変頻駆動とは?

可変周波数ドライブ (VFD) は、AC モーターの速度とトルクを制御するために使用される電力電子デバイスです。モーターへの入力電力の周波数と電圧を変更することにより、モーターの動作速度を正確に調整します。周波数コンバーターは、産業オートメーション、ビル制御、エネルギー管理などの分野で広く使用されており、現代のモーター駆動システムに不可欠な中核コンポーネントです。

I. VFD の動作原理

VFD は主に、整流器、DC バス、インバーター、コントローラーの 4 つの部分で構成されています。

1. 整流器: 入力 AC 電力を DC 電力に変換します。
2. DC バス: 整流された DC 電力をフィルタリングして保存し、安定した DC 電圧を提供します。
3. インバーター: DC 電力を可変周波数と電圧の AC 電力に変換し、モーターに供給します。
4. コントローラー: 正確なモーター制御を実現するために、制御信号に基づいてインバーターの出力周波数と電圧を調整します。

コア原理: モーター速度の公式 $n=\genfrac{}{}{0ex}{}{120f}{p}\times (1-s)$ (ここで $n$ は速度、 $f$ は電源周波数、 $p$ は極対数、 $s$ はスリップ) で、VFD は電源周波数 $f$ を変更してモーター速度を変更します。

II. VFD の主な機能

1. 速度制御: さまざまな動作条件下で、さまざまな速度要件を満たすために、モーターの無段階速度調整を可能にします。
2. 省エネ: 負荷需要に基づいてモーター速度を調整し、「過剰仕様」を回避し、エネルギー消費を削減します。
3. ソフトスタート機能: 突入電流を制限し、電力網と機械設備の衝撃を軽減し、設備の寿命を延ばします。
4. 保護機能: 過負荷、過電圧、不足電圧、過電流、短絡保護が含まれており、システムの信頼性を向上させます。
5. プロセスの品質向上: 繊維、製紙、印刷など、正確な速度制御を必要とする業界で製品の品質を向上させます。

III. VFD の用途

1. 産業オートメーション: コンベア、ファン、ポンプ、コンプレッサーなどの速度制御に使用されます。
2. ビル制御: HVAC システム、給排水システム、エレベーターなどの省エネ制御に適用されます。
3. エネルギー管理: 風力や太陽光発電などの再生可能エネルギーシステムにおける電力調整と最適化に使用されます。
4. 輸送: 電気自動車や鉄道輸送のモーター駆動制御に適用されます。
5. 機械製造: CNC 機械、射出成形機、包装機械などに使用され、正確な速度とトルク制御を実現します。

IV. VFD の利点

1. 大幅な省エネ: 速度調整により、ファンやポンプの負荷のエネルギー消費を削減するのに特に効果的です。
2. 設備の寿命延長: ソフトスタートと速度調整機能により、機械的な衝撃と摩耗が軽減されます。
3. 簡単な操作: 最新の VFD は、使いやすいインターフェースと通信ポートを備えており、パラメータ設定とリモート監視に便利です。
4. 強力な適応性: さまざまなタイプと電力定格のモーターに適しており、多様なアプリケーションのニーズに対応します。

V. VFD の分類

1. 入力電力別:
   • 単相入力 VFD: 低電力モーターに適しており、単相 AC 入力です。
   • 三相入力 VFD: 中〜高電力モーターに適しており、三相 AC 入力です。
2. 出力電圧別:
   • 定トルク VFD: 出力電圧は周波数に比例し、定トルク負荷に適しています。
   • 定電力 VFD: 出力電圧は高周波数で一定に保たれ、定電力負荷に適しています。
3. 制御方法別:
   • V/F 制御 VFD: 電圧と周波数の比率を調整することによりモーター速度を調整し、構造が簡単で低コストです。
   • ベクトル制御 VFD: モーターの数学モデルに基づいて、トルクと磁束のデカップリング制御を実現し、優れた動的性能を発揮します。
   • 直接トルク制御 VFD: モーターのトルクと磁束を直接制御し、高速応答と高い制御精度を実現します。

VI. VFD の選択と使用に関する考慮事項

1. 選択基準:
   • 電力のマッチング: VFD の定格電力は、モーターの定格電力をわずかに上回る必要があります。
   • 電圧定格: VFD の出力電圧は、モーターの定格電圧と一致する必要があります。
   • 制御方法: 負荷特性に基づいて適切な制御方法を選択します。
   • 環境要件: 温度、湿度、高度など、VFD の設置環境を考慮します。
2. 使用上の注意:
   • 適切な接地: 漏電や干渉を防ぐために、VFD を確実に接地してください。
   • 冷却対策: VFD は動作中に熱を発生するため、適切な換気と冷却が必要です。
   • 電磁両立性: VFD は電磁干渉を発生する可能性があるため、シールドとフィルタリング対策が必要です。
   • メンテナンス: VFD の動作状態を定期的に検査し、ほこりを清掃し、接続の緩みがないか確認してください。

周波数コンバーターについて詳しく知りたい場合は、いつでもお気軽にお問い合わせください。