可変周波数ドライブ (VFD) は、周波数調整可能ドライブ、速度調整可能ドライブ、インバーター、または AC ドライブとも呼ばれ、電気モーターに供給される周波数と電圧を変化させることによって電気モーターを駆動するモーター コントローラーの一種です。 VFD サプライヤーとして、私は VFD がモーターのトルクにどのような影響を与えるかについてよく質問されます。このブログ投稿では、VFD とモーター トルクの関係を詳しく掘り下げ、原理、要因、実際的な意味を探ります。
モーターのトルクを理解する
VFD がモーター トルクにどのような影響を与えるかを説明する前に、モーター トルクとは何かを理解することが重要です。トルクはモーターによって生成される回転力であり、負荷を駆動する役割を果たします。ニュートン - メートル (N·m) またはフィート - ポンド (ft - lb) で測定されます。モーターが生成できるトルクの量は、モーターの設計、印加電圧、電源の周波数などのいくつかの要因によって異なります。
標準的な AC モーターでは、トルクと速度の特性は比較的固定されています。低速ではモーターは高トルクを生成できるため、重い負荷の始動に役立ちます。速度が増加すると、通常、トルクは減少します。この特性は、モーターの磁界とステーターとローター間の相互作用によって決まります。
VFD の仕組み
VFD は、入力 AC 電力を整流器を通じて DC 電力に変換することで動作します。次に、インバータ セクションが DC 電力を可変周波数と電圧の AC 電力に変換します。周波数と電圧を調整することで、VFD はモーターの速度とトルクを制御できます。
VFD の基本原理は、V/f (電圧対周波数) 比です。 AC モーターでは、モーター内の磁束は V/f 比に比例します。一定の磁束 (したがって一定のトルク生成能力) を維持するには、周波数に比例して電圧を調整する必要があります。たとえば、周波数が定格周波数の半分に低下した場合、V/f 比を一定に保つために電圧も半分に低下させる必要があります。
モータートルクに対する VFD の影響
定トルク運転
コンベヤ、容積式ポンプ、ホイストなどの多くの用途では、広い速度範囲にわたって一定のトルクが必要です。 VFD は、V/f 比を一定に維持することで、一定のトルク動作を実現できます。周波数が低下すると、電圧も比例して低下し、モーター内の磁束が一定に保たれます。その結果、モーターは低速でも定格速度と同じ量のトルクを生成できます。
たとえば、モーターの定格トルクが 1500 RPM、50 Hz で 100 N·m の場合、VFD が周波数を 25 Hz に下げると、電圧も半分になります。モーターは 750 RPM で 100 N·m のトルクを生成できるため、低速で効果的に負荷を駆動できます。この一定のトルク動作は、速度に関係なく負荷に一定量の力が必要なアプリケーションにとって非常に重要です。
可変トルク運転
遠心ポンプやファンなどの一部のアプリケーションには、可変トルク要件があります。これらの負荷に必要なトルクは速度の 2 乗に比例します。 VFD は、負荷のトルク要件に応じて電圧と周波数を調整することで、これらのアプリケーションのエネルギー消費を最適化できます。
遠心ポンプまたはファンの速度が低下すると、負荷に必要なトルクが大幅に減少します。 VFD は、定トルク アプリケーションよりも積極的に電圧と周波数を下げることができ、エネルギーを節約します。たとえば、ファンの速度が定格速度の半分に低下すると、ファンに必要なトルクは定格トルクの 1/4 に低下します。 VFD はそれに応じて電圧と周波数を調整できるため、大幅なエネルギー節約が可能になります。
高トルク始動
VFD を使用する大きな利点の 1 つは、高トルクで始動できることです。 AC モーターのダイレクト オンライン (DOL) 始動では、モーターに大きな突入電流が流れ、電源の電圧降下やモーターと負荷への機械的ストレスが発生する可能性があります。一方、VFD は周波数と電圧を徐々に高めることができるため、モーターを高トルクでスムーズに起動できます。
VFD は加速率を制御し、システムに過負荷をかけることなくモーターが希望の速度に達するようにします。これは、クラッシャーやミキサーなど、始動負荷が大きいアプリケーションに特に役立ちます。高トルク始動を実現することで、VFD はモーターの寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減します。
トルクに影響を与える要因 - VFD の関係
モーターの設計
モーターの設計は、VFD にどのように応答するかにおいて重要な役割を果たします。誘導モーターや永久磁石同期モーターなど、モーターの種類が異なれば、トルクと速度の特性も異なります。誘導モーターは堅牢で比較的低コストであるため、VFD で広く使用されています。ただし、永久磁石同期モーターと比較すると、高速動作と効率の点でいくつかの制限がある場合があります。
モーターの巻線構成、極数、ローターの設計も、VFD 使用時のトルク生成に影響を与える可能性があります。たとえば、極数が多いモーターでは同期速度が低くなり、最適なトルク性能を達成するには異なる V/f 設定が必要になる場合があります。
VFD設定
加速時間と減速時間、トルク制限、V/f カーブなどの VFD の設定は、モーターのトルクに大きな影響を与える可能性があります。加速時間と減速時間によって、モーターがどれだけ早く希望の速度に達するかが決まります。加速時間が短すぎると、モーターが負荷を加速するのに十分なトルクを生成できず、過電流トリップが発生する可能性があります。
トルク制限設定により、ユーザーはモーターが生成できる最大トルクを制限できます。モーターや負荷を損傷から保護するのに役立ちます。 V/f カーブ設定を調整して、さまざまな用途に応じてトルク - 速度特性を最適化できます。一部の VFD は、負荷の特定の要件を満たすために、線形、二次、カスタム曲線などの複数の V/f 曲線を提供します。
負荷特性
慣性、摩擦、負荷の種類 (一定トルクまたは可変トルク) などの負荷の特性も、トルクと VFD の関係に影響します。慣性が大きい負荷では、加速および減速により多くのトルクが必要になります。 VFD は、これらの過渡期間中の高トルク要件に対処できるように、適切なサイズと構成が必要です。
負荷内の摩擦も、負荷を駆動するために必要なトルクに影響を与える可能性があります。過度の摩擦がある場合、モーターはそれを克服するためにより多くのトルクを必要とする場合があります。負荷特性を理解することは、適切な VFD を選択し、適切なパラメータを設定して最適なトルク性能を確保するために不可欠です。
VFD の選択と適用に対する実際的な意味
特定の用途向けに VFD を選択する場合、負荷のトルク要件を考慮することが重要です。一定トルクのアプリケーションでは、広い速度範囲にわたって一定の V/f 比を維持できる VFD が必要です。22KW VFDは、約 22 KW の電力要件を持つ多くの定トルク用途に最適なオプションです。
可変トルクアプリケーションの場合、高度な省エネ機能と負荷のトルク要件に応じて V/f 比を調整できる機能を備えた VFD が推奨されます。モーター用VFDは、可変トルク負荷を含むさまざまなモーター用途に適したさまざまな VFD を提供しています。
さらに、VFD は、モーターの定格電流と、始動時および過渡期間中のピーク トルク要件に対応できる適切なサイズにする必要があります。 VFD のサイズが大きすぎたり小さすぎたりすると、パフォーマンスの低下、エネルギー消費の増加、モーターと VFD への潜在的な損傷につながる可能性があります。
結論
VFD サプライヤーとして、私は VFD がモーターのトルクに与える影響の重要性を理解しています。 VFD は、一定量の力を必要とするアプリケーションでは定トルク動作、エネルギーを求めて可変トルク動作 - 可変トルク負荷のあるアプリケーションでは効率的な動作、および重負荷アプリケーションでは高トルク始動を提供できます。
VFD の動作原理、トルクと VFD の関係に影響を与える要因、VFD の選択と適用に対する実際的な影響を理解することで、ユーザーはモーター システム用の 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。モーター用途に信頼性の高い VFD ソリューションをお探しの場合は、22KW VFD、モーター用VFD、またはインバータ駆動詳細については、お気軽にお問い合わせください。また、特定の要件についてもご相談いただけます。お客様のニーズに最適な VFD を見つけるお手伝いをいたします。
参考文献
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