3.7kW VFD（可変周波数駆動）のサプライヤーとして、私はしばしばこれらのデバイスで採用されている冷却方法について尋ねられます。冷却方法を理解することは、VFDのパフォーマンス、信頼性、寿命に直接影響するため、重要です。このブログでは、3.7kWのVFDに使用されるさまざまな冷却方法を掘り下げて、それらの重要性を説明します。
VFDに冷却が必要な理由
冷却方法について議論する前に、VFDに冷却が不可欠である理由を理解することが重要です。 VFDは、着信AC電源をDCに変換し、変数周波数でACに戻って電気モーターの速度を制御します。この変換プロセス中、ダイオード、トランジスタ、抵抗器などの電子成分の抵抗により、電力損失は熱の形で発生します。この熱が効果的に放散されない場合、成分の温度が上昇し、効率の低下、早期故障、さらには安全上の危険さえも引き起こす可能性があります。
3.7kW VFDの一般的な冷却方法
空冷
空気冷却は、3.7kW VFDで最も一般的で広く使用されている冷却方法です。ファンを使用して、VFDの熱発生コンポーネント上に空気を循環させて、周囲の環境に熱を伝達します。空気冷却には、自然対流と強制空気の2つのタイプがあります。
- 自然対流：自然対流冷却では、温度差によって引き起こされる空気の自然な動きを通して、熱が成分から周囲の空気に伝達されます。加熱された空気が上昇し、成分から熱を遠ざける流れを作り出します。この方法はシンプルで、可動部品がないため、信頼性が低く、メンテナンスが低くなります。ただし、強制空気冷却よりも効率が低く、通常、より小さなVFDまたは熱散逸要件が比較的低い用途で使用されます。
- 強制空気冷却：強制空気冷却は、ファンを使用して、熱発生コンポーネントの上に直接空気を吹き込み、熱伝達速度を上げます。ファンは、デザインに応じて、VFDエンクロージャーまたは外部から取り付けることができます。強制空気冷却は、自然の対流冷却よりも効率的であり、より高い熱負荷を処理できます。効果的な熱散逸を確保し、安全範囲内で動作温度を維持するために、3.7kWVFDで一般的に使用されます。
空冷の利点の1つは、そのシンプルさと費用対効果です。実装は簡単で、特別な冷却液や複雑な配管システムは必要ありません。ただし、空冷にはいくつかの制限があります。周囲温度と湿度に敏感であり、暑い環境やほこりっぽい環境ではパフォーマンスが低下する可能性があります。さらに、強制空気冷却で使用されるファンはノイズを生成する可能性があります。これは、一部のアプリケーションでは懸念事項になる可能性があります。
ヒートシンク
ヒートシンクは、3.7kW VFDの空冷システムのもう1つの重要なコンポーネントです。ヒートシンクは、熱を生成する成分に取り付けられたパッシブ冷却装置で、熱伝達に利用できる表面積を増加させます。通常、アルミニウムや銅などの熱伝導率が高い材料で作られており、熱を強化するためのフィンまたはその他の構造があります。
熱を生成するコンポーネントがヒートシンクと接触すると、熱は伝導を通して成分からヒートシンクに伝達されます。ヒートシンクは、対流を通して熱を周囲の空気に伝達します。ヒートシンクの有効性は、その設計、材料、および表面上の気流に依存します。適切に設計されたヒートシンクは、VFDの冷却性能を大幅に改善し、コンポーネントの温度を下げることができます。
液体冷却
熱散逸要件が非常に高く、または周囲の条件が厳しい場合、液体冷却は3.7kW VFDに使用される場合があります。液体冷却には、水やクーラント混合物などの液体クーラントを使用して、熱発生コンポーネントから熱を吸収し、周囲の環境に放散する熱交換器に移します。
液体冷却には、直接液体冷却と間接液体冷却の2つの主なタイプがあります。
- 直接液体冷却：直接液体冷却では、クーラントは熱生成成分と直接接触しています。この方法は、成分とクーラントの間に熱抵抗がないため、最も効率的な熱伝達を提供します。ただし、クーラントが電気部品と接触し、短絡を引き起こすことを保証するために特別な設計が必要です。通常、直接液体冷却は、高出力VFDまたはスペースが限られているアプリケーションで使用されます。
- 間接液体冷却：間接液体冷却は熱交換器を使用して、熱を生成する成分から冷却液に熱を伝達します。クーラントは閉ループシステムを介して循環し、熱交換器に汲み上げられ、周囲の空気または別の冷却培地によって冷却されます。間接液体冷却は、直接液体冷却よりも効率が低くなりますが、より安全で実装が容易です。これは、VFDが厳しい環境で動作する必要がある産業用途で一般的に使用されています。
液体冷却の主な利点は、高効率と高熱負荷を処理する能力です。周囲の温度や湿度には空気冷却よりも敏感ではなく、より安定した冷却性能を提供できます。ただし、液体冷却は、空気冷却よりも複雑で高価です。クーラント供給システム、熱交換器、ポンプが必要であり、コストとメンテナンスの要件が増加します。さらに、クーラント漏れのリスクがあり、VFDと周囲の機器に損傷を与える可能性があります。
冷却性能に影響する要因
3.7kW VFDの冷却性能は、冷却システムの設計、周囲温度と湿度、気流速度、VFDの熱放散要件など、いくつかの要因に依存します。考慮すべき重要な要素がいくつかあります。
- 冷却システムの設計：冷却方法の種類、ファンまたはヒートシンクのサイズと位置、コンポーネントのレイアウトなど、冷却システムの設計は、冷却性能に大きな影響を与える可能性があります。適切に設計された冷却システムは、電力消費と騒音を最小限に抑えながら、VFDの熱散逸要件を満たすのに十分な冷却能力を提供できるはずです。
- 周囲温度と湿度：周囲温度と湿度は、VFDの冷却性能に影響を与える可能性があります。暑くて湿度の高い環境では、空気冷却効率が低下し、凝縮のリスクが高まる可能性があります。そのような場合、クーラーや除湿機の使用などの追加の冷却措置が必要になる場合があります。
- 気流率：熱発生コンポーネント上の気流率は、冷却性能を決定する重要な要因です。気流が高いほど、熱伝達速度が向上し、冷却効率が向上する可能性があります。ただし、気流の速度を上げるには、より多くの電力が必要であり、より多くのノイズが発生する可能性があります。したがって、気流率と消費電力と騒音レベルのバランスを見つけることが重要です。
- 熱散逸の要件：VFDの熱散逸要件は、その電力評価、動作条件、および電力変換プロセスの効率に依存します。より高い出力定格VFDは、より多くの熱を生成し、より効率的な冷却システムを必要とします。さらに、VFDが高負荷または連続的なデューティサイクルで動作している場合、熱散逸要件が高くなります。
結論
結論として、3.7kW VFDの冷却方法は、パフォーマンス、信頼性、寿命に影響を与える重要な要因です。空気冷却は、最も一般的で広く使用されている冷却方法であり、自然対流と強制空気冷却を含む。ヒートシンクは、熱放散を強化するための空冷システムの重要なコンポーネントでもあります。液体冷却は、熱散逸要件が非常に高い、または周囲の条件が厳しいいくつかのアプリケーションで使用される場合があります。
3.7kW VFDのサプライヤーとして、信頼性が高く効率的な冷却ソリューションを提供することの重要性を理解しています。お客様の多様なニーズを満たすために、さまざまな冷却方法を備えたさまざまなVFDを提供しています。標準の空冷VFDが必要か、カスタムの水冷ソリューションが必要かどうかにかかわらず、適切な製品を提供できます。
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参照
- Andrew Wrightによる「可変周波数駆動ハンドブック」
- 「パワーエレクトロニクス：コンバーター、アプリケーション、およびデザイン」Ned Mohan、Tore M. Undeland、およびWilliam P. Robbins