ハイパワー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、ハイパワーインバータは電力変換量が多いため、効率損失が小さ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、それを放散しなければなりません。
空冷式のオープンキャビネットでは、この熱を簡単に取り除くことができます。しかし、フィルター付きファンの冷却や直接の空気流による冷却が不可能な過酷な環境では、筐体の熱管理が設計プロセスの重要な部分になります。過酷な環境で中電力および高電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フローまたはシール
オープンエアフローキャビネットは、周囲の空気がキャビネット内を流れるようにし、ハイパワーモジュールを直接効果的に冷却します。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に侵入する可能性がありますが、通常は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れる空気をろ過することで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、高電力コンポーネント(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ています。その後、流体は蒸気圧縮システムまたは液体から空気への熱交換器を介して、熱を周囲空気に排出します。いずれの場合も、必要な周囲空気熱交換器は、施設の内部または外部に配置できます。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、キャビネットにクーラントを出し入れする課題です。
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、作動流体が閉ループで蒸発して凝縮し、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、導電性の作動流体を使用できることであり、高出力の効率的で長距離伝送を可能にします。ループ式サーモサイフォンには可動部品がなく、アクティブ液体クーラント、蒸気圧縮、またはポンプ式二相冷却システムよりも信頼性があります。ループ式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の高出力廃熱をキャビネット外の環境に伝達するのに理想的です。
03密閉型エンクロージャー熱交換器
ループサーモサイフォンは、高発熱部品から直接大量の熱を除去する優れた方法です。しかし、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。これらの二次部品には、キャビネット全体に分散した多くの低電力デバイスが含まれており、直接接触して冷却することは困難です。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。
ループ式サーモサイフォンと密閉型熱交換器の組み合わせでは、高出力の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)がループ式サーモサイフォンのコールドプレートに取り付けられ、その10kWの負荷と熱負荷がループ式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1kW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。
一部のボールミルは、モーター出力が4500KwのФ5500×8500ボールミルなど、比較的大きな電力も持っています。
比較的大きなモーター出力、特に熱間圧延装置を備えた大型圧延機もいくつかあります。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。
インバーターの一般的な放熱方法
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。使用環境は換気がよく、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です。
(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。半導体デバイスの開発に伴い、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、および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、自動生産および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には数千の製品シリーズがあり、そのすべてがテスト済みであり、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、ユーザーは正確に選択できます。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、高保護の特性を示しています。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SANYOの長寿命ファンは200000hに達することができ、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、デザイナーは非常に幅広い選択肢を提供します。
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、コストが高すぎず、インバーターの容量が数十〜数百kVAになる可能性があるため、広く使用されています(ユニットを並列に使用)。
(1)インバーターの内蔵ファンによる冷却
ファン内蔵による冷却は、一般的に小容量の汎用インバータに用いられます。インバータを正しく設置することで、インバータの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。最終的な熱放散は、インバーターボックスの鉄板を介して行われます。インバータの内蔵ファンのみによる冷却方式は、インバータが分離した制御ボックスや、制御部品が比較的少ない制御ボックスに適しています。インバーター制御ボックスに比較的大きな熱放散を持つインバーターまたはその他の電気部品がいくつかある場合、熱放散効果はあまり明白ではありません。
(2)インバーターの外部ファンによる冷却
インバータ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ファンを複数追加することで、インバータの放熱効果を大幅に向上させ、インバータ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お話ししましょう: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%で計算し、インバーターに適合したファンとその容量との関係を得ることができます:例:インバーターの電力が90キロワットの場合、ファンの排気量(m3 / h)=インバーター容量×5%×360m³/ h / kW = 1620m³/ h
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キャビネットや、制御キャビネット内の電気部品が作動して同時に加熱される場合に適しています。高度に統合された集中制御キャビネットや制御ボックスに適しています。また、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。コストパフォーマンスも他の冷却方法よりもはるかに優れています。
