高出力インバーターの熱を最適に放散する方法は?
ほとんどの高出力インバーターとそれに関連する電子部品は、電気キャビネットに統合されています。インバーターはシステム効率を向上させるだけでなく、インバーター自体の効率も非常に高く、損失はわずか2%から4%です。しかし、高出力インバーターは電力変換量が多いため、効率損失が低くても数キロワットから数十キロワットの廃熱が発生し、それを放散する必要があります。
オープン空冷キャビネットでは、この熱を簡単に取り除くことができます。ただし、フィルター付きファンの冷却や直接空気の流れによる冷却が不可能な過酷な環境では、エンクロージャの熱管理が設計プロセスの重要な部分になります。過酷な環境で中出力および高出力の密閉型エンクロージャ ドライブを効率的、受動的、経済的に冷却するには、戦略が不可欠です。
01 フローまたは密閉
オープンエアフローキャビネットにより、周囲の空気がキャビネット内を流れ、高出力モジュールを効果的に直接冷却します。ただし、この効率的な冷却により、外部汚染物質がエンクロージャ内に侵入する可能性がありますが、通常、ファン フィルター システムを使用してキャビネットに流入する空気をろ過することで、外部汚染物質が最小限に抑えられます。フィルターはほこりや破片を減らすのに役立ちますが、フィルターの清掃や交換には定期的なメンテナンスが必要です。
これらのシステムでは、高出力コンポーネント(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、統合ゲート整流サイリスタ、シリコン制御整流器)は通常、流体冷却コールドプレートに接続されます。次に、流体は蒸気圧縮システムまたは液体対空気の熱交換器を介して周囲の空気に熱を排出します。いずれの場合も、必要な周囲空気熱交換器は施設の内外に配置できます。これらのシステムの主な欠点は、キャビネットに流体を導入し、キャビネットに冷却剤を出し入れするという課題です。
02 ループサーモサイフォン
ループサーモサイフォン(LTS)は、重力駆動の二相冷却装置です。これらはヒートパイプと同様に機能し、作動流体が蒸発して閉ループで凝縮し、所定の距離にわたって熱を伝達します。ヒートパイプに対するループサーモサイフォンの主な利点は、導電性作動流体を使用できるため、高出力の効率的かつ長距離の伝送が可能になることです。ループサーモサイフォンには可動部品がなく、アクティブ液体冷却剤、蒸気圧縮、ポンプ二相冷却システムよりも信頼性が高くなります。ループサーモサイフォンは、キャビネット内のパワーエレクトロニクスからキャビネット外の環境に高出力の廃熱を伝達するのに最適です。
03 密閉型エンクロージャ熱交換器
ループサーモサイフォンは、高発熱部品から大量の熱を直接除去するための優れた方法です。ただし、二次部品の廃熱負荷は依然として冷却する必要があります。キャビネット全体に分散した多くの低電力デバイスを含むこれらの二次コンポーネントは、直接接触して冷却することが困難です。これらの低電力、低熱流束コンポーネントの場合、直接空冷が最も実用的な方法です。低電力コンポーネントは、エンクロージャシールの完全性を維持しながら、空対空熱交換器によって簡単に冷却できます。
ループサーモサイフォンと密閉型熱交換器の組み合わせでは、高出力絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)または統合ゲート整流サイリスタ(IGCT)がループサーモサイフォンコールドプレートに取り付けられ、その10kW負荷と熱負荷は、ループサーモサイフォンを介して外部キャビネットの空気に放散されます(図2を参照)。すべての二次電子部品は密閉された空対空熱交換器によって冷却され、約 1 kW の廃熱を除去できます。
多くの発電所の給水ポンプも非常に強力です。たとえば、2*300MW の火力発電所には、5500KW の電力の給水ポンプがあります。このような大電力では、6KVなどの中電圧および高電圧タイプが使用されます。
モーター出力が 5500Kw の Ф8500×8500 ボールミルなど、一部のボールミルは比較的大きな出力を持っています。
モーター出力が比較的大きい大型圧延機、特に熱間圧延装置もあります。たとえば、一部の仕上げ工場のモーター出力は 11,000 キロワットです。
インバータの一般的な放熱方式
インバーターの現在の構造に基づいて、熱放散は一般に、自然熱放散、対流熱放散、液体冷却、外部環境熱放散の3つのタイプに分類できます。
(I) 自然放熱 小容量インバーターの場合、一般的に自然放熱が使用されます。使用環境は換気が良く、ほこりや浮遊物がないようにする必要があります。このタイプのインバーターは、主に家庭用エアコン、CNC工作機械などに使用され、非常に低電力で比較的良好な使用環境を備えています。
(II)対流冷却は熱を放散します
対流冷却は、図 2 に示すように、一般的に使用される冷却方法です。半導体デバイスの発展に伴い、半導体デバイスのヒートシンクも急速に発展し、標準化、シリアル化、一般化の傾向にあります。新製品は、低熱抵抗、多機能、小型、軽量、自動生産と設置に適した方向に開発されています。世界のいくつかの主要なヒートシンクメーカーは、何千もの製品シリーズを持っており、そのすべてがテストされており、電力使用量とヒートシンクの熱抵抗曲線を提供しているため、ユーザーが正確に選択するのに便利です。同時に、放熱ファンの開発も非常に速く、小型、長寿命、低騒音、低消費電力、大風量、高保護などの特徴を示しています。たとえば、一般的に使用される低電力インバーター放熱ファンはわずか 25mm×25mm×10mm です。日本の三洋電機の長寿命ファンは200000hに達し、保護レベルはIPX5に達することができます。シンガポールもありますLEIPOLE大風量軸流ファン,排気量は最大5700m3/hです。これらの要因により、設計者には非常に幅広い選択肢の余地が提供されます。
対流冷却は、使用するコンポーネント(ファン、ラジエーター)が選択しやすく、コストがそれほど高くなく、インバーターの容量が数十から数百kVA、またはそれ以上(ユニットを並列使用)できるため、広く使用されています。
(1)インバータ内蔵ファンによる冷却
ファン内蔵冷却は、一般的に小容量の汎用インバータに用いられます。インバーターを正しく設置することで、インバーター内蔵ファンの冷却能力を最大限に引き出すことができます。内蔵ファンはインバーター内部の熱を奪うことができます。最終的な放熱は、インバーターボックスの鉄板を通して行われます。インバーターの内蔵ファンのみを使用した冷却方式は、インバーターが分離されたコントロールボックスや、制御部品が比較的少ないコントロールボックスに適しています。インバーターコントロールボックスに比較的大きな放熱を持つインバーターやその他の電気部品が複数ある場合、放熱効果はあまり明らかではありません。
(2) インバータの外部ファンによる冷却
インバーターが設置されているコントロールボックスに換気対流機能付きのファンを複数追加することで、インバーターの放熱効果を大幅に向上させ、インバーターの作業環境の温度を下げることができます。ファンの容量は、インバーターの熱放散によって計算できます。一般的な選択方法について話しましょう:経験に基づいて、消費電力によって発生する熱1kWごとに、ファンの排気量は360m³/hであり、インバーターの消費電力はその容量の4〜5%であると計算しました。ここでは 5% で計算すると、インバーター適合ファンとその容量の関係が得られます。例: インバーターの電力は 90 キロワットで、ファンの排気量 (m3/h) = インバーター容量 × 5% × 360m³/h/kW = 1620m³/h です。
次に、ファンの排気量に応じてさまざまなメーカーのファンモデルを選択し、条件を満たすファンを入手します。一般的に言えば、ファン冷却はこの段階でのインバーター冷却の主な手段であり、特に比較的大きな制御盤や、制御盤内の電気部品が同時に動作して加熱する場合に適しています。高度に統合された集中制御盤や制御ボックスに適しています。さらに、近年の技術の継続的な進歩により、放熱ファンは以前ほど巨大ではなくなり、小型で強力なファンがいたるところにあります。コスパ比も他の冷却方式に比べてはるかに優れている。
