防爆モーターにおけるインバーターの革新的な応用

モーターの可変速運転を実現するために、防爆モーターではインバータ技術が広く用いられています。インバータは、商用周波数電源（50Hzまたは60Hz）を様々な周波数の交流電源に変換することで、モーターの可変速運転を実現する装置です。この装置は、主回路を制御する制御回路、交流を直流に変換する整流回路、整流回路の出力を平滑化およびフィルタリングする直流中間回路、直流を交流に変換するインバータ回路を備えています。多くの演算処理が必要な周波数変換器では、トルク計算用のCPUと対応する回路も必要となります。可変周波数速度制御は、モーターの固定子巻線の電源周波数を変更することで、速度制御の目的を達成します。

インバータは、さまざまな分類方法によって、電圧型インバータと電流型インバータ、PAM制御インバータ、PWM制御インバータ、高周波PWM制御インバータ、V/f制御インバータ、スリップ周波数制御インバータ、ベクトル制御インバータ、汎用インバータ、高性能特殊インバータ、高周波インバータ、単相インバータ、三相インバータなどに分類できます。

周波数変換器において、VVVFは電圧と周波数を変化させることを指し、CVCFは定電圧と定周波数を指します。世界中の家庭や工場で使用されている交流電源では、電圧と周波数は通常400V/50Hzまたは200V/60Hz(50Hz)です。このような電源を電圧または周波数が変化する交流電源に変換する装置を「周波数変換器」と呼びます。可変電圧と周波数を生成するために、この装置はまず交流を直流(DC)に変換する必要があります。

周波数変換器はモータを制御するために使用され、電圧と周波数の両方を変更できます。交流モータの速度式によれば、速度nは周波数fに比例するため、周波数fを変更すればモータの速度を調整できます。したがって、周波数変換器はモータ電源の周波数を変更することで速度制御を実現し、高効率かつ高性能な速度制御手段となります。

周波数変換器の開発においては、以下のような様々な制御方法が開発されてきた。

正弦波パルス幅変調（SPWM）制御モード、ここで1U/f=C。

電圧空間ベクトル（SVPWM）制御モード。

ベクトル制御（VC）モード

ダイレクトトルク制御（DTC）モード

マトリックス交差 - 交差制御モードなど

上記では、防爆モーターにおけるインバーターの革新的な応用について説明した。インバーター技術を用いることで、モーターの速度を柔軟に調整することが可能となり、産業分野に高効率かつ高性能な電力ソリューションをもたらす。