産業用モーター制御の分野では、可変周波数ドライブ (VFD) がエネルギー消費の最適化とモーターの性能向上において極めて重要な役割を果たします。私は 15KW VFD の専門サプライヤーとして、これらのデバイスを現代の産業環境に不可欠なものにする技術的な複雑さに精通しています。 VFD を扱う際に理解すべき最も重要な側面の 1 つは、その高調波成分です。
VFD の高調波を理解する
高調波は、電力システムの基本周波数の倍数である周波数です。ほとんどの電力システムでは、基本周波数は 50Hz または 60Hz です。 VFD が動作するときは、半導体スイッチング デバイスを使用して入力 AC 電力を DC 電力に変換し、その後可変周波数の AC 電力に戻します。この変換プロセスは理想的ではなく、これらの高調波周波数で電流と電圧が生成されます。
VFD の高調波成分は、いくつかの理由から重大な懸念事項です。まず、過剰な高調波は、変圧器、モーター、ケーブルなどの電気機器の過熱を引き起こす可能性があります。これは、高調波周波数で流れる追加の電流により、式 (P = I^{2}R) に従って抵抗加熱が増加するためです。ここで、(P) は電力損失、(I) は電流、(R) は抵抗です。第 2 に、高調波は通信システムやその他の敏感な電子機器に干渉を引き起こし、誤動作や信頼性の低下を引き起こす可能性があります。
15KW VFDの高調波発生メカニズム
15KW VFD は通常、整流器、DC リンク、およびインバーターで構成されます。整流段は、通常、ダイオードベースまたはサイリスタベースの回路であり、入力 AC 電力を DC 電力に変換します。この変換中に、非線形の電流引き込みが発生し、これが高調波の主な原因となります。
DC リンクは DC 電力を蓄積し、インバータに安定した電圧源を提供します。次に、インバータは DC 電力を、モーターの速度制御に適した可変周波数の AC 電力に変換します。インバータのスイッチング動作も高調波の発生に寄与しますが、通常は整流器に比べて程度は低いです。
15KW VFD の高調波スペクトルは、フーリエ解析を使用して解析できます。 VFD によって生成される最も一般的な高調波は、3 次、5 次、7 次、11 次、13 次などの奇数次の高調波です。これらの高調波は、電気システムに特定の問題を引き起こす可能性があるため、重要です。たとえば、3 相すべての 3 次高調波が中性線で同相であるため、3 相 4 線システムでは 3 次高調波によって中性点過負荷が発生する可能性があります。
電気システムに対する高調波成分の影響
15KW VFD に高調波が存在すると、電気システム全体に広範囲にわたる影響を与える可能性があります。前述の過熱と干渉の問題に加えて、高調波もシステムの力率に影響を与える可能性があります。力率は電力がどの程度効率的に使用されているかを示す尺度であり、力率が低いとエンドユーザーのエネルギーコストが高くなる可能性があります。
高調波が存在する場合、皮相電力 (電圧と電流の積) は実電力 (実際に仕事をするために使用される電力) よりも高くなります。この違いは、高調波電流に関連する無効電力によるものです。電力会社は多くの場合、低力率に対して産業用顧客に料金を請求するため、高調波成分を削減することで大幅なコスト削減につながる可能性があります。
15KW VFD の高調波の軽減
15KW VFD サプライヤーとして、私は VFD 内の高調波成分を軽減する方法がいくつかあることを認識しています。最も一般的な方法の 1 つは、パッシブ フィルターの使用です。パッシブ フィルタはインダクタ、コンデンサ、抵抗で構成され、特定の高調波周波数に対して低インピーダンス パスを提供するように設計されています。たとえば、同調フィルタは、主電気システムから 5 次高調波電流を分流するように設計できます。
もう 1 つのアプローチは、アクティブ高調波フィルターを使用することです。アクティブ フィルターはシステム内の高調波電流を継続的に監視し、等しい電流と逆の電流を注入して高調波を打ち消します。アクティブ フィルタはパッシブ フィルタよりも高価ですが、特に負荷特性が頻繁に変化するアプリケーションでは、より優れた柔軟性と優れたパフォーマンスを提供します。
場合によっては、高調波を低減するためにマルチパルス VFD を使用することもできます。マルチパルス VFD は、移相変圧器を使用して複数の入力位相を生成し、高調波成分を大幅に低減できます。たとえば、12 パルスまたは 18 パルスの VFD は、5 次および 7 次の高調波を非常に低いレベルまで低減できます。
当社の製品とソリューション
15KW VFD のサプライヤーとして、当社は高調波含有量が低い高品質の製品を提供することの重要性を理解しています。当社の VFD は、最初から高調波の発生を最小限に抑える高度な技術を使用して設計されています。また、お客様の特定のニーズを満たすために、さまざまな高調波緩和ソリューションも提供しています。
信頼できるものをお探しの方へ三相モーターの周波数駆動、当社の 15KW VFD は優れた選択肢です。これらは幅広い三相モーターに適しており、正確な速度制御とエネルギー節約を実現します。私たちのベクトル制御VFDモデルはさらに高度な制御機能を提供し、より優れたトルク制御と動的パフォーマンスを可能にします。
さらに、660V～690V VFD高電圧動作を必要とするアプリケーションに利用可能なオプション。これらの VFD は、増大する電気的ストレスに対処し、低高調波成分を維持するように設計されています。
結論と行動喚起
15KW VFD の高調波成分を理解することは、産業用電気システムの安全かつ効率的な動作を確保するために重要です。当社はサプライヤーとして、お客様の性能要件を満たすだけでなく、高調波による悪影響を最小限に抑える VFD をお客様に提供することに尽力しています。
15KW VFD が必要な場合、または高調波の軽減についてご質問がある場合は、お問い合わせいただくことをお勧めします。当社の専門家チームは、お客様の特定の用途に適した製品とソリューションの選択をお手伝いいたします。私たちは、お客様と協力してモーター制御システムの最適化を支援できる機会を楽しみにしています。
参考文献
- ブラウン、H. (2018)。電気システムの電力品質: 高調波の理解と軽減。 IEEEプレス。
- スミス、J. (2020)。可変周波数ドライブ: 原理と応用。マグロウ - ヒル。
- 国際電気標準会議 (IEC)。 （2019年）。 IEC 61000 - 3 - 12: 電磁両立性 (EMC) - パート 3 - 12: 制限 - 高調波電流放射の制限 (機器の入力電流 ≤ 16 A/相、> 75 A/相)。