JP5673699B2 - 電力変換装置の冷却システム - Google Patents
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Description
図1は第1の実施の形態に係る電力変換装置の冷却システムを示すブロック図、図2は角度指令回路の構成例を示す図、図3は閉鎖型電力変換ユニット内の伝熱回路を示す図である。
る逆起電力を消費させるフリーホイーリングダイオード(FWD)を収容したパワーモジュールの場合について説明する。
イーリングダイオードの接合部とケースとの間の熱抵抗は、Rth(j−c)で、ケース温度は、Tcで示している。このパワーモジュール11aで発生した熱量P(=PIGBT+PFWD)は、パワーモジュール11aのケースから冷却体20へ移動し、そのときの熱抵
抗は、Rth(c−f)である。
Ta=Tf+Rth×Q・・・(1)
で表すことができる。この内部空気温度Taの算出において、空気と冷却体20との間の熱抵抗Rthおよび発熱部品の放熱量Qは、装置の運転状態によって定まり、一定である。したがって、内部空気温度Taを調節するためには、冷却体20の温度Tfを調節すればよいことになる。
Tf=Tw+△T・・・(2)
で表され、冷媒と冷却体20との間の温度差△Tは、冷却体20から冷媒に伝熱される熱量(P+Q)に冷却体20と冷媒との間の熱抵抗Rth(f−w)を掛けて得られる温度である。この熱抵抗Rth(f−w)は、単位時間に冷却体20に流れる冷媒量と伝熱面積Sとで定まる。冷媒と冷却体20との間の熱伝達率をhとすると、温度差△Tは、
△T=(P+Q)/(h・S)・・・(3)
で表される。閉鎖型電力変換ユニット10の出力が一定であれば、冷却体20から冷媒に伝熱される熱量(P+Q)は一定である。したがって、電動機付きポンプ25によって循環させる冷媒量が一定であれば、冷媒の伝熱面積Sは、装置によって定まり、一定であるため、閉鎖型電力変換ユニット10の内部空気温度Ta、すなわち冷却体20の温度Tfを調節するためには、冷却体20に流す冷媒の温度Twを調節すればよい。
図6は第3の実施の形態に係る電力変換装置の冷却システムを示すブロック図、図7は三方弁制御回路の第1の構成例を示す図、図8は三方弁制御回路の第2の構成例を示す図である。なお、この図6ないし図8において、図1に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
10,10a,10b,・・・,10n 閉鎖型電力変換ユニット
11 電力半導体
11a パワーモジュール
12 電力変換器制御回路
12a 温度差演算回路
20 冷却体
21 吸熱フィン
22 ファン
23 放熱器
24 配管
25 電動機付きポンプ
26 バイパス配管
27 三方弁
28 温度センサ
29 角度指令回路
30 三方弁制御回路
31 角度調節回路
32 温度設定部
33 空気温度推定回路
34 平均角度指令演算回路
35 三方弁駆動回路
36 最小角度指令選択回路
40 多相電動機
Claims (6)
- 電力半導体を有する電力変換器と、前記電力変換器の出力を所望の値に制御する電力変換器制御回路とを含む閉鎖型電力変換ユニットを備えた電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記電力半導体が搭載される冷却体と、
外部に設置された放熱器と、
前記冷却体と前記放熱器との間で冷媒を循環させる電動機付きポンプと、
弁の角度により循環する冷媒を前記放熱器に並設されたバイパス配管と前記放熱器とに分配する三方弁と、
前記冷却体に熱的に接続されて前記閉鎖型電力変換ユニット内の空気の熱を吸熱する吸熱器と、
前記閉鎖型電力変換ユニット内で空気を循環させるファンと、
前記閉鎖型電力変換ユニット内の空気温度を推定する空気温度推定回路と、
前記推定空気温度と設定温度とから前記三方弁の角度指令値を演算する角度指令回路と、
前記角度指令回路の出力を指令値として前記三方弁の角度を制御する三方弁制御回路と、
を備え、前記三方弁の角度が前記閉鎖型電力変換ユニット内の空気温度を所定値に保つように制御されることを特徴とする電力変換装置の冷却システム。 - 前記閉鎖型電力変換ユニット内の推定空気温度は、
前記閉鎖型電力変換ユニットの内部に放熱される熱量と内部の空気から前記吸熱器を通して前記冷却体に伝熱される経路の熱抵抗とから前記冷却体と空気との間の温度差を演算し、
前記冷却体の温度に、前記演算した前記冷却体と空気との間の温度差を加算して得られる温度である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の冷却システム。 - 前記冷却体の温度は、
前記冷却体の内部に設けられた流路を流れる冷媒の温度に、前記冷却体から前記冷媒に伝熱される熱量とこの熱量が前記冷媒に伝熱される経路の熱抵抗とから算出して得られる前記冷却体内の温度差を加算して得られる温度である、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置の冷却システム。 - 前記吸熱器は、前記閉鎖型電力変換ユニット内の空気の循環経路に設置されている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置の冷却システム。
- 前記電力変換装置は、複数の前記閉鎖型電力変換ユニットを備え、
すべての前記閉鎖型電力変換ユニット内の前記冷却体は、冷媒が循環するように前記放熱器に接続され、
前記三方弁制御回路は、すべての前記閉鎖型電力変換ユニットに対応する前記角度指令回路が出力した角度指令値の平均値を指令値として前記三方弁の角度を駆動制御するようにした請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置の冷却システム。 - 前記電力変換装置は、複数の前記閉鎖型電力変換ユニットを備え、
すべての前記閉鎖型電力変換ユニット内の前記冷却体は、冷媒が循環するように前記放熱器に接続され、
前記三方弁制御回路は、すべての前記閉鎖型電力変換ユニットに対応する前記角度指令回路が出力した角度指令値のうちの最小値を指令値として前記三方弁の角度を駆動制御するようにした請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置の冷却システム。
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