VFDコントロールパネル

適用される標準

UL 508A

IEC61000-4《改正1電磁互換性（EMC）》

特徴

• 優れたパフォーマンス
• 省エネ
• 高効率
  
  
  

製品のパフォーマンス基準

GB/T 12668.3-2012：可変速度電気ドライブ - パート3：電磁互換要件と特定のテスト方法

IEC 61800-2：2021：調整可能な速度電力駆動システム - パート2：一般的な要件 - 調整可能な速度AC電源ドライブシステムの評価仕様

IEC 60204-1：2021：機械の安全 - 機械の電気機器 - パート1：一般的な要件

IEC 61000-6-2：2016：電磁互換性（EMC） - パート6-2：ジェネリック標準 - 産業環境の免疫基準

応用

VFDコントロールパネルは、生産ライン、ポンプ、ファン、エアコン、エレベーター、物流倉庫、冶金、その他のさまざまな産業シナリオで広く使用されています。

VFDテクノロジーの重要性

可変周波数駆動（VFD）テクノロジーは、現代の産業自動化の基礎として存在し、効率、制御、および機器の寿命の重要な進歩を提供します。電気モーターの速度とトルクを正確に管理することにより、VFDは従来の固定速度モーターシステムよりも大きな利点を提供します。

VFDテクノロジーの主な利点は次のとおりです。

• 省エネ： 最も説得力のある利点の1つは、エネルギー消費の大幅な削減です。ポンプやファンなどのアプリケーションでは、モーターの消費電力はその速度のキューブに直接関係しています。速度がわずかに減少しても、大幅なエネルギー節約につながる可能性があり、多くの場合、エネルギーの使用を50％近く削減し、速度が20％だけ減少します。この機能により、機械はエネルギーの使用を実際の負荷需要と一致させ、廃棄物を最小限に抑え、運用コストを下げることができます。
• 強化されたプロセス制御： VFDは、モーターの速度、加速、およびトルクを正確かつ調整可能な制御を可能にします。これにより、モーター速度を徐々に上昇させるソフトスタートなど、より滑らかな動作が発生し、ベルト、ギア、カップリングの機械的ストレスが軽減されます。このレベルの制御は、製造コンベアシステムからHVACアプリケーションまで、高精度を必要とするアプリケーションでは非常に重要であり、製品の品質と一貫したパフォーマンスを向上させます。
• 拡張機器寿命： 起動と操作中に機械的ストレスを減らすことにより、VFDはモーターと接続された機器の摩耗と裂傷を最小限に抑えます。このより滑らかな操作により、機械的成分の寿命が長くなり、メンテナンスとダウンタイムの頻度が減少します。さらに、VFDは、熱の過負荷、過電圧、低電圧などの問題に対するモーターの改善された保護を提供します。

VFDパネルのコアコンポーネント

可変周波数駆動（VFD）コントロールパネルは、モーターを安全に制御するために連携するさまざまなコンポーネントのアセンブリです。 VFD自体は中央コンポーネントですが、パネルは他の重要なデバイスを統合して、保護、運用の安定性、およびユーザー制御を確保します。

可変周波数駆動（VFD）

パネルの中心には、ACドライブまたはインバーターとも呼ばれるVFDがあります。この洗練された電子デバイスは、着信電源からの固定周波数と電圧を可変周波数と電圧出力に変換する責任があります。このプロセスにより、モーターの速度とトルクを正確に制御できます。 VFDは、整流器、DCリンク、およびインバーターの3つの主要なセクションで構成されています。

重要な電気部品

VFDをサポートし、システム全体を保護するために、コントロールパネルにはいくつかの主要な電気部品が含まれています。

• サーキットブレーカーとヒューズ： これらは、入力電源にある必須の保護デバイスです。短絡または過負荷が発生した場合に回路を中断することにより、VFDおよびその他のコンポーネントを損傷から保護します。また、メンテナンスのために安全に電力を切断する手段としても機能します。
• ライン反応器と高調波フィルター： ラインリアクターは、VFDの前にインストールされたインダクタであり、電力線からの高調波と電圧スパイクを緩和し、電力品質を向上させ、ドライブを保護します。同じ電力グリッド上の他の機器に悪影響を与える可能性のある高調波歪みをより効果的に減らすために、高調波フィルターを使用できます。
• コンタクタとバイパスデバイス： コンタクターを使用して、モーターからVFDを関与または解除できます。バイパスコンタクタにより、VFDをバイパスして、モーターを主電源から直接実行できます。これは、VFDが故障しているか、メンテナンスが必要であっても、システムが引き続き動作しなければならない重要なアプリケーションにとって重要な機能です。
• 冷却システム： VFDは、動作中にかなりの量の熱を生成します。過熱を防ぎ、信頼性を確保するために、コントロールパネルには冷却システムが装備されています。これには、特に高温の環境では、冷却ファンやエアコンユニットを含むことができます。

制御およびインターフェイスユニット

パネルのこの部分は、システムの人間の相互作用と監視を可能にします。

• オペレーターインターフェイス（HMI）： パネルの前面には、通常、キーパッド、タッチスクリーン、またはボタンやインジケーターライトなどのオペレーターインターフェイスがあります。これにより、オペレーターはモーターを起動して停止し、その速度を調整し、運用ステータス（速度、電流など）を監視し、障害やアラームを表示できます。これらのインターフェイスは、シンプルなプッシュボタンから、より大きな制御システムと統合される高度なタッチスクリーンまであります。

VFDコントロールパネルの仕組み

VFDキャビネットは、3段階のプロセスを通じて電力を操作して、モーターの速度を正確に制御します。このプロセスは、パネルによって収容され保護されている中心コンポーネントである可変周波数駆動自体内で発生します。

ACからDCへの変換（修正）

このプロセスは、ユーティリティラインからの標準固定周波数AC電力がVFDに入るときに始まります。ドライブ内の最初の段階は、通常、一連のダイオードで構成されるコンバーター、または整流器です。このセクションの唯一の機能は、着信AC電圧をDC電圧に変換することです。この段階の出力は、脈動するDC電圧です。

DCバスとフィルタリング

整流器からの脈動DC電圧は、DCリンクとも呼ばれるDCバスに送信されます。この中間段階は、脈動をろ過して滑らかにする大きなコンデンサで構成され、清潔で安定したDC電圧を作成します。コンデンサは貯水池として機能し、最終段階で使用される電気エネルギーを保存します。

DCからAC変換（反転）

これは、コントロールが発生する重要な段階です。 VFDの最後のセクションはインバーターです。 DCバスからの滑らかなDC電圧を使用し、高速トランジスタ（絶縁ゲート双極トランジスタやIGBTなど）を使用して、合成的に新しいAC電圧出力を作成します。これらのトランジスタを非常に高いレートでオンとオフに切り替えることにより、パルス幅変調（PWM）として知られる手法を使用して、シミュレートされたAC正弦波を構築します。重要なことに、この新しいAC出力の電圧と周波数の両方が完全に調整可能です。

正確なモーター制御を実現します

ACモーターの回転速度は、供給される電力の周波数に直接比例します。インバーターからの合成されたAC出力の周波数を正確に制御することにより、VFDはモーターが回転する正確な速度を決定できます。たとえば、60 Hzモーターを半速で実行するために、VFDは30 Hz周波数を出力します。また、VFDは、必要なトルクを提供し、モーターが過度の電流と過熱を引き起こすのを防ぐために、周波数に比例して出力電圧を調整し（ハーツあたり一定のボルトまたはV/Hz比を維持します）。このプロセス全体を使用すると、モーターの速度をゼロから完全な定格速度まで、さらには滑らかで段階的な制御を可能にします。

VFDパネルの一般的なアプリケーション

VFDドライブパネルは汎用性が高く、多数の業界で広く使用されており、モーター制御を強化し、エネルギー効率を向上させ、プロセスを最適化しています。モータースピードを正確に管理する能力により、建物のサービスから重い産業事業まで、さまざまなアプリケーションで非常に貴重になります。

HVACシステム

暖房、換気、エアコン（HVAC）システムでは、VFDはファン、ポンプ、コンプレッサーを制御するために重要です。建物のリアルタイム加熱または冷却需要に合わせてモーター速度を調整することにより、VFDはエネルギー消費を大幅に削減できます。たとえば、ファンモーターを20％減速させると、エネルギー節約が50％近くになります。この正確な制御は、より安定した温度と圧力レベルにもつながり、居住者の快適性を改善し、突然の開始と停止から機械的ストレスを減らすことにより、機器の寿命を延ばします。

井戸ポンプと水処理

VFDパネルは、水および廃水管理で頻繁に使用されます。ポンプ用途では、VFDは、ポンプの速度を調整することで需要が変動しているにもかかわらず、一定の水圧を維持できます。これにより、ポンプモーターの頻繁なオン/オフサイクリングがなくなり、エネルギーを節約し、モーターの寿命を延ばします。水処理プラントでは、VFDはポンプとブロワーを制御するために使用され、流量と曝気プロセスの正確な調節を可能にします。これは、効果的な治療に不可欠です。また、ポンプのソフトスタートと停止を提供することにより、ウォーターハンマーなどの問題を軽減するのにも役立ちます。

産業および製造

産業部門では、VFDパネルはさまざまな機械に不可欠です。アプリケーションは次のとおりです。

• コンベアシステム： VFDにより、生産ニーズに基づいてコンベアの速度を調整し、スムーズな動作と他のプロセスとの同期を確保できます。
• ポンプ、コンプレッサー、ファン： HVACシステムと同様に、VFDは、産業用ポンプ、コンプレッサー、ファンを制御するために使用され、出力とプロセス需要を一致させ、エネルギーを節約します。
• 工作機械： ミキサー、グラインダー、旋盤などの機器では、VFDは製品の品​​質と一貫性に必要な正確な速度とトルク制御を提供します。