3相可変周波数駆動（VFD）の味付けされたサプライヤーとして、私はこれらのデバイスが最新の産業および商業用アプリケーションで果たす極めて重要な役割を直接目撃しました。これらのシステムの選択、インストール、またはメンテナンスに関与する人にとっては、3フェーズVFDの出力波形を理解することが重要です。このブログ投稿では、これらの波形の複雑さ、それらの重要性、およびそれらが当社の製品のパフォーマンスとどのように関係するかを掘り下げます。
3相VFDの基本原則
出力波形を探索する前に、3相VFDの基本原則を簡単に確認しましょう。 VFDは、供給される電力の周波数と電圧を変化させることにより、ACモーターの速度を制御する電子デバイスです。これは、通常、整流、DCバスフィルタリング、および反転の3つの主要な段階を含む電力変換と呼ばれるプロセスによって達成されます。
整流段階は、着信AC電力をDC電力に変換します。これは通常、ダイオードブリッジ整流器を使用して行われます。これにより、電流が1つの方向のみに流れるようになります。次に、DC電力をコンデンサまたはインダクタによってろ過して、リップルを滑らかにし、安定したDC電圧を提供します。最後に、反転段階は、DC電力を可変周波数と電圧でAC電源に変換します。これは、絶縁ゲート双極トランジスタ（IGBT）またはその他のパワー半導体デバイスを使用して達成されます。
3フェーズVFDの出力波形
3相VFDの出力波形は、通常、互いに120度離れた3つの正弦波波形です。これらの波形は、VFDのインバーターステージによって生成され、ACモーターの駆動に使用されます。これらの波形の形状と特性は、モーターとシステム全体の性能に大きな影響を与える可能性があります。
正弦波波形
3相VFDの理想的な出力波形は、純粋な正弦波波形です。正弦波波形は、ACパワーの自然な波形によく似た滑らかで連続的な形状を持っています。このタイプの波形は、高調波の歪みを最小限に抑え、モーターの損失を減らし、モーターの効率を向上させるため好まれます。
ただし、実際には、パワー半導体デバイスとVFDで使用される制御アルゴリズムの制限により、純粋な正弦波波形を生成することは困難です。その結果、VFDの出力波形には通常、ある程度の高調波歪みが含まれています。高調波は、波形の基本周波数の倍数である不要な周波数です。これらの高調波は、モーターの過熱、電磁干渉の増加（EMI）、および電力品質の低下など、さまざまな問題を引き起こす可能性があります。
パルス幅変調（PWM）波形
高調波の歪みを減らし、出力波形の品質を向上させるために、ほとんどの3位VFDは、パルス幅変調（PWM）と呼ばれる手法を使用します。 PWMは、パルスの幅を変えることにより、波形の平均電圧を制御する方法です。 PWM波形では、出力電圧は、通常2〜20 kHzの範囲で、高周波でオンとオフにスイッチされます。パルスの幅は、波形の平均電圧を制御するように調整されます。
PWMを使用することにより、VFDは正弦波波形に密接に近似する波形を生成できます。出力電圧の高周波スイッチングは、波形を滑らかにし、高調波の歪みを減らすのに役立ちます。ただし、PWMは、EMIの増加やパワー半導体デバイスのより高いスイッチング損失など、いくつかの新しい課題も導入しています。
スペースベクトル変調（SVM）波形
3相VFDで一般的に使用されるもう1つの手法は、スペースベクトル変調（SVM）です。 SVMは、3次元スペースベクトルを使用して3相出力電圧を表すPWMのより高度な形式です。 SVMを使用することにより、VFDは、従来のPWM波形よりも高調波の歪みとより良い電力品質を持つ波形を生成できます。
SVMは、3相電圧スペースを多くのセクターに分割し、IGBTの適切なスイッチング状態を選択して、目的の出力電圧を生成することで機能します。スイッチング状態は、電圧空間内の参照電圧ベクトルの位置に基づいて選択されます。これにより、VFDは、参照電圧ベクトルに密接に従い、高調波の歪みを最小限に抑える波形を生成できます。
3フェーズVFDの出力波形の重要性
3フェーズVFDの出力波形は、モーターとシステム全体のパフォーマンスと信頼性に重要な役割を果たします。出力波形が重要である主な理由のいくつかを以下に示します。
モーター性能
出力波形の品質は、モーターの性能に大きな影響を与える可能性があります。純粋な正弦波波形または低い高調波の歪みを伴う波形は、モーターの損失を減らし、効率を改善し、モーターの寿命を延ばすことができます。一方、高調波の歪みが高い波形は、モーターの過熱、振動の増加、トルク出力の減少を引き起こす可能性があります。
電力品質
3相VFDの出力波形は、電気システムの電力品質にも影響を与える可能性があります。 VFDによって生成される高調波は、電圧の歪み、中性電流の増加、および他の電気機器との干渉を引き起こす可能性があります。低い高調波出力波形を持つVFDを使用することにより、システムの電力品質を改善し、電気的な問題のリスクを減らすことができます。
電磁互換性（EMC）
3相VFDの出力波形は、他の電気機器の動作に影響を与える可能性のある電磁干渉（EMI）を生成することもできます。 EMI出力波形が低いVFDを使用することにより、EMIのリスクを減らし、システムの電磁互換性（EMC）を改善できます。
3フェーズVFD製品
当社では、お客様の多様なニーズを満たすように設計された幅広い3フェーズVFDを提供しています。当社のVFDは、さまざまな電力評価、電圧レベル、制御オプションで利用でき、さまざまなアプリケーションに適しています。660V-690V VFD、1.5kw VFD、 そしてファンポンプVFD。
当社のVFDには、高度なコントロールアルゴリズムとパワー半導体デバイスが装備されており、高度な高調波の歪みで高品質の出力波形を生成できるようにします。最先端のPWMおよびSVMテクニックを使用して、VFDがスムーズで効率的で信頼性の高い操作を確実に提供します。さらに、当社のVFDは、干渉やその他の問題を引き起こすことなく、幅広い電気システムで使用できるように、電磁互換性（EMC）と電力品質の最高水準を満たすように設計されています。
購入と相談については、お問い合わせください
3フェーズのVFDについて詳しく知りたい場合や、製品の出力波形やその他の技術的側面について質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください。経験豊富なエンジニアとテクニカルサポートスタッフのチームは、特定のニーズを満たすために、詳細な情報、技術支援、カスタマイズされたソリューションを提供することができます。
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参照
- Boldea、I。、＆Nasar、SA（1999）。電気ドライブ：概念、アプリケーション、および制御スキーム。 CRCプレス。
- クリシュナン、R。（2001）。電動モータードライブ：モデリング、分析、および制御。プレンティスホール。
- Mohan、N.、Undeland、TM、＆Robbins、WP（2012）。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、および設計。ワイリー。