам NEMA и IP

Существуют стандарты, направленные на разработку общего языка безопасности и защиты. Для электрических корпусов наиболее распространены два типа стандартов: рейтинги NEMA и рейтинги IP. Они определяют способность корпуса предотвращать проникновение твердых частиц (например, пыли) и жидкостей (например, воды) внутрь.

Понимание рейтингов IP

IP - это международный стандарт (IEC 60529) системы оценки степени защиты от проникновения. Он состоит из двух символов:

• Первая цифра (твердые частицы): Степень защиты от крупных частей тела (1), до мелкой пыли (6). Степень защиты IP6X означает, что рукоятка полностью защищена от пыли.
• Вторая цифра (жидкости): Степень защиты от жидкости, включая капающую воду (1), кратковременное или постоянное погружение в воду (7 и 8). IPX5 означает, что устройство безопасно при попадании струи воды, а IPX7 - что его можно погружать в воду на один метр на 30 минут.

Например, корпус со степенью защиты IP68 является абсолютно пыленепроницаемым и устойчивым к воздействию предметов при длительном погружении в воду, что является одним из ведущих показателей.

Навигация по стандартам NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования)

Система рейтингов NEMA в основном распространена в Северной Америке. Хотя рейтинги IP частично совпадают, стандарты NEMA предъявляют дополнительные требования к таким элементам, как устойчивость к коррозии и строительные технологии. Прямая замена одного на другой невозможна.

Некоторые типичные типы NEMA приведены ниже:

• NEMA 1: Для применения в помещениях общего назначения, защиты от случайных прикосновений и опасности падения грязи.
• NEMA 12: В помещении защищает от пыли, грязи и некорродирующих капель жидкостей. Обычно используется для управления промышленным оборудованием.
• NEMA 4: закрытый ящик, подходящий для использования внутри/снаружи помещения, рама может использоваться в качестве водонепроницаемого ограждения от воды, снега и воды, направляемой из шланга.
• NEMA 4X: Вся защита NEMA 4 с повышенной коррозионной стойкостью. Это стандарт для применения в пищевой, морской и химической промышленности.

Важнейший, часто упускаемый из виду элемент - терморегулирование

Теперь у вас получился прочный, идеально подходящий по размеру и соответствующий стандартам корпус. Однако, сделав его герметичным, чтобы предотвратить попадание пыли и воды, вы одновременно превратили его в печь. Все находящиеся в нем элементы выделяют тепло, а при отсутствии средств теплопередачи температура может повыситься до высоких уровней, что приведет к выходу из строя компонентов, внезапному отключению системы и радикальному сокращению общего срока службы оборудования. Терморегуляция не должен быть аксессуаром, он является центральной частью дизайна.

Эффективные решения для охлаждения и вентиляции

В маломощных приложениях может быть достаточно пассивного охлаждения (естественная конвекция и излучение). Однако когда плотность мощности повышается, активное охлаждение является обязательным. Это можно сделать с помощью устройства, вызывающего движение воздуха или активную откачку тепла из шкафа. Наиболее распространенной является система принудительного обдува с вентиляторами для охлаждения шкафа.

Благодаря правильной конструкции вентилятора можно легко создать предсказуемую схему воздушного потока, при которой холодный, отфильтрованный воздух поступает в корпус снизу, а горячий воздух выходит сверху. Это необходимо для того, чтобы окружающий воздух постоянно вытеснял горячий внутренний воздух, обеспечивая сами компоненты не перегреваются.

Выбор правильного решения для охлаждения с помощью ACDCFAN

Эффективность вашей системы терморегулирования полностью зависит от качества и пригодности выбранного вами охлаждающего вентилятора. Именно здесь сотрудничество со специалистом может сыграть решающую роль.

Мы являемся специализированным производителем с более чем 20-летним опытом работы, ACDCFAN понимает, что вентилятор в промышленном шкафу - это не просто еще один компонент, а критически важный элемент надежности. Мы предлагаем осевые и радиальные вентиляторы переменного, постоянного и ЕС тока, разработанные для решения специфических задач охлаждения шкафов.

Какую пользу это приносит вашему дизайну?

• Непревзойденная надежность и срок службы: Цель корпуса - долговременная защита. Ваш охлаждающий вентилятор должен соответствовать этой долговечности. Наши вентиляторы для охлаждения электрических шкафов разработаны для срок службы 70 000 часов даже при рабочей температуре 40℃. Для высокотемпературных применений наши цельнометаллические осевые вентиляторы переменного тока надежно работают при температура до 150°CЭто гарантирует, что ваша система останется холодной при высоких нагрузках. Это очень важно для применения в условиях высокогорья, где наши вентиляторы с корпусным фильтром могут похвастаться MTBF (средним временем наработки на отказ) более 3 лет, что значительно превышает средний показатель по отрасли.
• Производительность под давлением: Мы создаем наши корпусные вентиляторы для обеспечения стабильности. Рама изготовлена из высококачественного алюминиевого материала с добавлением меди, в результате чего 30% более стабильная работа вентилятора и виброустойчивость по сравнению со стандартными предложениями. Прочная конструкция обеспечивает стабильный воздушный поток даже в сложных промышленных условиях.
• Сертифицировано и защищено во всем мире: Ваша конструкция должна соответствовать международным стандартам, как и ее компоненты. Продукция ACDCFAN соответствует международным стандартам Сертификаты CE, UL, RoHS и EMC. Кроме того, для самых сложных условий эксплуатации мы предлагаем решения с Степень защиты IP до IP68Это гарантирует полную защиту от пыли и воды.
• Экспертное техническое партнерство: Вы не знаете, какой расход воздуха (CFM) вам нужен? Это распространенный и важный вопрос. Наша команда экспертов может помочь. Исходя из размеров вашего корпуса, внутренней рассеиваемой мощности (тепловой нагрузки) и температуры окружающей среды, мы можем выполнить тепловые расчеты, чтобы рекомендовать точную модель вентилятора и стратегию установки. Это избавляет от необходимости гадать и гарантирует, что ваша система терморегулирования будет эффективной с первого дня.

Выбирая ACDCFAN, вы не просто покупаете кулеры для корпусов; вы интегрируете профессионально разработанное, высоконадежное решение для охлаждения, подкрепленное десятилетиями опыта.

Проектирование для производства (DFM) - подготовка к производству

Дизайн, который отлично работает на экране, но не может быть создан или имеет много затрат, снижающих его эффективность, считается неудачным. Проектирование для производства (DFM) подразумевает принятие упреждающих мер в режиме онлайн, чтобы спроектировать ваш продукт таким образом, чтобы его было легко изготовить.

При проектировании корпусов учитывайте следующие рекомендации DFM:

• Сделайте дизайн простым: Можно ли из двух компонентов сделать один? Сможете ли вы использовать общие размеры отверстий и винтов? Любое время и деньги экономятся за счет снижения сложности.
• Детали из листового металла: Если используется листовой металл, будьте осторожны с дизайном, чтобы не пропустить характер материала. Радиус изгибов конструкции должен быть не меньше толщины материала, чтобы избежать растрескивания. Располагайте отверстия на безопасном расстоянии от изгибов и краев.
• Стандартизируйте компоненты: По возможности используйте стандартные крепежные элементы, петли и защелки. Нестандартные детали также стоят дорого, а сроки их изготовления очень велики.
• План проводки: Как техник может соединить детали? Имеет ли он достаточный физический и визуальный доступ? Применение мыслительного процесса сборки на этапе проектирования поможет избежать больших головных болей на заводе.

Заключение

Создание электрического корпуса - это приключение, связанное с осторожным выбором и разумными мерами предосторожности. Это структурированный подход к проектированию, начинающийся с полного понимания потребностей и целей применения и заканчивающийся созданием безопасного, надежного и пригодного для сборки изделия.

В этом руководстве рассказывается о создании корпуса, пошагово описывается, как не просто создать корпус: оно поможет вам создать корпус, зная все, что нужно знать, чтобы убедиться, что корпус работает как технически, так и в бизнесе. Вы создаете основу успеха вашей системы. Вы создаете ограниченное пространство, где ваши важные детали не только размещены, но и охраняются, хранятся и готовы к работе в течение всего рабочего периода. Это и есть план успешного дизайна.