JP2020080624A

JP2020080624A - 電力変換装置とその冷却方法

Info

Publication number: JP2020080624A
Application number: JP2018213362A
Authority: JP
Inventors: 和志五藤; Kazushi Goto; 賢次辻本; Kenji Tsujimoto
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-05-28

Abstract

【課題】電力変換装置を構成するインバータが発熱により故障しないよう冷却ファンで強制空冷するが、冷却ファンは部品の交換周期が短く信頼性も低いので、そのメンテナンス周期が短くなり、柱上に設置する電力変換装置においては、メンテナンスに要する負担や費用が重い。【解決手段】冷却ファン６ａ〜６ｊを最大回転数から抑制した回転数で回転させることで、冷却ファン６ａ〜６ｊの期待寿命を延ばす。冷却ファン６ａ〜６ｊの一部が故障した場合は、正常な冷却ファン６ａ〜６ｊの回転数を増加させることにより、インバータ３ａ〜３ｄの冷却に必要な風量を確保する。この結果、冷却ファン６ａ〜６ｊの一部故障によっても、電力変換装置による電圧調整動作を即時停止させる必要がない。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータを強制空冷する冷却ファンのメンテナンス費用とメンテナンス負担を抑制することのできる電力変換装置に関するものである。

インバータを備える電力変換装置としては、従来から自励式の無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）が知られている。ＳＴＡＴＣＯＭは、高圧配電系統に接続されて、無効電力を無段階かつ高速に供給することで、配電線に流れる無効電力によって発生する電圧を利用して、配電線の電圧を調整するものである（非特許文献１参照）。

愛知電機株式会社製品カタログ「自励式無効電力補償装置高圧配電線用ＳＴＡＴＣＯＭ」２０１６年９月作成［平成３０年８月７日検索］インターネット＜URL：http://www.aichidenki.jp/products/catalog_pdf/ssc.pdf＞

上記非特許文献１記載のとおり、ＳＴＡＴＣＯＭが供給する無効電力はインバータで制御される。つまり、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator）のような機械要素による電圧調整ではないため、信頼性が高く、メンテナンス周期を長くすることができる。

一方、ＳＴＡＴＣＯＭのようなインバータを備える電力変換装置は、インバータで発生する電力損失が非常に大きい。この電力損失はインバータ自体が発熱する原因となり、故障や不具合を招くおそれがある。

そこで、インバータに冷却ファンを備え、インバータを冷却ファンによって強制空冷している。冷却ファンを利用する理由は、部品コストが安いメリットがあるためである。

図３にＳＴＡＴＣＯＭを構成するインバータ１０１と、これを強制空冷する冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈを示す。インバータ１０１には、その一側面に冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈが複数個（例えば、８個）取り付けられている。

冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈは、その回転数を１００％とすることにより、最大限の風量でインバータ１０１を効率的に冷却することができる。

然るに、冷却ファンは部品の交換周期が短く、信頼性も低いので、そのメンテナンス周期は必然的に短くなり、メンテナンスに要する費用も上昇する。

特に、上記非特許文献１記載のように小型・軽量化したＳＴＡＴＣＯＭは、Ｈ柱に装柱可能となっているが、メンテナンス周期が短いと、メンテナンスのためにＳＴＡＴＣＯＭを降柱したり、或いは、柱上でメンテナンスを実施する頻度が高くなり、作業負担が重くなる。

そのため、メンテナンス費用や作業負担を極力軽減するために、冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈａ〜１０２ｈのメンテナンス周期を長くすることが望まれるが、上述したように、従来の冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈは、風量制御することなく、その回転数を１００％とすることによって最大限の風量でインバータ１０１を冷却しているため、冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈにかかる機械的負担が重くなり、その寿命が短くなる。

また、複数台の冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈが最大限の回転数で回転することによって、インバータの冷却に必要な風量を確保しているので、そのうちの一部が故障した場合は、残りの冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈによっては、インバータの冷却に必要な風量を確保することができなくなる問題点もある。

そこで、本発明は、冷却ファンの寿命を延ばすことにより、メンテナンス周期を長周期化し、冷却ファンのメンテナンスに要する費用と作業負担を抑制することと、一部の冷却ファンが故障した場合でも、インバータを確実に冷却することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明に係る電力変換装置は、最大回転数から抑制した回転数で回転しても、インバータの冷却に必要な風量を確保できる台数の冷却ファンと、当該冷却ファンの一部が故障した場合、故障していない冷却ファンの回転数を増加することで、必要な冷却風量を確保するように制御する制御装置を備えて構成したことに特徴を有する。

請求項２記載の発明に係る電力変換装置は、正常時は複数台の冷却ファンを最大回転数から抑制した回転数で回転させることにより、必要十分な風量でインバータを冷却し、冷却ファンの一部が故障した場合は、故障していない冷却ファンの回転数を増加させることで、必要十分な風量でインバータを冷却することに特徴を有する。

請求項１，２記載の発明によれば、冷却ファンの回転数を最大回転数から抑制して回転させるので、冷却ファンの期待寿命を延ばすことができる。その結果、メンテナンス周期を延長でき、メンテナンスに要する費用および作業者のメンテナンス負担を軽減できる。

また、冷却ファンの一部が故障した場合でも、残りの冷却ファンの回転数を増加させることで、インバータの冷却に必要な風量を確保することができる。

本発明の電力変換装置を示す側面図である。本発明の電力変換装置を構成するインバータとこれに付属する冷却ファンを示す斜視図である。従来の電力変換装置を構成するインバータとこれに付属する冷却ファンを示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２により説明する。図１は本発明の電力変換装置の一例として図示したＳＴＡＴＣＯＭの側面図であり、電力変換器１と変圧器２によって構成される。

３ａ〜３ｄは電力変換器１のケース１ａ内に収納されるインバータであり、高圧配電系統に供給される無効電力を制御する。

４ａ〜４ｄは電力変換器１のケース１ａの側面に取り付けられる外板であり、吸気口５ａ〜５ｄが形成されている。吸気口５ａ〜５ｄは、ケース１ａの外板４ａ〜４ｄの背面位置に形成された図示しない開口を介してケース１ａ内に外部空気を吸入する。

図２に前記インバータ３ａ〜３ｄの構成を示す。インバータ３ａ〜３ｄは、その側面のうち、図１に示す吸気口５ａ〜５ｄと対向する側の面に、複数個（例えば、１０個）の冷却ファン６ａ〜６ｊが取り付けられている。

冷却ファン６ａ〜６ｊは、各々のファンを回転させることにより、図１に示す吸気口５ａ〜５ｄから図示しない開口を介してケース１ａ内に取り込んだ外部空気をインバータ３ａ〜３ｄに送風することで、これを強制空冷する。

このとき、図示しない開口の前面には、外板４ａ〜４ｄがケース１ａの側面に取り付けられているので、例えば、突風が吹いた際にも突風が直接当該開口に吹き込むことはなく、冷却ファン６ａ〜６ｊを過回転させて、これを損傷させることを防止できる。

なお、インバータ３ａ〜３ｄの冷却によって昇温した空気は図示しない排出口からケース１ａ外部へ排出される。

この強制空冷によってインバータ３ａ〜３ｄは確実に冷却されるので、電力変換時に発生する発熱によってインバータ３ａ〜３ｄに故障や不具合が発生する問題を解消することができる。

次に、本発明の特徴的部分について説明する。本発明に係る冷却ファン６ａ〜６ｊは、図示しない制御装置によって、その回転数を、例えば、最大回転数の８０％とするなど、最大回転数から低く抑えた回転数とする。これにより、冷却ファン６ａ〜６ｊには、機械的な負荷が最大限加わることがなくなるので、その期待寿命を延ばすことが可能となる。

このとき、インバータ３ａ〜３ｄに取り付ける冷却ファン６ａ〜６ｊの個数（１０個）は、各冷却ファン６ａ〜６ｊの回転数を抑制することから、従来の冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈの個数（８個）と比較して多くすることで、従来の冷却ファン１０２ａ〜１０２ｈによるインバータ３ａ〜３ｄの冷却効果と同等の冷却効果を得る。

このようにして、冷却ファン６ａ〜６ｊの期待寿命を延ばすことができるので、冷却ファン６ａ〜６ｊに不具合や故障が発生する確率を低くすることができ、以て電力変換装置の信頼性を高めることが可能となる。

冷却ファン６ａ〜６ｊの故障確率の低減によって、冷却ファン６ａ〜６ｊのメンテナンス周期を延長することができるので、メンテナンスに要する費用を削減でき、かつ、メンテナンス作業者の作業負担を軽減することができる。

つづいて、冷却ファン冷却ファン６ａ〜６ｊの一部が故障した場合の制御方法について説明する。冷却ファン６ａ〜６ｊの一部が故障した場合は、図示しない制御装置によって正常な冷却ファンの回転数を増加（例えば、８９％）させて、インバータ３ａ〜３ｄの冷却に必要な風量を確保する。

つまり、本発明は、冷却ファン６ａ〜６ｊの回転数を最大回転数から抑制することで、冷却ファン６ａ〜６ｊが故障する可能性を低くすることを特徴としているので、仮にその一部が故障した場合においても、抑制していた各冷却ファンの回転数を増加させることが可能である。正常な冷却ファンの回転数を増加させることによって、インバータ３ａ〜３ｄを確実に冷却することが可能となる結果、冷却ファンの一部故障した場合でも、電力変換装置を即時停止させる必要はなく、配電線の電圧調整を継続することが可能となる。

以上説明したように、本発明の電力変換装置は、インバータを強制空冷する冷却ファンのメンテナンス周期を延長することができるので、電柱上に設置されることの多いＳＴＡＴＣＯＭにおいて、メンテナンス時に当該ＳＴＡＴＣＯＭを降柱してメンテナンス作業をしたり、メンテナンス作業者が柱上に登って、柱上にてメンテナンス作業を実行する頻度を減らすことができる。

その結果、メンテナンスに要する費用を削減できるとともに、メンテナンス作業者の作業時間および作業負担を軽減することが可能となる。

本発明は冷却ファンによって強制空冷する構成要素を備えた電気機器全般に利用可能である。

１電力変換器
２変圧器
３ａ〜３ｄ，１０１インバータ
４ａ〜４ｄ外板
５ａ〜５ｄ吸気口
６ａ〜６ｊ，１０２ａ〜１０２ｈ冷却ファン

請求項１記載の発明に係る電力変換装置は、ケース内に、インバータと、最大回転数から抑制した回転数で回転しても、当該インバータの冷却に必要な風量を確保できる台数の冷却ファンと、該冷却ファンの一部が故障した場合、故障していない冷却ファンの回転数を増加することで、必要な冷却風量を確保するように制御する制御装置を備え、かつ、前記冷却ファンと対向するケースの側面には開口を設け、当該開口の前面に、突風が直接当該開口に吹き込むことを防止する外板を取り付けて構成したことに特徴を有する。

請求項２記載の発明に係る電力変換装置は、正常時は複数台の冷却ファンを最大回転数から抑制した回転数で回転させるとともに、ケースの開口前面に取り付けた外板によって、突風により冷却ファンが過回転することを防止することにより、必要な風量でインバータを冷却し、前記冷却ファンの一部が故障した場合は、故障していない前記冷却ファンの回転数を増加させることで、必要な風量で前記インバータを冷却することに特徴を有する。

また、冷却ファンの一部が故障した場合でも、残りの冷却ファンの回転数を増加させることで、インバータの冷却に必要な風量を確保することができる。さらに、ケースに取り付けた外板によって突風が直接ケース内に吹き込むことがないので、冷却ファンが過回転することはなく、これを損傷させることを防止できる。

請求項１記載の発明に係る電力変換装置は、ケース内に、インバータと、最大回転数から抑制した回転数で回転しても、当該インバータの冷却に必要な風量を確保できる台数の冷却用ファンと、該冷却用ファンの一部が故障した場合、故障していない冷却用ファンの回転数を増加することで、必要な冷却風量を確保するように制御する制御装置を備え、かつ、前記冷却用ファンと対向するケースの側面には開口を設け、当該開口の前面に、突風が直接当該開口に吹き込み、前記冷却用ファンを過回転させることを防止する多数の吸気孔を備えた外板を取り付けて構成したことに特徴を有する。

請求項２記載の発明に係る電力変換装置は、正常時は複数台の冷却用ファンを最大回転数から抑制した回転数で回転させるとともに、ケースの開口前面に取り付けられ、多数の吸気孔を有する外板によって、突風により冷却用ファンが過回転することを防止することにより、必要な風量でインバータを冷却し、前記冷却用ファンの一部が故障した場合は、故障していない前記冷却用ファンの回転数を増加させることで、必要な風量で前記インバータを冷却することに特徴を有する。

Claims

最大回転数から抑制した回転数で回転しても、インバータの冷却に必要な風量を確保できる台数の冷却用ファンと、当該冷却用ファンの一部が故障した場合、故障していない該冷却用ファンの回転数を増加することで、必要な冷却風量を確保するように制御する制御装置を備えて構成したことを特徴とする電力変換装置。
正常時は複数台の冷却用ファンを最大回転数から抑制した回転数で回転させることにより、必要な風量でインバータを冷却し、前記冷却用ファンの一部が故障した場合は、故障していない前記冷却用ファンの回転数を増加させることで、必要な風量で前記インバータを冷却することを特徴とする電力変換装置の冷却方法。