380V VFD を使用している場合は、おそらく一度は自問したことがあるでしょう。「制動抵抗器は必要ですか? 必要な場合、正しいものを選択するにはどうすればよいですか?」ここで専門用語を省いてみましょう。これは教科書的な詳細な説明ではなく、顧客が過電圧障害についてパニックになって電話をかけてきたときに、現場で実際に話している内容です。 VFD サプライヤーとして、私たちはこの間違いを常に目にしています。人々は棚から古い抵抗器を手に取り、高負荷サイクルの 10 分でドライブがトリップするのはなぜかと疑問に思っています。
まず、基本を整理しましょう。そもそも、なぜ 380V VFD には制動抵抗器が必要なのでしょうか? VFD がモーター、特にコンベア、リフト、フルスピードから回転を下げるファンなど慣性の大きいものを減速させると、モーターは発電機のように機能します。その余分なエネルギーが VFD の DC バスに戻されます。そのエネルギーがどこにも行き場を失うと、DC バス電圧がスパイクします。 380V システムの場合、公称 DC バス電圧は約 540V です (380V x √2 は約 537V であるため、540 に四捨五入します)。ほとんどの VFD は 380V モデルの場合約 680V でトリップし、そのスパイクがまさに障害を引き起こす原因となります。制動抵抗器は安全弁です。過剰なエネルギーを熱として放散し、DC バスを安全な範囲に保ちます。
さて、計算に入る前に、よくある誤解を解いておきましょう。すべての VFD に制動抵抗器は必要ありません。負荷が軽い場合、または非常に緩やかに減速している場合 (例: 30 秒かけて減速するファン)、VFD 自体の内部ブレーキ ユニットが処理する可能性があります。しかし、高速減速を行ったり、重い荷物を持ち上げたりする場合 (重力によってモーターが引っ張られるため、モーターは常に電力を生成している)、または高慣性負荷を持ち上げる場合、抵抗器は交渉の余地がありません。当社の 3 相可変周波数ドライブでは、これが常に見られます。このドライブは、梱包ラインからマテリアル ハンドリングまであらゆるものに使用されています。顧客は抵抗器を省略し、回避できたはずのダウンタイムが発生することがよくあります。
さて、抵抗が必要であることがわかりました。さて、正しいものをどのように選択すればよいでしょうか?これを段階的に見ていきましょう。複雑な公式を覚える必要はありません。
最初のステップ: VFD の定格電力と、それが組み合わされているモーターを調べます。これは交渉の余地がありません。 5 馬力のモーターをお持ちの場合は、おそらく小規模なセットアップには 5 馬力の VFD 単相入力を、より重い 380 V アプリケーションには 7.5 Kw インバーター ドライブを検討していることでしょう。待ってください。電力は電圧を越えて伝達されるため、馬力だけでなく、VFD の定格電力がモーターに一致していることを確認してください。たとえば、7.5kW のモーターは特定の量の電流を消費し、VFD はそれに対応できるサイズになっています。抵抗器が小さすぎて過熱し、サイクルの途中で焼き切れてしまうのは最も避けたいことです。
次に、放散する必要がある最大制動エネルギーを計算します。 VFD と同じ電力の抵抗器を接続するだけなので、ほとんどの人がここで失敗します。間違っている。抵抗器が処理しなければならないエネルギーは、停止する慣性の大きさと停止する速度によって決まります。シンプルにしましょう。これが私たちが顧客に対して使用する大まかな公式です。まず、負荷の慣性 (メートル法での GD²、またはヤード法での WR²、ほとんどのモーター仕様にこれが記載されています) と減速速度を取得します。制動エネルギーはおよそ 0.5 x J x (ω1² – ω2²) です。ここで、J は慣性、ω は角速度です。ただし、計算をしたくない場合は、当店で使用する経験則を使用します。高速減速 (重負荷で 10 秒未満) の場合は、VFD の出力電力の少なくとも 50% の定格の抵抗を使用します。ゆっくりとした減速 (10 ～ 30 秒) の場合は 25% で十分です。また、惰性で停止する場合 (意図的な減速がない場合)、大きな減速は必要ないかもしれません。
待ってください。例を使ってテストしてみましょう。 100 馬力の VFD ドライブが重さ 5000 ポンドのコンベアを稼働させており、5 秒以内にコンベアを 60Hz から 0Hz に減速する必要があるとします。これは高慣性、高速減速であるため、100 馬力の最大 50%、つまり 50 馬力の定格の抵抗器が必要です。必要に応じてこれをキロワットに変換してください。50hp は約 37kW なので、制動抵抗器は 37kW になります。ここで 10 馬力の抵抗器を使用した場合、冗談ではなく 2 分でオーバーヒートします。まさにその問題を抱えて当社に来た顧客がいます。抵抗器を安く購入したため、回線が 1 日停止してしまいました。
2 番目のキーパラメータ: 抵抗値。これは力と同じくらい重要です。抵抗が低すぎると、抵抗器が DC バスから過剰な電流を引き込み、VFD の内部ブレーキ トランジスタ (抵抗器のオンとオフを切り替える部品) が損傷する可能性があります。高すぎると、十分なエネルギーが消費されず、依然として過電圧障害が発生します。では、適切な抵抗をどのように見つければよいのでしょうか?繰り返しになりますが、私たちはあなたにおかしな計算をさせるつもりはありません。式は次のとおりです: R = (Vdc_max – Vdc_nominal) x 1.4 / Ib_max。待ってください、それを翻訳しましょう: Vdc_max は VFD のトリップ電圧 (380V ドライブの場合は 680V)、Vdc_nominal は通常の DC バス電圧 (~540V)、Ib_max は VFD の制動ユニットが処理できる最大制動電流です。ほとんどの VFD 仕様では、この Ib_max がマニュアルに記載されています。たとえば、当社の 7.5Kw インバーター ドライブの最大制動電流は 15A です。これを代入してみましょう: R = (680 – 540) x 1.4 /15 = (140) x1.4 /15 = ~13 オーム。それが目標の抵抗です。正確な 13 オームの抵抗が見つからない場合は、できるだけ近い値を選択します。12 オームまたは 15 オームであれば問題ありませんが、極端に低くなったり高くなったりしないでください。
3 番目に確認すること: デューティ サイクル。デューティ サイクルは、制動抵抗器が実際に動作する頻度です。 1 時間に 1 回しか減速しない場合は、デューティ サイクルが低いため、より安価なアルミニウム抵抗器を入手できます。しかし、1 時間に 10 回昇降するリフトや、絶えず停止と起動を繰り返す包装機など、プロセスが毎分循環する場合は、高デューティ サイクル向けに定格された抵抗器 (通常は水冷またはファン冷却ユニット) が必要です。抵抗器が過熱して温度ヒューズが切れるまで数サイクルしか機能しないことは、最も望ましくないことです。
ちょっと待って、これを実際の製品に結び付けてみましょう。定格 380V の 3 相可変周波数ドライブを使用している場合は、通常、負荷に応じて抵抗器の定格電力を VFD 電力の 40 ～ 60% に一致させることをお勧めします。たとえば、7.5kW の VFD は 3.7kW の制動抵抗器と組み合わせることができます。ただし、負荷が超高慣性の場合は、それを 5kW まで上げます。当社の 100 馬力 VFD ドライブの場合、それは大きなモーターであるため、高速減速にはほぼ常に 50kW の制動抵抗器をお勧めします。低電圧セットアップ用の VFD 220v 3 フェーズも販売していますが、抵抗の計算は同様です。DC バス電圧を 220V (公称 ~310V) に調整するだけで、~400V でトリップします。
私たちが常に目にするよくある間違い: まず、単相抵抗と三相抵抗を混同することがあります。三相 VFD を使用している場合は、三相制動抵抗器 (または並列に配線された 3 つの単相抵抗器) が必要です。三相バスに単相抵抗を使用すると、エネルギーが均一に分散されず、過熱が発生します。第二に、周囲温度を無視します。パネルが高温環境 (パン屋や AC のない工場など) にある場合は、抵抗器の電力を 10 ～ 20% 下げる必要があります。熱により抵抗器の効率が低下するため、100°F パネル内の 5kW の抵抗器は効果が 4kW しかない可能性があります。第三に、抵抗器の取り付けを忘れてしまいます。制動抵抗器は場合によっては 300°C まで高温になります。プラスチック部品やその他の電子機器の近くに取り付けると、火災の危険があります。通気性の良い金属パネル、または専用のエンクロージャに取り付けられていることを確認してください。
これを具体的にするために、簡単な例を見てみましょう。小型コンベアに電力を供給する 380V 5hp モーターを実行し、それを 8 秒以内に減速する必要があるとします (超高速ではなく中程度の減速)。 5 馬力 VFD 単相入力をお持ちですか?待って、いや、待って、380V の 5 馬力の単相入力ですか?ちょっと待って、いいえ、訂正しましょう。5 馬力 VFD 単相入力は、220V 単相入力から 220V 三相出力用です。 380V の場合は、380V 三相入力である 3 相可変周波数ドライブを使用します。それが3.7kWのVFD（約5馬力）だとしましょう。中程度の減速であるため、デューティ サイクルは低く、5 分に 1 回減速します。必要な制動エネルギーは VFD 電力の約 25%、つまり約 0.9kW です。この VFD の最大制動電流は 10A です。抵抗の計算: R = (680 – 540) x1.4 /10 = ~19.6 オーム。したがって、低デューティサイクル向けに定格され、良好なエアフローが取り付けられた 1kW、20 オームの制動抵抗器を選択することになります。それだけです。過電圧障害もダウンタイムもありません。
では、まだ確信が持てない場合はどうすればよいでしょうか?だからこそ私たちはここにいるのです。多くのお客様はこれを自分で計算しようとして推測してしまい、問題が発生します。当社は長年にわたり VFD と整合抵抗器を販売してきましたので、推測に頼らないお手伝いをいたします。計算を間違えたり、間違った部品を購入したりする必要はありません。当社の 7.5 Kw インバーター ドライブ、小型の 5 馬力ユニット、または大型の 100 馬力 VFD ドライブを使用している場合でも、制動抵抗器に必要な正確な仕様を説明します。
ちょっと待って、最後のヒント: 抵抗器の定格電圧を常に確認してください。 380V システムの場合、制動抵抗器は DC バス端子で最大 680V に対応する必要があります。定格が 500V しかない抵抗器を使用すると、初めて電圧スパイクが発生したときに故障します。これもよくある間違いです。人々は公称 380V を見て、ピーク DC 電圧ではなく 380V の定格の抵抗器を手に入れることになります。安全のために、少なくとも 700V DC の定格であることを確認してください。
これで終わりにしましょう。 380V VFD 用の制動抵抗器の選択は、複雑である必要はありません。まず、必要であることを確認し (高速減速、高慣性、重負荷 = はい)、出力定格を減速速度と慣性に一致させ、VFD の仕様シートから適切な抵抗値を取得し、デューティ サイクルと周囲温度を確認し、電圧定格を決してスキップしないでください。当社の 3 相可変周波数ドライブ、5 馬力 VFD 単相入力、またはその他のモデルに合わせてサイジングするかどうかにかかわらず、この点についてまだ不明点がある場合は、お気軽にお問い合わせください。 VFD がスムーズに動作し、障害やダウンタイムが発生しないように、完璧な抵抗器の選択をお手伝いします。間違った抵抗器を使用して動作をシャットダウンする危険を冒さないでください。推測を排除しましょう。
参考文献
- シーメンス工業、「可変周波数ドライブ用の制動抵抗器の選択」、オートメーション ライブラリ、2022 年。
- Allen-Bradley、『380V VFD アプリケーション ガイド』、ロックウェル オートメーションの技術文書、2021 年。
- Electrical Construction Maintenance、「Avoid Common Braking Resistor Mistakes」、ECM マガジン、2023 年 6 月。
- Baldor Electric Company、「VFD の慣性と制動エネルギーの計算」、モーターおよびドライブ技術報、2020 年。