AC ドライブの説明: VFD の仕組み、利点、選択、および用途

モーター制御パネルをアップグレードする場合、AC ドライブはモーターが消費するエネルギー量とそれをどの程度正確に制御できるかを決定します。ファンやポンプの負荷に対する多くの改造では、これを取り付けると電力使用量が 20 ～ 40% 削減されます。ただし、ドライブがこれらの節約を実現できるのは、ドライブがモーター、負荷、設置環境に適合している場合のみです。このガイドでは、AC ドライブとは何か、その選択方法、見落としがちな取り付けの詳細について説明します。

ACドライブとは

AC ドライブは、交流モーターに供給される周波数と電圧を変化させることで、交流モーターの速度とトルクを制御する電子デバイスです。これは可変周波数ドライブ (VFD) とも呼ばれ、一部の業界では単にインバーターとして知られています。

ドライブはグリッドまたはプラント配電システムから固定 AC 電源を受け取り、それを制御された出力に変換します。内部の主なコンポーネントは、整流器、DC バス、インバーター ステージ、および制御ボードです。オペレータ インターフェイスでは、速度、加速度、保護パラメータを設定できます。

ACドライブの仕組み

誘導モーターの速度は供給電圧の周波数に比例します。同期速度は、周波数を極数で割った 120 倍として計算されます。ドライブが出力周波数を下げると、モーターの速度が低下します。

電圧と周波数は同時に変化する必要があります。電圧と周波数の比を一定に保つことで、モーター内の磁束が維持されます。低速では、ドライブは電圧ブーストを追加して、十分な始動トルクを生成します。

2 つの主要な制御プラットフォーム

V/f制御はオープンループ方式です。あらかじめ定められた曲線に従って電圧と周波数を設定し、シンプルかつ堅牢で、ほとんどのファン、ポンプ、コンプレッサーのアプリケーションに適しています。ベクトル制御では、多くの場合エンコーダを使用した閉ループ アルゴリズムを使用して、トルクと速度をより高い精度で調整します。クレーン、エレベーター、押出機、工作機械など、荷重の変化が激しいところで使用されます。

ACドライブを使用する理由

を使用する最も強力な理由 ACドライブ 可変速負荷におけるエネルギーの節約です。遠心ファンとポンプは親和性の法則に従い、出力は速度の 3 乗に応じて変化します。速度を 100% から 80% に下げると、入力電力は元の値の約 51% に変化します。 70% の速度で動作する 90 kW のファンは、フルスピードで必要な電力の約 3 分の 1 を消費し、ダンパー制御と比較すると、節約量は通常 40 ～ 60% の範囲になります。

ドライブは節約だけでなく、プロセスの一貫性も向上します。ミキサー、押出機、繊維機械は、製品品質の再現性を維持するために安定した速度に依存しています。押し出しでは、わずかな速度の変化によりラインの太さの違いが生じ、最終的に廃棄物として残ります。制御された加速機能により、ベルト、ギアボックス、カップリングの機械的ストレスが軽減され、メンテナンスコストが削減され、機器の寿命が長くなります。

直接オンライン始動では、定格モーター電流の 6 ～ 8 倍が消費されます。ドライブは突入電流を定格電流の 1.5 ～ 2 倍に制限し、プラントラインの電圧低下やギア、ベルト、シャフトへの機械的衝撃を軽減します。

種類と用途

AC ドライブは通常、出力電圧ごとにグループ化されます。低電圧ドライブは 200 ～ 690 V をカバーし、数百ワットから約 500 kW のモーターに使用されます。中電圧ドライブは 2.3 ～ 11 kV をカバーし、メガワット範囲の高出力モーターに対応します。

一般的な産業用途には次のようなものがあります。

• 水処理、HVAC、ボイラーシステムにおける遠心ポンプとファン
• 圧力変動の大きい工場のエアコンプレッサー
• 化学および食品加工におけるミキサー、遠心分離機、撹拌機
• スムーズな速度変化を必要とするエレベーター、ガントリークレーン、ホイスト
• CNC工作機械、立型旋盤、ロータリー切断機
• ゴムおよびプラスチック産業の押出機および精製機

Raynen Technology は、エアコンプレッサーの省エネ改修、ボイラーファンシステム、下水処理曝気ブロワー、定圧給水、スクリュー押出機など、特定の機械向けのアプリケーション ソリューションも公開しています。同じドライブ プラットフォームをこれらの機械設計に適合するように構成できます。

ACドライブの選択方法

カタログからではなく、モーターの銘板から始めてください。ドライブの定格は、モーター電力ではなくモーター電流に基づく必要があります。ファンやポンプなどの可変トルク負荷の場合、ドライブはモーターと同じサイズになることがよくあります。一定のトルク負荷の場合は、モーター定格より 1 つまたは 2 つのドライブ サイズのマージンを残してください。

まず最初に確認するのは負荷トルク特性です。可変トルク負荷のトルクは速度の 2 乗に応じて増加します。定トルク負荷は速度範囲全体で同じトルクを供給しますが、定電力負荷は速度が上昇するにつれてトルクを減少させます。

その他の要因には、周囲温度、高度、筐体のタイプなどがあります。ほとんどのドライブは、摂氏 40 度を超える場合、および標高 1000 m を超える場合は定格が低下します。モーターケーブルが 50 m を超える場合は、反射電圧スパイクからモーター巻線を保護するための出力リアクトルについてお問い合わせください。

PLC または SCADA からドライブを監視する必要がある場合は、どのような通信インターフェイスが使用できるかを確認してください。ほこりの多い、湿気の多い、または化学的に攻撃的な環境では、より高い侵入保護等級または適切なエンクロージャが必要です。

設置と調達に関する考慮事項

高調波歪みは、複数のドライブが同じトランスから電力を供給する場合によく発生する問題です。ラインリアクトルまたは DC チョークを追加すると、電流歪みが減少し、通常は地域の電力品質制限を満たすための低コストの方法になります。

ブレーキ: 負荷がモーターをオーバーホールする可能性がある場合 (たとえば、クレーンが荷物を下ろす場合やコンベアが重い負担で停止する場合など)、ダイナミックブレーキ抵抗器または回生ユニットが必要です。

ドキュメントとアフターサポートを決して忘れないでください。技術者が使用する言語のユーザー マニュアル、電気図面、セットアップ ソフトウェアを入手してください。 Raynen Technology はこれらの資料を ダウンロードセンター 。ドライブのサプライヤーがこれらのアイテムを事前に提供しない場合、試運転時間が長くなり、後で修理費用が高くなる危険があります。特定のモーターと負荷の場合、 技術サポート このページは、注文前にドライブのサイズと互換性を確認するのに最適な場所です。

産業用 AC アプリケーション向け Raynen ドライブ

Raynen Technology は、raynendrive.com の背後にある産業オートメーション ブランドであり、ソフト スターター、サーボ システム、PLC、ヒューマン マシン インターフェイスと並んで AC ドライブを設計および製造しています。同社は 2007 年に設立され、上海証券取引所に上場しています。製品ポートフォリオは、完全なマシンの制御層、ドライブ層、および実行層をカバーすることを目的としています。

標準的な低電圧ファン、ポンプ、繊維アプリケーション向けに、RVE21 スマート ドライブは、簡単なパラメータ設定を備えたコンパクトで使いやすいソリューションを提供します。プロセスで正確な速度とトルクの制御が必要な場合、RVE32 ベクトル ドライブはクレーン、エレベーター、ミキサー、工作機械に閉ループのパフォーマンスを提供します。水道および石油化学サービスにおける高出力モーター向けに、RVE1000 シリーズは最大 11 kV の中電圧電源を処理します。

同社のカタログには、低電圧および中電圧のソフトスターター、PLC、HMI、サーボモーター、サーボドライブも含まれています。この広さは 2 つの理由から重要です。まず、1 つのサプライヤーから一貫したエンジニアリング サポートを受けることができます。第 2 に、ドライブを PLC や HMI を含む完全な制御システムと統合できるため、コミッショニングが迅速化されます。

RVE21 55 ～ 200 kW モーター用スマート低電圧 AC ドライブ RVE21 シリーズは、広い電圧範囲と最大 200% の過負荷能力を備え、並列設置用の取り外し可能なシールドを備えています。独立した気道設計により信頼性の高い冷却が保証され、PLC および HMI システムと統合するためのコスト効率の高い選択肢となります。 製品を見る→

最大 800 kW の高出力アプリケーション向けの RVE32 ベクトル AC ドライブ RVE32 シリーズは、センサーレス ベクトル制御と自動ループ パラメーター適応を備えており、デバッグは必要ありません。 Modbus 標準を備えたプラスチックまたは鉄のシェルがあり、2 行表示で 250 ～ 800 kW の高出力ニーズに対応します。 製品を見る→

RVE1000 高電圧モーター直接制御用高圧 AC ドライブ RVE1000 シリーズは、電圧重畳と ARM/DSP 制御に多段 H ブリッジ カスケードを使用し、フィルターなしで高電圧モーターを直接駆動できます。ベルトコンベアのマスター/スレーブ制御用に設計されており、化学、昇降、エアコンプレッサー、鉄鋼業界にサービスを提供します。 製品を見る→

適切な AC ドライブはエネルギーを節約し、プロセスの安定性を向上させ、モーターと下流の機器を保護します。モータの銘板から選択し、負荷の種類を確認し、環境や通信要件を確認してください。特定のアプリケーションがある場合は、注文する前に、Raynen のテクニカル サポート チームを利用してサイズと完全なドキュメント セットを確認してください。