三相可変周波数ドライブ (VFD) は、現代の産業および商業環境において不可欠なコンポーネントであり、モーターの速度、トルク、および全体的なパフォーマンスを正確に制御します。私は信頼できる三相 VFD サプライヤーとして、これらの注目すべきデバイスの技術的な複雑さと実際の応用についてよく知っています。このブログは、三相 VFD の動作をわかりやすく説明し、モーター速度を効果的に制御する方法を説明することを目的としています。
三相モーターと VFD の基本を理解する
三相 VFD がモーター速度を制御する方法を詳しく説明する前に、三相モーターの基本原理を理解することが重要です。三相モーターは、その高効率、信頼性、スムーズな動作により、産業用途での定番となっています。これらは、互いに 120 度位相が異なる 3 つの交流によって生成される回転磁場に依存しています。三相モーターの速度は、次の式で表されるように、電源の周波数とモーターの極数によって決まります。
[n=\frac{120f}{p}]
ここで、(n) はモーターの同期速度 (RPM)、(f) は電源の周波数 (ヘルツ (Hz))、(p) はモーターの極数です。
一方、三相 VFD は、三相モーターに供給される周波数と電圧を変更できる電子デバイスです。これらのパラメータを調整することで、VFD は広範囲にわたってモーター速度を制御でき、高いレベルの柔軟性と効率を実現します。
三相 VFD のコンポーネント
一般的な三相 VFD は、整流器、DC バス、インバーターの 3 つの主要セクションで構成されます。
1. 整流器
整流器は、VFD のフロントエンド セクションです。その主な機能は、入力される三相 AC 電力を DC 電力に変換することです。これは、一連のダイオードまたはサイリスタによって実現されます。最新の VFD では、ダイオード ブリッジ整流器が一般的に使用されています。整流器は、電圧と方向が常に変化する交流を受け取り、脈動する DC 電圧に変換します。
2. DCバス
DC バスは、エネルギーの貯蔵とフィルタリングのセクションです。整流器によって生成された脈動 DC 電圧を平滑化し、比較的安定した DC 電圧にします。コンデンサは通常、電気エネルギーを蓄積し、電圧リップルを低減するために DC バスで使用されます。この安定した DC 電圧は、次のステージであるインバータへの入力として機能します。
3. インバータ
インバーターは、速度制御に関して VFD の心臓部です。 DC バスから DC 電圧を取得し、それを三相 AC 電圧に変換します。ここで重要なのは、出力 AC の周波数と電圧を正確に調整できることです。インバータは、絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) またはその他の高出力スイッチング デバイスを使用して、DC 電圧を迅速にオン/オフし、必要な周波数と電圧を備えた等価な AC 波形を生成します。
三相 VFD がモーター速度を制御する仕組み
VFD を使用した三相モーターの速度制御は、主に電源の周波数を変化させる原理に基づいています。前述したように、三相モーターの同期速度は電源の周波数に正比例します。したがって、VFD の出力周波数を変更することで、モーターの速度を変更できます。
周波数に加えて、VFD は周波数に応じて出力電圧も調整し、ヘルツあたりのボルト (V/Hz) 比を一定に維持します。モーター内の磁界は V/Hz 比によって決まるため、これは非常に重要です。周波数に対して電圧が高すぎると、過剰な磁束によりモーターが過熱する可能性があります。逆に、電圧が低すぎると、モーターが適切に動作するのに十分なトルクが得られない可能性があります。
たとえば、モーターの速度を下げたい場合、VFD は出力周波数を下げます。同時に、出力電圧も比例して低下し、V/Hz 比を一定に保ちます。このようにして、モーターは適切なトルクで低速でも効率的に動作できます。同様に、モーター速度を上げると、VFD は周波数と電圧を調整して増加させます。
高度な速度制御機能
基本的な周波数ベースの速度制御を超えて、最新の三相 VFD は、モーターの性能と効率を向上させるための多数の高度な機能を提供します。
センサー - ベクトル制御なし
センサーレスベクトル制御は、多くの VFD で使用されている高度な制御アルゴリズムです。これにより、外部速度センサーを使用しなくても、VFD がモーターのトルクと速度を独立して制御できるようになります。モーターの電流と電圧を分析することで、VFD はモーターのローター位置を推定し、それに応じて出力を調整できます。これにより、速度制御がより正確になり、動的応答が向上し、エネルギー効率が向上します。
閉ループ制御
非常に高い精度が必要とされる一部のアプリケーションでは、閉ループ制御を使用できます。これには、エンコーダなどの速度センサーを使用して VFD にフィードバックを提供することが含まれます。 VFD は実際のモーター速度と設定速度を比較し、出力周波数と電圧をリアルタイムで調整して速度誤差を最小限に抑えます。閉ループ制御は、工作機械、ロボット工学、コンベヤ システムなどのアプリケーションで一般的に使用されます。
三相 VFD のアプリケーション
三相 VFD は、製造から HVAC システムに至るまで、幅広い業界で応用されています。
工業製造業
製造工場では、VFD はコンベア ベルト、ポンプ、ファン、工作機械の速度を制御するために使用されます。生産要件に応じてモーター速度を調整することで、これらのシステムはより効率的に動作し、エネルギー消費を削減し、製品の品質を向上させることができます。たとえば、コンベア ベルトは、積み込みおよび積み降ろしのプロセス中に減速し、輸送段階中に加速する可能性があります。
HVAC システム
暖房、換気、空調 (HVAC) システムでは、多くの場合、ファンとポンプの速度を制御するために三相 VFD が使用されます。これにより、システムは実際の需要に応じて空気の流れと水の流れを調整することができ、大幅なエネルギー節約につながります。たとえば、大規模なオフィス ビルでは、ビルが人が少ないオフピーク時間中に、VFD によってファンの速度が低下することがあります。
製品の推奨事項
三相 VFD サプライヤーとして、私はさまざまなアプリケーション要件に基づいてさまざまな製品をお勧めします。約 15KW の電力需要があるアプリケーションの場合、15KW VFD素晴らしい選択です。信頼性の高いパフォーマンスと高度な制御機能を競争力のある価格で提供します。
単相モーターの制御をお考えの場合は、単相モーター用可変速ドライブスムーズな速度調整を備えたコスト効率の高いソリューションを提供します。
さらに、さまざまな製品をご用意しております。通常のVFDとヘビーデューティのVFDさまざまな負荷要件を満たすように調整されたデバイス。 VFD が必要な用途が軽負荷用途であっても、重負荷の産業用途であっても、当社はお客様に適した製品をご用意しています。
結論
三相 VFD はモーター速度を制御するための強力なツールであり、エネルギーの節約、効率の向上、正確な制御などの多くの利点を提供します。 VFD の仕組みと高度な機能を理解することで、特定のアプリケーションに合わせて VFD を選択する際に情報に基づいた決定を下すことができます。製造業、HVAC、またはモーター速度制御が必要なその他の業界のいずれであっても、当社はお客様のニーズを満たす高品質の三相 VFD を提供できます。
当社製品にご興味のある方、三相VFDに関するご質問がございましたら、調達・交渉などお気軽にお問い合わせください。当社は、最高のソリューションと優れた顧客サービスを提供することに尽力しています。
参考文献
- チャップマン、SJ (2012)。電気機械の基礎。マグロウ - ヒル。
- ボルトン、W. (2016)。産業用電子機器。ラウトレッジ。