JP2008236956A - Inverter cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置のインバータユニットから発生する熱を外部から供給される冷却液を循環させて熱交換により冷却するインバータ冷却装置に関する。 The present invention relates to an inverter cooling device that circulates a coolant supplied from the outside to generate heat from an inverter unit of an inverter device and cools it by heat exchange.
従来のインバータ冷却装置としては、図７に示すような構成のものがある。 As a conventional inverter cooling apparatus, there exists a thing of a structure as shown in FIG.
図７において、１はインバータ装置で、このインバータ装置１はケース２内に主回路素子（スイッチング素子ＩＧＢＴ）３ａ、この主回路素子３ａから発生する熱を冷却する冷却フィン３ｂ及びコンデンサ３ｃを備えたインバータユニット３と、このインバータユニット３内の主回路素子３ａを制御するインバータ制御装置４が設置されている。
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an inverter device. This inverter device 1 includes a main circuit element (switching element IGBT) 3a in a
この場合、主回路素子３ａはケース２の一方の側面に取付けられた入出力端子３ｄに電線３ｅにより接続され、図示しない外部電源及び負荷との間で入出力が行われる。
In this case, the main circuit element 3a is connected to an input /
一方、このような構成のインバータ装置１の冷却系としては、２次側冷却ポンプ５により２次側冷却液（本例では２次側冷却水）が冷却水流入側配管６ａを通してケース２内に設置されたインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に導入され、この冷却フィン３ｂよりインバータ装置１の外部に流出する２次側冷却水を冷却水流出側配管６ｂ通して外部の熱交換器７の２次側を介して２次側冷却ポンプ５に戻る２次側冷却水循環系が構成されている。
On the other hand, as a cooling system of the inverter device 1 having such a configuration, the secondary
この場合、熱交換器７の手前の冷却水流出側配管６ｂを分岐して２次側冷却水ポンプ５の流入側配管に冷却水バイパス配管６ｃが接続されると共に、冷却水流出側配管６ｂの分岐点に電動三方弁８が設けられている。
In this case, the cooling water
また、２次側冷却ポンプ５の冷却水吐出口側には、ケース２の入口側の冷却水温度を検出するインバータ入口冷却水温度検出器９が設けられ、このインバータ入口冷却水温度検出器９で検出された冷却水温度検出信号は２次側冷却水温度制御装置１０に入力される。
An inverter inlet cooling
この２次側冷却水温度制御装置１０は、図８に示すようにインバータ入力冷却水温度検出信号９ａと冷却水温度設定値１０ａとを比較し、その偏差値がゼロになるようにＰＩＤコントローラ１０ｂにより電動三方弁７の開度を求め、この開度信号により電動三方弁８を制御するものである。
As shown in FIG. 8, the secondary-side cooling water
さらに、熱交換器７の１次側には１次側冷却ポンプ１１により２次側冷却水と熱交換する１次側冷却水が１次側冷却水配管１２を通して循環する１次側冷却水循環系が構成されている。
Further, on the primary side of the
以上はインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に流れる冷却水循環系の構成であるが、インバータ装置１の発熱体としては上記以外に制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｅ等があり、これらの発熱体に対してはケース２の前面に外気を取込むための吸気口１３と、ケース２の後面に吸気口１３から吸気した空気をケース２の外部へ排出するための排気口１４とを設けて、図示しない送風ファンにより発熱体で発生した熱を放熱する空気冷却系が構成されている。
The above is the configuration of the cooling water circulation system that flows in the cooling fin 3b that exchanges heat with the main circuit element 3a of the
このような構成のインバータ装置の冷却系において、いま、２次側冷却ポンプ５が商用電源等により一定速度で運転されているものとすれば、２次側冷却水は冷却水流入側配管６ａを通してケース２内に設置されたインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に導入され、この冷却フィン３ｂより冷却水流出側配管６ｂ通して熱交換器７の２次側を介して２次側冷却ポンプ５に戻る２次側冷却水循環系を循環している。
In the inverter system cooling system having such a configuration, if the
この場合、２次側冷却水温度制御装置１０は、インバータ入口冷却水温度検出器９で検出されたケース２の入口側の２次側冷却水温度と冷却水温度設定値との偏差値がゼロになるように電動三方弁８の開度を制御することで、熱交換器７の２次側に流れる２次側冷却水の一部が冷却水バイパス配管６ｃを通して分流し、インバータ入口冷却水の温度が制御される。
In this case, the secondary side cooling water
したがって、冷却フィン３ｂは主回路素子３ａと物理的に接触させることによって、主回路素子３ａのスイッチングにより発生する熱を冷却し、また冷却フィン３ｂは２次側冷却水循環系を循環する２次側冷却水と熱交換される。 Therefore, the cooling fin 3b cools the heat generated by the switching of the main circuit element 3a by making physical contact with the main circuit element 3a, and the cooling fin 3b circulates in the secondary side cooling water circulation system. Heat exchange with cooling water.
また、冷却フィン３ｂの冷却により温度が高くなった冷却水は、熱交換器７の２次側に流入すると１次側冷却水ポンプ１１により１次側冷却水循環系を循環する冷却水と熱交換されて外部に排熱される。
Further, when the cooling water whose temperature has been increased by cooling the cooling fins 3 b flows into the secondary side of the
一方、インバータ装置１内の冷却フィン以外のインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｅ等で発生する熱は、ケース２の吸気口１３より外気をケース２内に取込み、これらの発熱体を冷却した後、排気口１４より外部に排気される。
On the other hand, the heat generated in the
このような従来のインバータ冷却装置においては、次のような問題があった。 Such a conventional inverter cooling apparatus has the following problems.
前述したようなインバータ装置の冷却系とすれば、冷却フィン３ｂにより主回路素子（ＩＧＢＴ）３ａの発熱を冷却することはできるが、大容量のインバータ装置においては、冷却フィン以外のインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｅ等で発生する熱に対して無視することができず、単にケース２に吸気口１３及び排気口１０を設けるだけの空気冷却系だけでは、ケース２内の温度が上昇する。特にインバータ装置１に使われているコンデンサや電子部品については、一般にアレニウスの法則に従いケース２内の温度が高くなると故障発生率が加速的に増加する。
If the cooling system of the inverter device as described above is used, the heat generation of the main circuit element (IGBT) 3a can be cooled by the cooling fin 3b. However, in the large-capacity inverter device, the
また、ケース２内の温度が高く、かつ冷却フィン３ｂの温度が低い状態で、吸気口１３からケース２内に高湿度の空気が取込まれると、冷却フィン３ｂに結露が発生する。
Further, when high humidity air is taken into the
このため、冷却フィン３ｂに流れる２次側冷却水の温度設定値をケース２内の温度よりも高い値とし、２次側冷却ポンプ５をインバータ装置１の定格運転時における発熱に対して冷却可能なように常に定格運転し、２次側冷却水を冷却フィン３ｂに供給している。
For this reason, the temperature setting value of the secondary side cooling water flowing through the cooling fins 3b can be set to a value higher than the temperature in the
しかし、インバータ装置１が定格運転していないときにも２次側冷却ポンプ５を定格で運転しなければならないため、２次側冷却ポンプ５の運転に要する消費電力が多くなり、経済的に不利である。
However, since the
また、インバータ装置の設置場所がインバータ装置１に影響を与える温度環境下にあると、ケース２の内部温度と２次側冷却水の設定温度に差が発生し、ケース２の内部温度が低い場合には冷却フィン２に結露が発生し、絶縁不良により装置が破損するという問題がある。
In addition, if the installation location of the inverter device is in a temperature environment that affects the inverter device 1, there is a difference between the internal temperature of the
本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、インバータ装置の出力に応じて２次側冷却ポンプの回転数を制御して消費電力の低減を図ると共に、ケース内の温度とケース内に取込まれる空気との温度差により発生する冷却フィンの結露を防止することができるインバータ冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The rotational speed of the secondary cooling pump is controlled in accordance with the output of the inverter device to reduce power consumption. It is an object of the present invention to provide an inverter cooling device capable of preventing condensation of cooling fins generated due to a temperature difference with air taken into a case.
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりインバータ冷却装置を構成するものである。 In order to achieve the above object, the present invention constitutes an inverter cooling device by the following means.
請求項１に対応する発明は、外気を通風するための吸気口及び排気口を有するケース内に、主回路素子及びこの主回路素子から発生する熱を冷却する冷却フィンを備えたインバータユニットとこのインバータユニット内の主回路素子を制御するインバータ制御装置とを設けたインバータ装置の冷却系として、冷却ポンプにより冷却液を前記ケース内のインバータユニットの冷却フィン内に導入し、この冷却フィンより前記インバータ装置の外部に流出する冷却液を熱交換器により熱交換して前記冷却ポンプに戻す冷却系と前記熱交換器に流入する冷却液の流路を分岐し、かつこの分岐点に設けられた電動三方弁の開度に応じ冷却液を分流させて前記冷却ポンプに戻す冷却液バイパス系により冷却液循環系を構成して、前記インバータユニットから発生する熱を冷却するようにしたインバータ冷却装置において、前記ケース内の吸気口近傍に設けられた室温検出器と、前記冷却ポンプより前記インバータ装置内に流入する冷却液の温度を検出するインバータ入口冷却液温度検出器と、前記室温検出器により検出された温度から結露しない露点温度を求め、この露点温度を冷却液設定温度とする冷却液温度設定器と、この冷却液温度設定器で設定された冷却液設定温度と前記インバータ入口冷却液温度検出器により検出された冷却液温度との偏差に基づいて前記電動三方弁の開度を制御してインバータ入口冷却液の温度を制御する冷却液温度制御装置と、前記インバータ制御装置にインバータユニットの制御及びインバータユニットの駆動条件をもとにインバータロスを算出する機能を持たせ、この機能により算出されたインバータロスと前記冷却液温度設定器で求められた冷却液設定温度に基づいてポンプ速度を求めるポンプ速度設定装置と、このポンプ速度設定装置で求められたポンプ速度に応じて前記冷却ポンプを駆動制御するポンプ駆動用インバータ装置とを具備する。 The invention corresponding to claim 1 includes an inverter unit including a main circuit element and a cooling fin for cooling heat generated from the main circuit element in a case having an intake port and an exhaust port for ventilating outside air. As a cooling system of an inverter device provided with an inverter control device for controlling a main circuit element in the inverter unit, a cooling liquid is introduced into a cooling fin of the inverter unit in the case by the cooling pump, and the inverter is supplied from the cooling fin. The cooling liquid flowing out of the apparatus is heat-exchanged by a heat exchanger and returned to the cooling pump, and the flow path of the cooling liquid flowing into the heat exchanger is branched, and an electric motor provided at this branching point A coolant circulation system is constituted by a coolant bypass system that divides the coolant according to the opening of the three-way valve and returns it to the cooling pump, and the inverter unit In the inverter cooling device for cooling the heat generated from the inverter, a room temperature detector provided in the vicinity of the air inlet in the case, and an inverter for detecting the temperature of the coolant flowing into the inverter device from the cooling pump Obtain the dew point temperature from which the dew point is not dewed from the temperature detected by the inlet coolant temperature detector and the room temperature detector, and set the coolant temperature setter with this dew point temperature as the coolant set temperature, and this coolant temperature setter. A coolant that controls the temperature of the inverter inlet coolant by controlling the opening of the electric three-way valve based on the deviation between the set coolant temperature and the coolant temperature detected by the inverter inlet coolant temperature detector A temperature control device, and a function for calculating inverter loss based on inverter unit control and inverter unit drive conditions in the inverter control device. The pump speed setting device that obtains the pump speed based on the inverter loss calculated by this function and the coolant setting temperature obtained by the coolant temperature setting device, and the pump speed obtained by the pump speed setting device. And a pump driving inverter device for driving and controlling the cooling pump.
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のインバータ冷却装置において、前記インバータ装置から流出する冷却液の温度を検出するインバータ出口冷却液温度検出器を設け、このインバータ出口冷却水温度検出器により検出された冷却液のインバータ出口温度と前記インバータ入口冷却液室温検出器で検出されたインバータ入口温度との差から前記インバータ装置の実際の冷却液温度上昇値を求め、前記ポンプ速度設定装置により求められたポンプ速度とインバータロスからインバータ装置の冷却液温度上昇値の計算値と実際の温度上昇値との差から前記インバータ装置内の熱交換率又はインバータロスが正常な値にあるか否かを判定して、インバータロスの異常又は冷却効率の異常を検出し保護する液冷却保護装置を具備する。
The invention corresponding to
請求項３に対応する発明は、請求項２に対応する発明のインバータ冷却装置において、前記液冷却保護装置で異常の検出信号を取込むと前記ポンプ速度設定装置より出力される速度設定値を前記インバータ装置の冷却液温度上昇の計算値と実際の冷却液温度上昇値との偏差の絶対値に比例した値により補正して前記ポンプ駆動用インバータ装置に与える冷却効率補正装置を設ける。
The invention corresponding to
請求項４に対応する発明は、外気を通風するための吸気口及び排気口を有するケース内に、主回路素子及びこの主回路素子から発生する熱を冷却する冷却フィンを備えたインバータユニットとこのインバータユニット内の主回路素子を制御するインバータ制御装置とを設けたインバータ装置の冷却系として、冷却ポンプにより冷却液を前記ケース内のインバータユニットの冷却フィン内に導入し、この冷却フィンより前記インバータ装置の外部に流出する冷却液を熱交換器により熱交換して前記冷却ポンプに戻す冷却系と前記熱交換器に流入する冷却液の流路を分岐し、かつこの分岐点に設けられた電動三方弁の開度に応じ冷却液を分流させて前記冷却ポンプに戻す冷却液バイパス系により冷却液循環系を構成して、前記インバータユニットから発生する熱を冷却するようにしたインバータ冷却装置において、前記ケース内の吸気口近傍に設けられた室温検出器と、前記冷却ポンプより前記インバータ装置内に流入する冷却液の温度を検出するインバータ入口冷却液温度検出器と、前記インバータ制御装置にインバータユニットの制御及びインバータユニットの駆動条件をもとにインバータロスを算出する機能を持たせ、この機能により求められたインバータロスが入力され、このインバータロスから前記インバータ装置の冷却液温度を求め、これを冷却液温度補正値として出力するインバータ入力冷却液温度設定器と、前記室温検出器で検出された温度検出値に前記インバータ入力冷却液温度設定器より出力される冷却液温度補正値を加算した冷却液設定温度値が入力され、前記インバータ入口冷却液温度検出器９で検出された冷却液温度値と冷却設定温度値との偏差に基づいて前記電動三方弁の開度を制御するインバータ入力冷却液温度制御装置と、 前記温度検出値に前記冷却液温度補正値を加算した冷却液設定温度値と前記インバータユニットの主回路素子の動作最大温度から決まるインバータユニット出口の温度上昇値との差から求められるインバータユニット出口の温度上昇値で前記インバータ制御装置より入力されるインバータロスを除算し、この値に比例したポンプ速度をポンプ速度関数から求めるポンプ速度設定装置と、このポンプ速度設定装置で求められたポンプ速度に応じて前記冷却ポンプを駆動制御するポンプ駆動用インバータ装置とを具備する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an inverter unit including a main circuit element and a cooling fin for cooling heat generated from the main circuit element in a case having an intake port and an exhaust port for ventilating outside air. As a cooling system of an inverter device provided with an inverter control device for controlling a main circuit element in the inverter unit, a cooling liquid is introduced into a cooling fin of the inverter unit in the case by the cooling pump, and the inverter is supplied from the cooling fin. The cooling liquid flowing out of the apparatus is heat-exchanged by a heat exchanger and returned to the cooling pump, and the flow path of the cooling liquid flowing into the heat exchanger is branched, and an electric motor provided at this branching point A coolant circulation system is constituted by a coolant bypass system that divides the coolant according to the opening of the three-way valve and returns it to the cooling pump, and the inverter unit In the inverter cooling device for cooling the heat generated from the inverter, a room temperature detector provided in the vicinity of the air inlet in the case, and an inverter for detecting the temperature of the coolant flowing into the inverter device from the cooling pump The inlet coolant temperature detector and the inverter control device have a function of calculating inverter loss based on the control of the inverter unit and the drive condition of the inverter unit, and the inverter loss obtained by this function is input. An inverter input coolant temperature setter that obtains the coolant temperature of the inverter device from the inverter loss and outputs this as a coolant temperature correction value; and the inverter input coolant temperature is detected by the room temperature detector. The coolant set temperature value obtained by adding the coolant temperature correction value output from the setter is input, An inverter input coolant temperature control device for controlling the opening degree of the electric three-way valve based on a deviation between the coolant temperature value detected by the inverter inlet
本発明によれば、インバータ装置の出力に応じて２次側冷却ポンプの回転数を制御して消費電力の低減を図ると共に、インバータ装置のケース内の温度とケース内に取込まれる空気との温度差により発生する冷却フィンの結露を防止することができる。 According to the present invention, the rotational speed of the secondary cooling pump is controlled according to the output of the inverter device to reduce power consumption, and the temperature in the case of the inverter device and the air taken into the case are reduced. Condensation of the cooling fins caused by the temperature difference can be prevented.
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明によるインバータ冷却装置の第１の実施形態を示す系統構成図で、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは従来の構成と異なる部分について述べる。 FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of an inverter cooling apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. State.
第１の実施形態においては、図１に示すようにインバータ装置１のケース２内で温度が一番低い吸気口１３の近くに室温検出器１５を設け、またインバータ制御装置４に対してインバータユニット３の主回路素子３ａの特性カーブに出力電流、出力電圧、入力電圧を入力して主回路素子３ａのスイッチングロスおよび主回路素子３ａのオンロスを求め、インバータユニットで発生するロスを計算する機能を持たせ、さらに２次側冷却ポンプ５に対応させてポンプ駆動インバータ装置１６と、室温検出器１５で検出された温度検出信号とインバータ制御装置４で求められるインバータロス及びインバータ入口冷却水温度検出器９で検出されるケース２の入口側の２次側冷却水温度をもとにバルブ開度とポンプ速度を求めて電動三方弁８の開度を制御すると共に、ポンプ駆動インバータ装置１６に２次側冷却ポンプ５を駆動制御するための速度基準を与える水冷却制御装置１７とを設ける構成とするものである。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a
上記水冷却制御装置１７は、インバータ入力冷却水温度設定器１８、インバータ入力冷却水温度制御装置１９及びポンプ速度設定装置２０を備えている。
The water
ここで、インバータ入力冷却水温度設定器１８は、室温検出器１５により検出された温度検出信号が入力され、インバータ設置条件で湿度の上限が分かる場合には図２（ａ）に示すようにこの湿度から結露しない露点温度を求めて冷却水設定温度とし、またインバータ設置条件で湿度の上限が分からない場合は室温検出器１５により検出されたケース２内の温度をそのまま露点温度として冷却水設定温度とする機能を有している。
Here, when the temperature detection signal detected by the
また、インバータ入力冷却水温度制御装置１９は、図２（ａ）に示すようにインバータ入口冷却水温度検出器９で検出されたケース２の入口側の２次側冷却水温度とインバータ入力冷却水温度設定器１８より入力される冷却水設定温度の偏差をＰＩＤコントローラ１９ａに入力し、その偏差がゼロになるように電動三方弁８の開度を制御する機能を有している。
Further, the inverter input cooling water
さらに、ポンプ速度設定装置２０は、図２（ｂ）に示すようにインバータ入力冷却水温度設定器１８より入力される冷却水設定温度とインバータユニットの主回路素子の動作最大温度から決まるインバータ出口温度設定（上限）との差をとり、インバータユニット出口の温度上昇値を求め、インバータ制御装置４から入力されるインバータロスをインバータユニット出口の温度上昇値で除算し、この値に比例したポンプ速度をポンプ速度関数から求めてポンプ駆動インバータ装置１６に与える機能を有している。
Further, as shown in FIG. 2 (b), the pump
このような構成のインバータ冷却装置において、いま、２次側冷却ポンプ５がポンプ駆動インバータ装置１６により駆動されて運転されているものとする。
In the inverter cooling device having such a configuration, it is assumed that the secondary
また、２次側冷却水は冷却水流入側配管６ａを通してケース２内に設置されたインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に導入され、この冷却フィン３ｂより冷却水流出側配管６ｂ通して水冷却制御装置１７のインバータ入力冷却水温度制御装置１９から出力される開度信号により制御される三方弁８により熱交換器７の２次側及び冷却水バイパス配管６ｃを介して２次側冷却ポンプ５に戻る２次側冷却水循環系を循環しているものとする。
The secondary side cooling water is introduced into the cooling fin 3b that exchanges heat with the main circuit element 3a of the
このような状態にあるとき、冷却フィン３ｂに流れる冷却水の温度及び及び２次側冷却ポンプ５は水冷却制御装置１７により次のように制御される。
In this state, the temperature of the cooling water flowing through the cooling fins 3b and the
水冷却制御装置１７において、インバータ入力冷却水温度設定器１８は、インバータ装置１内で一番温度の低いケース２の吸気口１３近くに設けられた室温検出器１５により検出された温度から結露しない露点温度を求め、この露点温度を冷却水設定温度としてインバータ入力冷却水温度制御装置１９に与える。
In the water
このインバータ入力冷却水温度制御装置１９では、インバータ入口冷却水温度検出器９で検出されたケース２の入口側の２次側冷却水温度と冷却水設定温度との差をＰＩＤコントローラ１９ａに与えると、このＰＩＤコントローラ１９ａはこの偏差がゼロとなるような開度を求め、その開度信号により電動三方弁８を制御する。
In this inverter input cooling water
これにより、インバータユニット３内の主回路素子３ａと物理的に接触状態にある冷却フィン３ｂ内に流れる２次側冷却水の温度が制御されるので、ケース２内の温度と２次側冷却水との温度差により冷却フィン３ｂに発生する結露を防止できる。
As a result, the temperature of the secondary side cooling water flowing in the cooling fins 3b in physical contact with the main circuit element 3a in the
一方、インバータ入力冷却水温度設定器１８で求められた露点温度と、インバータ制御装置４で計算されたインバータロスがポンプ速度設定装置２０に入力されると、このポンプ速度設定装置２０では冷却水設定温度とインバータユニットの主回路素子の動作最大温度から決まるインバータ出口温度設定値（上限）との差からインバータユニット出口の温度上昇値を求め、このインバータユニット出口の温度上昇値でインバータ制御装置４から入力されるインバータロスを除算し、この値に比例したポンプ速度をポンプ速度関数から求めてポンプ駆動インバータ装置１６に与える。
On the other hand, when the dew point temperature calculated by the inverter input cooling water
一般的にインバータ装置１の冷却系に流れる冷却水の温度上昇は、インバータロスに比例し、ポンプ速度（冷却水の流量）に反比例するため、インバータロスをインバータ装置の温度上昇値で除算し、この値に比例したポンプ速度とすることで、インバータロス及び室温に見合ったポンプ速度を求めることができる。 In general, the temperature rise of the cooling water flowing in the cooling system of the inverter device 1 is proportional to the inverter loss and inversely proportional to the pump speed (cooling water flow rate). Therefore, the inverter loss is divided by the temperature rise value of the inverter device. By setting the pump speed proportional to this value, the pump speed corresponding to the inverter loss and room temperature can be obtained.
このポンプ速度をポンプ駆動用インバータ装置１６に速度基準として与えることで、２次側冷却ポンプ５は駆動制御される。
By giving this pump speed to the pump
これらの動作により、インバータ装置１内の主回路素子を冷却する冷却フィン３ｂに発生する結露を防止することができると共に、インバータ装置１の出力に応じて２次側冷却ポンプ５の回転数が制御されるので、消費電力を低減することができる。
By these operations, it is possible to prevent dew condensation that occurs in the cooling fins 3b that cool the main circuit elements in the inverter device 1, and the rotational speed of the
上記実施形態では、１台のインバータ装置を一つの冷却系で冷却する場合について述べたが、複数台のインバータ装置を一つの冷却系で冷却する場合には各インバータ装置の温度、室温検出器１５で検出された温度についてはそれらの中で温度の低い値を、湿度については高い値を用い、またポンプ速度設定装置２０は各インバータロスを合算してポンプ速度を求めることで適応可能である。
In the above embodiment, the case where one inverter device is cooled by one cooling system has been described. However, when a plurality of inverter devices are cooled by one cooling system, the temperature and
また、インバータ装置１内の湿度が検出できる場合には、図２（ａ）に示す飽和水蒸気の特性カーブから露点温度を正確に求めることができるので、湿度が低い場合は、さらに冷却水の温度を低い温度まで設定しても冷却フィンに結露を発生させないで運転が可能となり、インバータ装置１の出力を大きくすることもできる。 Further, when the humidity in the inverter device 1 can be detected, the dew point temperature can be accurately obtained from the characteristic curve of the saturated water vapor shown in FIG. 2A. Therefore, when the humidity is low, the temperature of the cooling water is further increased. Even if the temperature is set to a low temperature, the cooling fin can be operated without causing condensation, and the output of the inverter device 1 can be increased.
図３は本発明によるインバータ冷却装置の第２の実施形態を示す系統構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。 FIG. 3 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the inverter cooling apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts are described here.
第２の実施形態では、図３に示すように水冷却制御装置１７及びポンプ駆動用インバータ装置１６に加えて、水冷却保護装置２１を設け、この水冷却保護装置２１に室温検出器１５により検出された温度検出信号、インバータ入口冷却水温度検出器９で検出された２次側冷却水温度検出信号、電動三方弁８の手前の冷却水流出側配管６ｂに設けられたインバータ出口冷却水室温検出器２２により検出された２次側冷却水の温度検出信号及び水冷却制御装置１７のポンプ速度設定装置２０で求められたポンプ速度をそれぞれ入力するようにしたものである。
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, in addition to the water
この水冷却保護装置２１は、インバータ出口冷却水温度検出器２２により検出された２次側冷却水の温度とインバータ入口冷却水室温検出器９で検出されたインバータ入口温度との差からインバータ装置１の実際の冷却水温度上昇値を求め、またポンプ速度設定装置２０により求められたポンプ速度とインバータロスからインバータ装置１の冷却水温度上昇値の計算値と実際の温度上昇値との差からインバータ装置１内の熱交換率及びインバータロスが正常な値にあるかどうかを確認する。この場合、実際の温度上昇値が高い場合はインバータロスが異常であり、逆に低い場合は冷却系の熱交換率が低下した異常であると判定する。
This water
第２の実施形態によれば、２次側冷却水のインバータ入口温度とインバータ出口温度との差から求められる実際の冷却水温度上昇値とポンプ速度設定装置２０により求められたポンプ速度とインバータロスからインバータ装置１の冷却水温度上昇値の計算値との差を検出することで、インバータ装置１の冷却系での熱交換率の低下又はインバータロスの異常を検出できるので、インバータ冷却装置の保守を行うことができる。
According to the second embodiment, the actual cooling water temperature rise value obtained from the difference between the inverter inlet temperature and the inverter outlet temperature of the secondary side cooling water, the pump speed obtained by the pump
図４は本発明によるインバータ冷却装置の第３の実施形態を示す系統構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。 FIG. 4 is a system configuration diagram showing a third embodiment of the inverter cooling apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts are described here.
第３の実施形態では、図４に示すように水冷却制御装置１７及びポンプ駆動用インバータ装置１６に加えて、水冷却保護装置２１及び冷却効率補正装置２３を設け、水冷却保護装置２１には室温検出器１５により検出された温度検出信号、インバータ入口側のインバータ入口冷却水室温検出器９で検出された冷却水温度検出信号、電動三方弁８の手前の冷却水流出側配管６ｂに設けられたインバータ出口側の２次側冷却水室温検出器２２により検出された冷却水温度検出信号及び水冷却制御装置１７のポンプ速度設定装置２０で求められたポンプ速度をそれぞれ入力し、また冷却効率補正装置２３には水冷却保護装置２１より異常の検出信号を入力するようにしたものである。
In the third embodiment, a water
上記水冷却保護装置２１は、インバータ出口側の２次側冷却水室温検出器２２により検出された２次側冷却水の温度とインバータ入口側のインバータ入口冷却水室温検出器９で検出された温度との差からインバータ装置１の実際の冷却水温度上昇値を求め、またポンプ速度設定装置２０により求められたポンプ速度とインバータロスからインバータ装置１の冷却水温度上昇を計算し、この冷却水温度上昇計算値と実際の冷却水温度上昇値との差から、インバータ装置内の熱交換率及びインバータロスが正常な値にあるかどうかを判定する。この場合、実際の検出温度が高い場合はインバータロスが異常であり、逆に低い場合は冷却系の熱交換率が低下した異常であると判定する。
The water
また、上記冷却効率補正装置２３は、水冷却保護装置２１より異常の検出信号を取込むと水冷却制御装置１７のポンプ速度設定装置２０より出力される速度設定値をインバータ装置１の冷却水温度上昇の計算値と実際の冷却水温度上昇値との偏差の絶対値に比例した値を求め、この値を補正値としてポンプ駆動用インバータ装置１６に与え、２次側冷却ポンプ５の回転数を増加させる。また、速度設定値の補正により２次側冷却ポンプ５の速度が定格速度を超えた場合には、インバータ制御装置４に電流制限指令を与えてインバータ装置１の出力の制限を行う。
Further, the cooling
このように第３の実施形態によれば、水冷却保護装置２１より異常の検出信号を取込むと、２次側冷却水を循環させる２次側冷却ポンプ５の速度を上げて熱交換率の低下を補正することができるので、インバータ装置１内の熱交換率の経年変化による劣化に対する補正を行うことができる。
As described above, according to the third embodiment, when an abnormality detection signal is taken in from the water
図５は本発明によるインバータ冷却装置の第４の実施形態を示す系統構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。 FIG. 5 is a system configuration diagram showing a fourth embodiment of the inverter cooling apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts are described here.
第４の実施形態では、水冷却制御装置１７として、図５に示すようにインバータ制御装置４の計算機能により求められたインバータロスが入力され、このインバータロスからインバータ装置１の２次側冷却水温度を求め、これを冷却水温度補正値として出力するインバータ入力冷却水温度設定器２４、室温検出器１５で検出された温度検出値にインバータ入力冷却水温度設定器２４より出力される冷却水温度補正値を加算した冷却水設定温度値が入力され、インバータ入口冷却水室温検出器９で検出されたケース２の入口側の２次側冷却水温度値と上記冷却設定温度値との偏差がＰＩＤコントローラによりゼロになるように電動三方弁８の開度を制御するインバータ入力冷却水温度制御装置１９及び室温検出器１５で検出された温度検出値に前記冷却水温度補正値を加算した冷却水設定温度値とインバータユニットの主回路素子の動作最大温度から決まるインバータユニット出口の温度上昇値との差からインバータユニット出口の温度上昇値を求め、上記冷却水設定温度とインバータユニットの主回路素子の動作最大温度から決まるインバータ出口温度設定（上限）との差をとり、インバータユニット出口の温度上昇値を求め、インバータ制御装置４から入力されるインバータロスをインバータユニット出口の温度上昇値で除算し、この値に比例したポンプ速度をポンプ速度関数から求めてポンプ駆動インバータ装置１６に与えるポンプ速度設定装置２０を備えた構成とするものである。
In the fourth embodiment, as the water
このような水冷却制御装置とすれば、インバータユニット３が設置されている室温に対してインバータ装置が軽負荷で運転している場合は、インバータ入口の冷却温度の設定を高い値に補正することができる。
If such a water cooling control device is used, when the inverter device is operating at a light load with respect to the room temperature where the
一般にインバータ装置１の入口の冷却水温度を室温近傍に温度制御すれば、インバータ装置１が高負荷で運転されているときは、インバータ装置の排熱により室温が上昇するため湿度は下がる。また、インバータユニット３と接触している冷却フィン３ｂの温度もインバータロスの増加により室温より高くなり、露点温度になるまでのマージンがあるため、結露が問題になることは少ない。
In general, if the temperature of the cooling water at the inlet of the inverter device 1 is controlled near the room temperature, when the inverter device 1 is operated at a high load, the room temperature rises due to the exhaust heat of the inverter device, so that the humidity decreases. Further, since the temperature of the cooling fin 3b in contact with the
しかし、インバータ装置１が軽負荷で運転されているときは冷却フィン３ｂの温度がインバータ入口の２次側冷却水の温度とほぼ同じになり、露点温度になるまでのマージンが少ないため、周囲温度が正確に検出されないと結露に至る問題がある。 However, when the inverter device 1 is operated at a light load, the temperature of the cooling fin 3b is almost the same as the temperature of the secondary side cooling water at the inverter inlet, and there is little margin until the dew point temperature is reached. If this is not detected correctly, there is a problem that causes condensation.
インバータ入力冷却水温度設定器２４は、インバータ装置１のインバータロスからインバータ装置１の２次側冷却水温度を求め、これを冷却水温度補正値として室温検出器１５で検出された温度検出値に加算しているので、軽負荷の場合は２次側冷却水の温度補正値を高く、高負荷の場合は温度補正値を低く出力することで、軽負荷時の露点温度になるまでのマージンを取る補正を行う。
The inverter input cooling water
したがって、インバータ装置１を冷却する場合に結露を防止することができる。 Therefore, condensation can be prevented when the inverter device 1 is cooled.
上記実施形態では、１台のインバータ装置を一つの冷却系で冷却する場合について述べたが、図６に示すように複数台のインバータ装置１ａ，１ｂを一つの冷却系で冷却する場合には、設置場所による差異によりインバータ装置内部の周囲温度を正確に検出することは難しいが、前述したように水冷却制御装置１７のインバータ入力冷却水温度設定器２４及びポンプ速度設定装置２０に各インバータ装置１ａ，１ｂのインバータ制御装置４よりインバータロスをそれぞれ入力してその平均値に基づいて冷却水温度補正値及びポンプ速度を求めることにより、複数台のインバータ装置を一つの冷却系で冷却する場合においても結露を防止することができる。
In the above embodiment, the case where one inverter device is cooled by one cooling system has been described. However, when a plurality of inverter devices 1a and 1b are cooled by one cooling system as shown in FIG. Although it is difficult to accurately detect the ambient temperature inside the inverter device due to the difference depending on the installation location, as described above, the inverter input cooling water
１…インバータ装置、２…ケース、３…インバータユニット、３ａ…主回路素子、３ｂ…冷却フィン、３ｃ…コンデンサ、３ｄ…入出力端子、３ｅ…電線、４…インバータ制御装置、５…２次側冷却ポンプ、６ａ…冷却水流入側ポンプ、６ｂ…冷却水流出側配管、６ｃ…冷却水バイパス配管、７…熱交換器、８…電動三方弁、９…インバータ入口冷却水室温検出器、１１…１次側冷却ポンプ、１２…１次側冷却水配管、１３…吸気口、１４…排気口、１５…室温検出器、１６…ポンプ駆動インバータ装置、１７…水冷却制御装置、１８…インバータ入力冷却水温度設定器、１９…インバータ入力冷却水温度制御装置、２０…ポンプ速度設定装置、２１…水冷却保護装置、２２…インバータ出口冷却水室温検出器、２３…冷却効率補正装置、２４…インバータ入力冷却水温度設定器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter device, 2 ... Case, 3 ... Inverter unit, 3a ... Main circuit element, 3b ... Cooling fin, 3c ... Capacitor, 3d ... Input / output terminal, 3e ... Electric wire, 4 ... Inverter control device, 5 ... Secondary side Cooling pump, 6a ... cooling water inflow side pump, 6b ... cooling water outflow side piping, 6c ... cooling water bypass piping, 7 ... heat exchanger, 8 ... electric three-way valve, 9 ... inverter inlet cooling water room temperature detector, 11 ... Primary side cooling pump, 12 ... Primary side cooling water piping, 13 ... Intake port, 14 ... Exhaust port, 15 ... Room temperature detector, 16 ... Pump drive inverter device, 17 ... Water cooling control device, 18 ... Inverter input cooling Water temperature setting device, 19 ... Inverter input cooling water temperature control device, 20 ... Pump speed setting device, 21 ... Water cooling protection device, 22 ... Inverter outlet cooling water room temperature detector, 23 ... Cooling efficiency correction device, 2 ... inverter input cooling water temperature setting device
Claims (4)
冷却ポンプにより冷却液を前記ケース内のインバータユニットの冷却フィン内に導入し、この冷却フィンより前記インバータ装置の外部に流出する冷却液を熱交換器により熱交換して前記冷却ポンプに戻す冷却系と前記熱交換器に流入する冷却液の流路を分岐し、かつこの分岐点に設けられた電動三方弁の開度に応じ冷却液を分流させて前記冷却ポンプに戻す冷却液バイパス系により冷却液循環系を構成して、前記インバータユニットから発生する熱を冷却するようにしたインバータ冷却装置において、
前記ケース内の吸気口近傍に設けられた室温検出器と、
前記冷却ポンプより前記インバータ装置内に流入する冷却液の温度を検出するインバータ入口冷却液温度検出器と、
前記室温検出器により検出された温度から結露しない露点温度を求め、この露点温度を冷却液設定温度とする冷却液温度設定器と、
この冷却液温度設定器で設定された冷却液設定温度と前記インバータ入口冷却液温度検出器により検出された冷却液温度との偏差に基づいて前記電動三方弁の開度を制御してインバータ入口冷却液の温度を制御する冷却液温度制御装置と、
前記インバータ制御装置にインバータユニットの制御及びインバータユニットの駆動条件をもとにインバータロスを算出する機能を持たせ、この機能により算出されたインバータロスと前記冷却液温度設定器で求められた冷却液設定温度に基づいてポンプ速度を求めるポンプ速度設定装置と、
このポンプ速度設定装置で求められたポンプ速度に応じて前記冷却ポンプを駆動制御するポンプ駆動用インバータ装置と
を具備したことを特徴とするインバータ冷却装置。 Controls the inverter unit having a main circuit element and a cooling fin for cooling heat generated from the main circuit element in a case having an intake port and an exhaust port for ventilating outside air, and the main circuit element in the inverter unit As an inverter device cooling system provided with an inverter control device
A cooling system that introduces the cooling liquid into the cooling fins of the inverter unit in the case by the cooling pump, and returns the cooling liquid that flows out of the inverter device from the cooling fins to the cooling pump by heat exchange. Cooling is performed by a coolant bypass system that branches the flow path of the coolant flowing into the heat exchanger and diverts the coolant according to the opening degree of the electric three-way valve provided at the branch point and returns the coolant to the cooling pump. In the inverter cooling device configured to cool the heat generated from the inverter unit by configuring a liquid circulation system,
A room temperature detector provided near the air inlet in the case;
An inverter inlet coolant temperature detector for detecting the temperature of the coolant flowing into the inverter device from the cooling pump;
A dew point temperature at which no dew condensation is obtained from the temperature detected by the room temperature detector, and a coolant temperature setter having the dew point temperature as a coolant set temperature,
Based on the deviation between the coolant set temperature set by the coolant temperature setter and the coolant temperature detected by the inverter inlet coolant temperature detector, the opening of the electric three-way valve is controlled to cool the inverter inlet. A coolant temperature control device for controlling the temperature of the liquid;
The inverter control device has a function of calculating an inverter loss based on the control of the inverter unit and the drive condition of the inverter unit, and the inverter loss calculated by this function and the coolant obtained by the coolant temperature setting device. A pump speed setting device for determining the pump speed based on the set temperature;
An inverter cooling device comprising: a pump driving inverter device that drives and controls the cooling pump according to a pump speed determined by the pump speed setting device.
前記インバータ装置から流出する冷却液の温度を検出するインバータ出口冷却液温度検出器を設け、
このインバータ出口冷却液温度検出器により検出された冷却液のインバータ出口温度と前記インバータ入口冷却液温度検出器で検出されたインバータ入口温度との差から前記インバータ装置の実際の冷却液温度上昇値を求め、前記ポンプ速度設定装置により求められたポンプ速度とインバータロスからインバータ装置の冷却液温度上昇値の計算値と実際の冷却液温度上昇値との差から前記インバータ装置内の熱交換率又はインバータロスが正常な値にあるか否かを判定して、インバータロスの異常又は冷却効率の異常を検出し保護する液冷却保護装置を
具備したことを特徴とするインバータ冷却装置。 The inverter cooling device according to claim 1,
An inverter outlet coolant temperature detector for detecting the temperature of coolant flowing out of the inverter device is provided,
From the difference between the inverter outlet temperature of the coolant detected by the inverter outlet coolant temperature detector and the inverter inlet temperature detected by the inverter inlet coolant temperature detector, the actual coolant temperature rise value of the inverter device is obtained. The heat exchange rate or inverter in the inverter device is calculated from the difference between the calculated coolant temperature rise value of the inverter device and the actual coolant temperature rise value from the pump speed and inverter loss obtained by the pump speed setting device. An inverter cooling device comprising a liquid cooling protection device for determining whether or not the loss is a normal value and detecting and protecting an abnormality in the inverter loss or an abnormality in the cooling efficiency.
前記液冷却保護装置より異常の検出信号を取込むと前記ポンプ速度設定装置より出力される速度設定値を前記インバータ装置の冷却液温度上昇の計算値と実際の冷却液温度上昇値との偏差の絶対値に比例した値により補正して前記ポンプ駆動用インバータ装置に与える冷却効率補正装置を設けたことを特徴とするインバータ冷却装置。 The inverter cooling device according to claim 2,
When an abnormality detection signal is taken in from the liquid cooling protection device, the speed set value output from the pump speed setting device is calculated as the deviation between the calculated value of the coolant temperature rise of the inverter device and the actual coolant temperature rise value. An inverter cooling device comprising a cooling efficiency correction device that corrects a value proportional to an absolute value and supplies the correction to the inverter device for driving the pump.
冷却ポンプにより冷却液を前記ケース内のインバータユニットの冷却フィン内に導入し、この冷却フィンより前記インバータ装置の外部に流出する冷却液を熱交換器により熱交換して前記冷却ポンプに戻す冷却系と前記熱交換器に流入する冷却液の流路を分岐し、かつこの分岐点に設けられた電動三方弁の開度に応じ冷却液を分流させて前記冷却ポンプに戻す冷却液バイパス系により冷却水循環系を構成して、前記インバータユニットから発生する熱を冷却するようにしたインバータ冷却装置において、
前記ケース内の吸気口近傍に設けられた室温検出器と、
前記冷却ポンプより前記インバータ装置内に流入する冷却液の温度を検出するインバータ入口冷却液温度検出器と、
前記インバータ制御装置にインバータユニットの制御及びインバータユニットの駆動条件をもとにインバータロスを算出する機能を持たせ、この機能により求められたインバータロスが入力され、このインバータロスから前記インバータ装置の冷却液温度を求め、これを冷却液温度補正値として出力するインバータ入力冷却液温度設定器と、
前記室温検出器で検出された温度検出値に前記インバータ入力冷却液温度設定器より出力される冷却液温度補正値を加算した冷却液設定温度値が入力され、前記インバータ入口冷却液温度検出器９で検出された冷却液温度値と冷却設定温度値との偏差に基づいて前記電動三方弁の開度を制御するインバータ入力冷却液温度制御装置と、
前記温度検出値に前記冷却液温度補正値を加算した冷却液設定温度値と前記インバータユニットの主回路素子の動作最大温度から決まるインバータユニット出口の温度上昇値との差から求められるインバータユニット出口の温度上昇値で前記インバータ制御装置より入力されるインバータロスを除算し、この値に比例したポンプ速度をポンプ速度関数から求めるポンプ速度設定装置と、
このポンプ速度設定装置で求められたポンプ速度に応じて前記冷却ポンプを駆動制御するポンプ駆動用インバータ装置と
を具備したことを特徴とするインバータ冷却装置。 Controls the inverter unit having a main circuit element and a cooling fin for cooling heat generated from the main circuit element in a case having an intake port and an exhaust port for ventilating outside air, and the main circuit element in the inverter unit As an inverter device cooling system provided with an inverter control device
A cooling system that introduces the cooling liquid into the cooling fins of the inverter unit in the case by the cooling pump, and returns the cooling liquid that flows out of the inverter device from the cooling fins to the cooling pump by heat exchange. Cooling is performed by a coolant bypass system that branches the flow path of the coolant flowing into the heat exchanger and diverts the coolant according to the opening degree of the electric three-way valve provided at the branch point and returns the coolant to the cooling pump. In the inverter cooling apparatus configured to cool the heat generated from the inverter unit by configuring a water circulation system,
A room temperature detector provided near the air inlet in the case;
An inverter inlet coolant temperature detector for detecting the temperature of the coolant flowing into the inverter device from the cooling pump;
The inverter control device has a function of calculating an inverter loss based on the control of the inverter unit and the drive condition of the inverter unit, and the inverter loss obtained by this function is input, and the inverter device is cooled from the inverter loss. An inverter input coolant temperature setter that calculates the liquid temperature and outputs it as a coolant temperature correction value;
A coolant setting temperature value obtained by adding a coolant temperature correction value output from the inverter input coolant temperature setting device to the temperature detection value detected by the room temperature detector is input, and the inverter inlet coolant temperature detector 9 is input. An inverter input coolant temperature control device for controlling the opening degree of the electric three-way valve based on the deviation between the coolant temperature value detected in step S3 and the cooling set temperature value;
The temperature of the inverter unit outlet obtained from the difference between the coolant set temperature value obtained by adding the coolant temperature correction value to the temperature detection value and the temperature rise value of the inverter unit outlet determined from the maximum operating temperature of the main circuit element of the inverter unit. A pump speed setting device that divides an inverter loss input from the inverter control device by a temperature rise value and obtains a pump speed proportional to the value from a pump speed function;
An inverter cooling device comprising: a pump driving inverter device that drives and controls the cooling pump according to a pump speed determined by the pump speed setting device.
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