可変周波数ドライブ（VFD）は、モーターの入力周波数を変化させて制御することにより、ACモーターの速度とトルクを制御する電気機械式ドライブシステム用のモータードライバーです。 対応する電圧または電流は、トポロジーに応じて変化します。これは、可変周波数速度調整、省エネおよび保護機能において重要な役割を果たします。 ただし、適切なVFDをどのように選択する必要がありますか？ この記事は、VFDを選択する方法に関する基本的なガイドです。

一般に、制御対象の種類、速度調整範囲、静的速度精度、始動トルクの要件などに応じて、VFDの選択を検討することをお勧めします。 プロセスと生産の要件を満たしながら、便利で経済的であるようにします。

アプリケーションに必要なVFDについてよく知っているほど、適切なVFDを簡単に選択できます。

VFDの選択に取り掛かる前に、次のように適切なVFDを選択するのに役立つ基本的なモーター銘板情報を収集することをお勧めします。

  • 馬力
  • フルロードアンプ（FLA）
  • 電圧
  • RPM
  • サービスファクター
  • インバーターデューティー定格（銘板には記載されていません）

追加情報は、システムとアプリケーションの要件に基づいて決定されます。

  • 負荷タイプ（定トルクまたは可変トルク）
  • 速度範囲と制御方法（PLC通信プロトコルが必要、4〜20mA信号など）
  • 特別なエンクロージャのニーズ（VFDが取り付けられる場所、屋内/屋外など）

モーターの銘板とVFDの設置および制御方法に関する情報を入手したら、 自分に最適なものを決定するのに役立つ、各VFDのいくつかの重要な仕様を知るときが来ました。

ドライブの仕様

フルロードアンペア（FLA）

全負荷アンペアは、インバーターのサイズを決定するために使用されます。モーターのFLAは、検討しているVFDの現在の定格と一致する必要があります。 さらに、安全上の考慮事項として、モーターが必要とする電流定格よりも高い定格電流のVFDを購入できます。 これは、アプリケーションに少しクッションを提供します。これは、慣性負荷が高い場合、または負荷を開始するのが難しい場合に特に重要です。 VFDの定格電流が大きすぎると、長期的にはより優れた動作と信頼性が得られます。 VFDの最大容量で実行していないため。

馬力（HP）

負荷またはモーターの馬力を知ることは、アプリケーションに合わせて選択肢を絞り込むための良い方法です。 ただし、VFDを決定するための直接の参照として使用しないでください。負荷要件の変動により、 RPM（900RPMモーターのアンペア数要件は3600RPMモーターとは大きく異なります）など。 HPのみに基づいてVFDのサイズを設定すると、問題が発生する可能性があります。

電圧と位相

三相入力の場合、VFDとモーターの電圧を現場で利用可能な電圧に一致させることが重要です。これは通常、米国の低電圧アプリケーションでは208、230、または460VACです。 単相入力の場合、考慮すべきことがいくつかあります。三相モーターを使用しているが、単相電力のみの場合、 VFDは位相変換器として機能できます。負荷が3HP（FLAが13.3アンペア未満の約230VACモーター）以下の場合、 考慮すべきいくつかの単相入力ドライブがあります。モーターが3hpを超える場合は、3相入力用に作成されたドライブを使用できます。 適切にディレーティングされている限り。原則として、モーターのFLAに2を掛けてから、モーターのFLAの2倍の定格のVFDを選択する必要があります。 たとえば、FLAが28アンペアの10 HPモーターを使用している場合、約20HPで56アンペアを超える定格のVFDが必要になります。

ドライブに単相入力電力を適用する場合は、ラインリアクトルを使用することも有益です。これは、VFDが電力を汚染する可能性があるためです。 位相変換器として使用すると、電力品質をさらに汚染します。

負荷タイプ（定トルクまたは可変トルク）

用途に応じて、可変トルクまたは定トルクドライブを選択する必要があります。 駆動される装置がファンやポンプなどの単純な遠心装置である場合は、可変トルク駆動がより適しています。 遠心力アプリケーションが定格電流を超えることはめったにないため、可変トルクドライブは1分間の過負荷電流能力の120％しか必要としません。 さらに、可変トルクドライブは最大のエネルギー節約を提供できます。たとえば、ファンを全速力よりも50％回転させるのに必要なトルクは少なくて済みます。 可変トルク動作により、モーターは必要なトルクのみを適用できるため、エネルギー消費が削減されます。これは、VFDの多くの利点の1つです。

すべての速度で一定のトルクを必要とするより重いアプリケーションでは、コンベヤー、排気量ポンプ、パンチプレス、押出機などの一定トルクのVFDが必要です。 たとえば、コンベヤーは常に稼働していますが、ベルトに重量が加わると、より多くの電力が必要になるため、ドライブはこの違いに対処できる必要があります。 そのため、定トルクVFDは、負荷スパイクを防ぐために1分間の過負荷電流容量の150％以上を必要とします。

速度範囲

VFDを使用すると、モーターを低速および高速で動作させることができます。一般に、モーターは指定された最大許容速度の20％未満で運転しないでください。 モーターを保護するための予防措置を講じずにこの速度未満でモーターを運転すると、モーターが過熱します。 モーターを低速で運転する場合は、別の補助冷却ファンを使用するなど、モーターを保護するための適切な予防措置を講じる必要があります。

VFDは、モーターを銘板の速度値よりも速く動作させることもできます。原則として、モーターは定格速度の20％を超えて運転しないでください。設計速度を超えると、トルクが失われることに注意してください。 さらに、モーターがFLA定格を超えて一貫して動作しないようにする必要があります。

制御メソッド

VFDを購入するときは、制御方法を明確にする必要があります。 多くのユーザーは、ドライブからPLCや生産自動化システムに適切な情報を取得するためにイーサネット通信を必要としています。 より多くの操作がこれらの高度な通信システムに向けられていますが、一部の安価なドライブにはこれらのオプションが含まれていません。

以下は、いくつかの制御方法に関する情報です。

  • 2線式制御または3線式制御（2線式制御は通常、オフ位置でドライブを停止し、オン位置でドライブを開始するホールドスイッチです。 3線式制御により、開始ボタンと停止ボタンを使用できます。）
  • 速度ポテンショメータ–オペレータがポテンショメータでモーター速度を設定できるようにします。
  • デジタルプログラミング/ディスプレイユニット–オペレーターは、LEDまたはLCDディスプレイユニットを介してキーパッドから値を入力することにより、ドライブのプログラミングとトラブルシューティングを行うことができます。 ディスプレイユニットを使用して、ドライブの動作を監視することもできます。
  • アナログ信号フォロワ–4-20mAまたは0-10VDC; VFDには絶縁入力を提供する必要があります。 ツイスト/シールドペアを使用し、ワイヤを3相AC、特にPWMから遠ざける必要があります。
  • セレクタースイッチの速度選択–オペレーターがいくつかのプリセット速度から選択できるようにします。 PLCで速度を設定し、アナログ出力がない場合も使用できます。
  • シリアル通信–可変周波数ドライブがMODBUSRTUなどのネットワーク上で通信できるようにします。 ドライブの動作をPCから調整および監視できるようにします。
  • イーサネット通信–可変周波数ドライブがMODBUS TCP/IPなどのネットワーク上で通信できるようにします。 RTMoE（Real Time Motion over Ethernet）、Ethernet/IPなど
  • システム統合モジュールスロットは、追加のフィールドバス、イーサネット、位置フィードバック、マシン制御、および拡張I/Oオプションをインストールするために使用できます。

カスタムVFD製品

他のデバイスと同様に、次のような十分な数のVFDドライブアクセサリを利用できます。

  • 切断または回路ブレーカー
  • HOA（ハンド/オフ/自動スイッチ）
  • パイロットライト
  • バイパス
  • ラインリアクター
  • 高調波の緩和
  • TVSS
  • dV/dtフィルター

ドライブとアクセサリの完璧な組み合わせを判断するのは難しい場合があります。これは、環境に大きく依存するためです。 アプリケーションと規制に関する考慮事項。

最終的な推奨事項

このガイドは、一般的なアプリケーションのサイズ設定を目的としており、包括的なガイドを目的としたものではありません。 一部のアプリケーションと負荷では、特別なサイズ設定と考慮事項が必要になる場合があります。アプリケーションのVFDのサイズを設定または指定するときは、控えめにして、FLAおよび過負荷定格のバッファリングを考慮に入れる必要があります。 これは、起動が困難な負荷がある場合、または操作中に大きな負荷がかかる場合に特に当てはまります。 VFDの選択について質問がある場合、またはカスタム要件がある場合は、 購入する前に、STEPPERONLINEテクニカルサポートに連絡してください。