ニュース

May 24, 2023

VFD を過熱から保護する

(Jon LaPorta 提供) メーカーレポート提供 Pfannenberg Inc. 可変周波数ドライブが注目を集めています。 VFD技術の進歩と価格の低下により、市場は急速に成長しています

(ジョン・ラポルタ提供)

メーカーレポート提供：Pfannenberg Inc.

可変周波数ドライブは注目のトピックです。 VFD 技術の進歩と価格の低下により、市場での採用が急速に進んでいます。 大幅なエネルギー節約により、数か月単位で投資回収期間を短縮でき、VFD により、多くの産業プロセス アプリケーションで正確なモーター制御が可能になります。

しかし、VFD は文字通りの意味でも高温になります。高度なエレクトロニクスにより、より多くの半導体コンポーネントがより小さなフォームファクターに詰め込まれ、その結果、より激しい発熱が発生します。 温度が上昇すると、パフォーマンスが低下し、動作の信頼性が損なわれ、耐用年数が短くなります。

ファンや熱交換器によるパッシブ空冷、エアコンや水冷によるアクティブ冷却など、さまざまな冷却方法が効果的であることが証明されています。

残念ながら、冷却負荷の決定は少しわかりにくい場合があります。 測定システムの不一致により、計算は不必要に複雑になります。 — インペリアル単位 (HP、BTU、CFM) とメートル単位 (ワット) が混在し、変換時に変換が失われます。

したがって、Pfannenberg では、VFD 冷却ソリューションの選択とサイジングのための簡単な経験則ガイドを開発しました。

保護筐体が過熱を引き起こす

VFD 冷却の基本的な課題は、通常、VFD を周囲の環境から保護するためにエンクロージャ内に配置する必要があり、逆説的に言えば、これらのエンクロージャが熱を閉じ込めるため、過熱からの保護が必要であるという事実から生じます。

基本的な NEMA 12 タイプのエンクロージャは、多くの場合、沈降する粉塵、水滴、非腐食性液体の結露などの一般的な危険から保護するように指定されています。 光ファイバーなどの新しい VFD の高度なテクノロジーにより、より強化されたレベルの保護を備えたエンクロージャがますます必要になります。

また、VFD テクノロジーが広範囲に採用されているため、多くのアプリケーションでは、耐候性と耐衝撃性の屋外エンクロージャから、ホースダウン洗浄に耐える必要がある食品生産施設用の密閉ステンレス鋼エンクロージャに至るまで、厳しい環境向けに特別に設計されたエンクロージャが必要です。 エンクロージャの密閉性が高まると、受動的放散が減少するため、自然により多くの熱がこもり始め、冷却の大きな課題が生じます。

筐体のサイズも非常に重要です。 一般的なエンクロージャの寸法は、より狭いスペースに適合し、エンクロージャのコストを節約するために、近年大幅に縮小されています。 大きな箱 (部屋と同じ大きさの空間を想像してください) では、床部分と天井部分の温度差により、自然対流と呼ばれるわずかな空気の流れが発生します。 空間が小さくなると、この冷却効果の恩恵を受けることができるオブジェクトが少なくなります。 適切な空気の流れがないと、VFD の表面および内部に「ホット スポット」として知られる現象が発生し、敏感な電子機器に大損害を与える可能性が高くなります。

VFD とそのエンクロージャのフォーム ファクターが小さいことは、別の意味で過熱の原因となります。ボックスが小さいということは、熱を周囲の空気に伝えるために利用できる外側の表面積が小さくなることを意味します。 これらすべての要因により、効果的で信頼性の高い冷却ソリューションが必要になります。

VFDの急速な導入

しかし、まず最初に、枠から離れて全体像を考えてみましょう。 VFD のエネルギー効率は個々の企業にとって良いだけでなく、気候変動に対処するための鍵でもあります。

世界中で、全電気エネルギーの約 4 分の 1 が産業用途のモーターに供給するために使用されています。 米国では、推定 4,000 万個のモーターが全電気エネルギーの 60 ～ 65% を消費します。 これらのモーターの 4 分の 3 は、可変トルクのファン、ポンプ、およびコンプレッサーの負荷であり、VFD によってもたらされるエネルギー効率を活かす用途に適しています。

現在、VFD によって制御されている AC モーターはわずか約 3% ですが、毎年設置される新しいモーターの約 30 ～ 40% には VFD が搭載されています。 Research Dive の 2021 年のレポートによると、世界の可変周波数ドライブ市場は、毎年 5% 近くの割合で成長し、2027 年には 250 億ドルに達すると推定されています。