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8.モーター特性について

商用電源運転とインバータ運転の特性について

モータを商用電源とインバータを通じて運転した際、始動トルクと始動電流、そしてトルクにはっきりとした差が出ます。
まず、商用電源運転の場合ですが、始動トルクが大きくなるのが特徴的です。ただし、その分だけ始動電流も大きくなります。具体的な数値を挙げると、定格トルクの200〜300%程度のトルクが期待できる一方で、始動電流は定格電流を100%とすると、600〜800%程度が必要となるのです。回転速度は電源の周波数である50Hz、あるいは60Hzで固定されてしまいます。
そして、インバータ運転の場合はゼロから始動し、定格トルクの100〜200%程度に始動電流を抑えて始動します。そのため、商用電源と比較すると始動トルクも定格トルクの100〜200%程度と押さえられているのが特徴的です。回転速度は電源周波数の50Hz、あるいは60Hzに設定することもできますが、任意設定が可能なので、さまざまな回転速度の設定ができます。また、電流の最大値が小さくなることから、設置しているブレーカーの容量を下げることも可能です。
インバータ運転をすることにより、商用電源運転よりも省エネに優れているということが分かります。

インバータ運転時のモータ電流との特異点について

インバータの出力電圧波形は、正弦波ではなく歪み波形である事や、高い周波数成分を含んでいるために、定格トルク時のモータ電流は、商用電源時(名板値)を使用した時に比べ、10%程度大きくなります。

電流の増加は、モータ温度の上昇をきたし、モータ電流が最も大きい50Hzの場合には、連続運転するとモータの許容温度をオーバーしてしまいます。そのため、負荷トルクを50Hz定格トルクよりも85%以下に下げて使用する事が重要です。
また、60Hz定格トルクで連続運転する時は、100%の定格トルクで運転する事ができます。インバータ運転は商用電源運転時と異なり、始動電流を抑えるため低周波数領域より始動する事が可能です。さらに、回転速度は電源周波数にかかわらず任意に設定できます。

そして、インバータ駆動時はインバータの過負荷電流定格による制約があり、商用電源駆動時の始動特性と異なります。インバータ駆動時の始動トルクは商用電源駆動時より小さな値となりますが、電圧/周波数(V/f)パターンのトルクブースト量の調整で始動トルクを改善することができます。(モータ特性で変わりますが、最大150%程度)さらに大きな始動トルクを必要とする場合は、インバータ容量をアップするとともにモータ容量もアップしなければなりません。

短時間最大トルクと連続運転トルクについて

インバータ駆動時のモータ特性には、「短時間最大トルク」と「連続運転トルク」の2種類があります。「短時間最大トルク」とは、1分以内の短時間に耐えうるモータが発生する最大トルクの大きさを表します。一方、「連続運転トルク」とは、連続で運転する際、モータの許容温度内で使用可能なトルクの大きさのことです。この2つのトルク特性は、インバータの制御方式(V/f制御方式か、磁束ベクトル制御方式)によってその大きさが異なりますが、V/f制御方式に比べて、磁束ベクトル制御方式はトルク特性が優れます。

短時間最大トルクの例として、磁束ベクトル制御方式において50Hzトルク基準の場合、出力トルクは200パーセント、短時間最大トルクは0.4〜3.7Kとなります。60Hzを超えると徐々に出力トルクは低下していき、120Hz時には、出力トルクは63〜70パーセント(220V〜200V)にまで下がります。また、50Hzトルク基準の場合、出力トルクは170パーセント、120Hz時には、出力トルクは53パーセントまで下がるのです。
連続運転トルク例として、60Hzトルク基準の場合、60Hz時の出力トルクは100パーセント、120Hz時には、50〜45パーセント(220V〜200V)まで下がります。また、50Hzトルク基準の場合、50Hz時の出力トルクは85パーセント、120Hz時には、38パーセントまで下がるのです。上記の例からは、各トルク基準周波数を境に約半分にまでトルクが低下する事が分かります。

インバータ選びのポイント20

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