VF Control VFD のサプライヤーとして、私はこれらのドライブの高調波成分についてお客様からの質問によく遭遇します。このブログ投稿では、高調波成分とは何か、VF 制御 VFD において高調波成分が重要である理由、および高調波成分がシステムの全体的なパフォーマンスにどのような影響を与えるかについて詳しく説明します。
高調波を理解する
まず、高調波とは何かを明確にしましょう。電気システムでは、基本周波数は交流 (AC) の主周波数であり、通常は地域に応じて 50 または 60 Hz です。高調波は、この基本周波数の整数倍の周波数です。たとえば、2 次高調波は基本周波数の 2 倍、3 次高調波は基本周波数の 3 倍などです。
非線形負荷が存在する場合、電気システムで高調波が生成されます。非線形負荷とは、消費される電流が印加される電圧に比例しない負荷です。 VF 制御 VFD はこのカテゴリに分類されます。 VFD が入力 AC 電力を DC に変換し、可変周波数で AC に戻すと、電流波形に非線形性が生じ、高調波が発生します。
VF 制御 VFD における高調波の生成
VF 制御 VFD は、ダイオード、サイリスタ、絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) などのパワー エレクトロニクス デバイスを使用します。これらのデバイスは、高周波で電流のオンとオフを切り替えて、出力電圧と周波数を制御します。スイッチング プロセス中に、電流波形が純粋な正弦波から逸脱し、高調波が発生します。
AC を DC に変換する VFD の整流セクションは、高調波の主な発生源です。ほとんどの VFD は 6 パルス整流器を使用しており、大量の 5 次、7 次、11 次、13 次の高調波を生成します。高調波の次数が高くなるほど振幅は低くなりますが、振幅が低い高調波でもシステムに影響を与える可能性があります。
高調波成分が重要な理由
VF 制御 VFD の高調波成分は、電気システムや接続された機器にいくつかの悪影響を与える可能性があります。
1. 機器の過熱
高調波は、変圧器、モーター、ケーブルなどの電気機器にさらなる加熱を引き起こします。高調波による追加電流により、これらのコンポーネントの抵抗損失 (I²R 損失) が増加します。時間が経つと、断熱材の早期劣化、機器の寿命の短縮、さらには機器の故障につながる可能性があります。
2. 電圧歪み
高調波は電気システムに電圧歪みを引き起こす可能性があります。高調波によって電流波形が歪むと、システム インピーダンスの両端に電圧降下が発生します。この電圧降下には高調波成分が含まれており、同じ電源に接続されている他の敏感な機器の性能に影響を与える可能性があります。たとえば、コンピュータ、通信機器、その他の電子機器は、電圧歪みにより誤動作を起こす可能性があります。
3. 他の機器との干渉
高調波は、他の電気および電子機器との電磁干渉 (EMI) を引き起こす可能性もあります。高調波の高周波成分は電磁エネルギーを放射する可能性があり、無線受信機、センサー、制御システムなどの近くの機器の通常の動作に干渉する可能性があります。
高調波成分の測定
VF コントロール VFD の高調波成分を評価するには、いくつかのパラメーターが一般的に使用されます。
1. 全高調波歪み (THD):
THD は、高調波による電流または電圧波形の全体的な歪みの尺度です。これはパーセンテージで表され、すべての高調波成分の二乗平均平方根 (RMS) 値と基本成分の RMS 値の比を表します。 THD 値が低いほど、高調波歪みが少なく、波形がきれいであることを示します。
2. 個々の高調波振幅:
THD に加えて、個々の高調波の振幅を測定することも重要です。これは、問題の原因となっている特定の高調波を特定し、適切な緩和策を決定するのに役立ちます。
高調波成分の軽減
VF Control VFD サプライヤーとして、当社はドライブ内の高調波成分を軽減するためのいくつかのソリューションを提供しています。
1. パッシブフィルター
パッシブ フィルターは、高調波を軽減する最も一般的な方法です。これらのフィルタは、高調波電流を吸収またはブロックするために特定の構成で接続されたインダクタ、コンデンサ、および抵抗で構成されています。パッシブ フィルターは、特定の高調波をターゲットにしたり、全体の THD を低減したりするように設計できます。
2. アクティブフィルター
アクティブ フィルターはより高度で、パッシブ フィルターと比較して優れた高調波軽減を実現できます。これらのフィルタは、パワー エレクトロニクスを使用して、高調波電流と大きさが同じで位相が逆の補償電流を生成します。これにより、システム内の高調波電流が効果的に相殺されます。
3. マルチパルス整流器
標準の 6 パルス整流器を使用する代わりに、12 パルスまたは 18 パルス整流器などのマルチパルス整流器を使用できます。これらの整流器は、整流プロセスのパルス数を増やすことで高調波成分を低減し、その結果、よりクリーンな DC 電圧とより低い高調波電流が得られます。
システムパフォーマンスへの影響
VF コントロール VFD の高調波成分は、システム全体のパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。高調波成分を削減することで、電気システムの効率を向上させ、エネルギー消費を削減し、接続された機器の信頼性を高めることができます。たとえば、よりクリーンな電源 (高調波成分が低い) で動作するモーターは、振動や騒音が少なく、よりスムーズに動作し、寿命が長くなります。
アプリケーションと考慮事項
VF 制御 VFD は、産業機械、HVAC システム、再生可能エネルギー システムなど、幅広いアプリケーションで使用されています。各アプリケーションでは、高調波成分を慎重に考慮する必要があります。たとえば、繊細な工業プロセスでは、たとえ少量の高調波歪みでも製品品質の問題を引き起こす可能性があります。 HVAC システムでは、高調波成分が多く含まれると、エネルギー消費量の増加や機器の早期故障につながる可能性があります。
特定のアプリケーション向けに VF Control VFD を選択する場合、システムの高調波要件を考慮することが重要です。アプリケーションによっては、THD が非常に低い VFD が必要な場合もありますが、高調波歪みに対する耐性がより高いアプリケーションもあります。当社の専門家チームは、お客様の特定のニーズに適した VFD および高調波緩和ソリューションの選択をお手伝いします。
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ご購入・ご相談のお問い合わせ先
VF Control VFD の購入を検討している場合、または高調波軽減に関する詳細情報が必要な場合は、弊社までお問い合わせいただくことをお勧めします。当社の経験豊富な営業チームは、詳細な製品情報、技術サポートを提供し、調達プロセスをお手伝いします。小規模プロジェクトであろうと大規模な産業アプリケーションであろうと、当社はお客様に適したソリューションを提供します。
参考文献
- 「電気システムの電力品質」数学 HJ ボーレン著
- 「可変周波数ドライブ: 選択、適用、およびメンテナンス」Dan M. Ionel および Giri K. Venkataramanan 著