- VFD回路とその動作
- VFD回路の整流器セクション
- VFD回路のフィルターセクション
- VFD回路のスイッチングまたはインバータセクション
- さまざまなタイプのVFD
- VSIタイプのVFD
- CSIタイプのVFD
- PWMタイプのVFD
- アプリケーションにVFDを選択するにはどうすればよいですか？
- VFDの利点
- VFDのデメリット
世界には、さまざまな種類の高出力モーターを使用する工場や工場がたくさんあります。電力消費量が多いため、工場や工場は高額のエネルギー料金を支払うことになります。高消費電力を克服し、効率を高めるために、VFDは40年前に導入されましたが、回路は十分に強力ではありませんでした。
VFDは、可変周波数ドライブまたは調整可能な周波数ドライブの短縮形です。周波数がモーターのRPMを決定し、AC周波数を制御することでモーターのRPMを制御できます。小型モーター関連のアプリケーションから高出力誘導モーターに至るまで、さまざまなタイプのVFDが電子機器および電気市場で利用可能です。三相VFDの他に、単相VFDも利用できます。
VFD回路とその動作
VFD回路は3つの部分で構成されています。
1.整流器セクション
2.フィルターセクション
3.スイッチングまたはインバーターセクション。
以下の画像では、3つのセクションがブロック図の中に示されています。これは、三相VFDの基本的な回路ブロック図です。
VFD回路の整流器セクション
整流器部は6個のダイオードを使用しています。ダイオードD1、D2、およびD3は正のレールに接続され、ダイオードD4、D5、およびD6は負のレールに接続されています。これらの6つのダイオードは、三相AC信号を単一のDCレールに変換するダイオードブリッジとして機能します。三相R、B、Yはダイオードの両端に接続されています。正弦波の極性に応じて、ダイオードは順方向にバイアスまたは逆方向にバイアスされるため、正と負の両方のレールに正のパルスまたは負のパルスが供給されます。
整流器の動作の詳細については、リンクをたどってください。
VFD回路のフィルターセクション
ご存知のように、標準の整流ダイオードはAC信号をDCに変換するだけですが、周波数に依存するACリップルも関連しているため、出力DC信号は十分に滑らかではありません。ACリップルを整流し、滑らかなDC出力を作成するには、ある種のリップル除去フィルターが必要です。フィルタの標準コンポーネントは、さまざまなタイプの大きなコンデンサとインダクタを使用することです。フィルタセクションでは、主にコンデンサがACリップルを除去し、スムーズなDC出力を提供します。
場合によっては、他のタイプのフィルターを使用して、入力ACノイズと高調波を低減することもできます。
VFD回路のスイッチングまたはインバータセクション
スイッチングまたはインバータセクションは、DCをACに反転します。このセクションでは、高出力トランジスタ、IGBT、MOSFETなど、さまざまなタイプの電子スイッチを使用します。スイッチは急速にオンまたはオフになり、負荷はACと非常によく似た脈動電圧を受け取ります。出力周波数はスイッチングレートに比例します。高いスイッチングレートは高周波出力を提供し、低いスイッチングレートは低周波出力を提供します。
さまざまなタイプのVFD
VFDがAC電力をDC電力に変換し、整流を行う方法に応じて、他のタイプのVFDが市場で入手可能です。
VFD の主な3つのタイプは、 VSI 、 CSI、 および PWM です。
VSIタイプのVFD
VSIは電圧源インバーターの略です。これは、最も一般的なタイプの可変周波数ドライバーです。このタイプのVFDでは、単純なダイオードブリッジを使用してAC信号をDCに変換し、コンデンサを使用してエネルギーを蓄積します。インバータスイッチング回路は、コンデンサに蓄積されたエネルギーを使用して出力を提供します。
利点
1.速度範囲が良好です。
2.複数のモーター制御設備。複数のモーターを単一のVSIタイプのVFDに接続できます。
3.シンプルなデザイン。
4.製造および設置側からの費用効果が高い。
短所
1.コギング効果により、始動時および停止時の負荷モーター面のけいれん。
2.出力はさまざまなタイプの高調波とノイズを提供します。
3.モーター速度を制御したり、速度を下げたりすると、全体の力率が大幅に低下し、力率が低下します。
CSIタイプのVFD
CSIは電流源インバーターの略です。VSIタイプのVFDは、可変周波数範囲に応じてスムーズな電圧出力を提供できるように設計されていますが、CSIタイプのVFDでは、構造は電圧ではなく電流に依存します。また、CSIの場合、ダイオードブリッジ整流器の代わりにSCRブリッジコンバータが使用されます。出力エネルギーは、スムーズな電流出力のためのコンデンサの代わりに直列インダクタを使用してフィルタリングされます。CSIタイプのVFDは、定電流発生器と同じように機能します。電圧の方形波の代わりに、CSIタイプのVFDは電流の方形波を提供することができます。
利点
1.信頼性が高く、VSIタイプのVFD。
2.VSIが適切な選択ではない場合に高馬力の誘導モーターをサポートします。
3.シンプルなデザイン。
4.優れた再生機能。
短所
1.全体的な力率は、特に低RPMでは不十分です。
2.コギング効果があり、走行中にモーターシャフトを振動させる可能性があります。
3.VSIに関してはマルチモーター操作には適していません。
PWMタイプのVFD
これは、VSIタイプVFDの改良および変更されたバージョンです。PWMはパルス幅変調の略です。PWM技術を使用すると、VFDは周波数比で維持された安定した電圧出力を提供することができます。この構造では、ダイオードブリッジを使用してAC信号をDC信号に整流します。スイッチング回路は、可変周波数範囲でデューティサイクルを制御します。追加のレギュレータを使用してPWM出力を調整し、安定した適切な電圧と電流を負荷に供給します。
利点
1.目詰まりやけいれんの影響はありません。
2.広い速度と制御範囲。
3.異なるタイプの保護回路で構成されます。
4.一定の力率。
5.非常に高い効率を誘導します。
6.エネルギー効率が良い。
短所
1.複雑な設計。
2.実装に関する複雑さ。
3.追加のハードウェアが必要です。
4.ドライバ回路での可聴ノイズの発生。
5.コストのかかるソリューション。
アプリケーションにVFDを選択するにはどうすればよいですか？
特定のアプリケーションに適切なVFDを選択するには、負荷を十分に理解する必要があります。さまざまな種類のモーターがさまざまな種類のトルクを生成します。一部のアプリケーションでは一定のトルクが必要ですが、他のアプリケーションではトルクを制御する必要があります。また、モーター全体の負荷は、モーター仕様の決定要因であり、主に電力定格です。
適切なアプリケーションに適切なVFDを選択するには、次のことを評価または検討する必要があります。
1.モーターの馬力
2.費用
3.VFDとモーターの動作環境
4.単相または三相
5.単一モーターを備えた単一VFDまたは複数モーターを備えた単一VFD
6.追加の制御機能の要件
VFDの利点
VFDが他のコントローラーがすぐに利用できる消費者に人気のある選択である理由はたくさんあります。VFDの人気の最も重要な理由は、低エネルギー消費機能と初期セットアップコストです。VFDは、同じセグメント内のコントローラーデバイス以外のエネルギー消費の点で高効率を提供します。このため、より大きな馬力モーターが必要な大規模な工場やプラントの場合、VFDは低消費電力を提供し、エネルギー料金を削減し、コスト削減の機会を提供します。
VFDは、モーターの始動および停止状態での突入電流を制限します。これにより、供給ラインの突入負荷が減少し、高価なモーターに安全マージンが提供されます。
上記の利点以外に、VFDはシステムのメンテナンスコストを下げることができます。追加の費用のかかる電気接続および制御操作は必要ありません。単一のVFDを使用して制御できる複数のモーターを接続するオプションがあり、追加のシステムセットアップコストをさらに削減します。
VFDのデメリット
ただし、上記の利点にもかかわらず、VFDシステムにも関連するいくつかの欠点があります。VFDシステムの主な欠点は、初期設定への投資です。複数の高馬力モーターをVFDを使用して制御する必要がある工場またはプラントの場合、多額の投資が必要です。
また、VFDはモーターの加熱を引き起こし、特別なモーター構造が必要です。構造には特殊なタイプのモーター絶縁が必要であり、モーターはインバーター定格の用途向けに指定する必要があります。
VFDのその他の主な欠点は、主電源ラインが歪み、ラインノッチング高調波によって大きく乱されることです。このため、同じ電力線に接続されている他のデバイスも、動作状態中に妨げられます。
しかし、現代の半導体産業の進歩により、現代のVFDシステムの構築が大幅に改善されました。ソリッドステートデバイスの時代以前は、回転機はVFDの製造に使用される主要なコンポーネントでした。現代のマイクロプロセッサ時代では、VFDは、適切な制御機能を備えた低電圧、過電圧、熱過負荷保護などのあらゆる種類の保護を備えています。業界のモーターアプリケーションは、世界の電気エネルギー消費量の25％を占めており、VFDを使用して効率的に制御できます。