インバータモーターの周波数？？

質問

インバータモーターの周波数？？

某施設で設備管理をしています。疑問があるので詳しい方お教え下さい。
冷房用冷水の搬送用に三相モーターが５台あり、そのうち１台がインバータ制御されています。
周波数が関係していることを知りその変化を観察してみると、約２０秒間に４６Hz～５６Hzの範囲で変化を繰り返しています。
また、電流値は５０A～６５Aの範囲で周波数の大きさに比例するように変化していました。因みにインバーター制御されていないモーターを使用してみると電流は１１５Aくらいでしたので約半分の値です。
また、バルブ制御は還り管のヘッダーで半分とじています。

そこで今回私が感じた疑問なのですが、
１．２０秒間で周波数が増えたり減ったりを繰り返していますが、正常なのでしょうか？なぜ一定値にならないのでしょう。
２．周波数減少割合の３乗に比例し軸動力が減少し、かなり省エネになるようなのですが、電流値が半分くらいなので省エネ率は約５０％くらいと考えました。本などにはもっと減るように書いてあったのですが？インバーターの省エネってこんなもんですか？

以上、よろしくお願いいたします。

回答No.5

foobar

＃１です。
多分、＃３さん回答にあるように、水槽の水位などを検出して、これが設定値と一致するように制御器（コントローラ）を経由して、インバータの周波数を変える動作をしているかと思います。この制御器の感度（と呼んでいいのかな）が高すぎたりすると、制御がふらついたりします。（他に、流量でバルブを自動調節するようなものがあると、その自動調節と干渉してふらついたりすることもありますが、今回はそのようなものがなさそうなので、これは考えなくて良いかと思います。）
回転数のふらつきが問題になるようなら、制御器の設定を変える（感度を下げたり、応答を遅くしたり）ことを考える必要がありそうに思います。

回答No.4

mienaikuuki

モータを制御するインバータは回転数を制御するためのものです。
交流の誘導電動機は極数と周波数によって回転数が決まってしまいます。
この計算式は簡単に検索できると思います。
同じトルクを得ながら回転数が落とせればその分必要なエネルギーが減らせるので
省エネになるということです。
ただしインバータ回路自身も消費電力があるのでむやみに使うのは間違えです。
たとえばいつもフル回転させているような装置でインバータを付ければ1割ぐらい
消費電力が上がってしまいます。
だから複数同じポンプなどを並列に使用して流量を制御するには
インバータ式は1つで流量の増減にあわせて制御して最大流量に達した部分は
インバータなしの装置に切り替えて行くことです。

ちなみに通常は減速機を使って速度調整をします。この場合はモータの出力は
変えないので速度が変わっても消費電力を下げることはほとんどできません。

補足

回答いただき有難うございます。

回答いただいたことについては既知であります。
うちの現場も１台のみインバータを導入し、負荷が大きい場合はインバータ無しのモーターを追加運転するようにしております。
うちの現場は負荷が変動するような要因が無い（センサー等全く付いていない）ので一定負荷と考えてよく、なのに周波数が大きく変動するというのが疑問であります。
良い知恵があればお貸しください。

回答No.3

sentakuya

設備系統をあまり理解していないのですが【４６Hz～５６Hz】を行ったり来たりすると言うことはインバータに与えるＭＶ（動作値）変化しています。

このＭＶは恐らくＰＩＤ制御で出力されていると思います。
（Ｐ＝比例動作・Ｉ＝積分動作・Ｄ＝微分動作）
この積分動作のパラメータが小さいと行ったり来たりの【ハンチング動作】をします。

このＰＩＤのパラメータに着目されたらどうでしょうか？

なお「ＰＩＤ制御」「ハンチング」をキーワードに掘り下げてください。

補足

回答ありがとうございます。

ハンチング動作について調べてみます。
また、ＰＩＤのパラメータに着目というヒントを与えて頂き有難うございます。

回答No.2

fujiyama32

1)インバータの周波数が変動している理由について
インバータは外部から信号(DC 0～10V またはDC 4～20mA)を加えます
と信号の大きさにより出力周波数(＝運転周波数)を可変してモータ
の回転速度を調整することができます。
モータの回転速度を調整しますと、流量や圧力などが変化して温度も変化
します。

温度センサーや流量センサ、圧力センサなどからの信号をインバータ
の制御回路の端子に加えますと、インバータは信号の大きさに比例し
た周波数を出力することができます。

今回の施設の詳細に調べますと、省エネ効果を考慮したセンサー類と
調節計やコントローラがあり、これらの指令により自動的にインバータ
の運転周波数が追随して変わるため、周波数が変化しているものと
考えられます。
周波数が変化することにより施設全体が良好な状態にしながら、
かつ、省エネ効果も高くなるなどシステムができあがっていると
思います。
詳しくは、施設全体を検討された方達に相談されると良いでしょう。

2)省エネ効果の検討
インバータの一次側で測定した値なのか? インバータのニ次側で測定
した値なのか?
運転電流の測定箇所によりその解釈の違いがあります。

(1)インバータの一次側で測定した値の場合
細かく検討する必要がありますが、電力は電流の二乗(＝RI^2)
に比例しますので、電流が半分と言うことは、一言で言えば、
「電力は 0.5×0.5＝0.25 即ち 25％ に低減した。」となります。

(2)インバータのニ次側で測定した場合
1)の場合より、更に細かく検討しませんと判定はできませんが、
インバータは原理的に出力周波数と同時に出力電圧も制御しています。
これにより、出力周波数を下げますと出力電圧も同時に下がります。
このため、出力電流の低減分と出力電圧を低減分の両方を乗じて検討
します。
なお、インバータの二次側の電圧波形と電流波形が正弦波は異なるため
通常の測定器で測定しても誤差が大きくなり、結果的に正確な値と
ならないことが知られています。
このため、インバータの機種・種類により異なりますが、インバータの
パネルを操作しますと、運転中の出力電圧や運転電流、更に電力を表示
できるようになっています。

詳しくは取扱説明書やマニュアルに書いてあると思いますが、インバータ
メーカに相談したり、講習会などが開催されていますので、受講されると
良いでしょう。

補足

回答いただきありがとうございます。

＞周波数が変化することにより施設全体が良好な状態にしながら、かつ、省エネ効果も高くなるなどシステムができあがっていると思います。

うちの施設は１９６６年竣工で空調機のモーターはいまだ１９６６年製のものが多い状態です。さすがにインバ－ターがかんでいるモーターは２００５年製ですが。
なので、省エネ効果が高くなるシステムなど全く存在せず、なぜか１ヶ所だけインバーターが設置されている状態なのです。空調温度なども設定温度はなく、監視室ＣＲＴの室内温度を見てバルブを半開から前回にしたり、ターボ冷凍機を追加運転したりしているだけです。
現場にはインバーターに詳しいものは一人もおらず、インバーターと併せて冷水の還りヘッダーでバルブ制御している（半開程度）しております。

ところでインバータをポンプに適用する場合、適正流量を決めてそれに基づき周波数が決まると本で読んだので周波数が変動するのがなぜかわからなかったのです。さっぱりわけがわかりません。

回答No.1

foobar

その電流はモータの線電流でしょうか、それともインバータの入力電流でしょうか。

1．ポンプ動力を何を見て、どのように制御しているかにもよります。
たとえば、外部に20秒周期で変化する変動があってそれに追従しているなら、動作としては正常ですし、特に外部に要因がないのに変動が起きているようなら、制御のチューニングで変動を抑えることも可能かもしれません。もっとも、その変動が問題にならないなら、そのままでもよいかもしれません。

2．最初に書いたように、どこの電流を見ているかにもよります。モータの電流なら、電流と同時に電圧も下がっているでしょうし、電流には励磁分も含まれているでしょうから、電力は電流比以上に下がっているかと思います。

補足

回答いただきありがとうございます。
電流とはモーターの線電流（制御盤の電流計指示）のことです。
＞特に外部に要因がないのに変動が起きているようなら、制御のチューニングで変動を抑えることも可能かもしれません

冷水管の搬送モーターなので特に変動要因があるとも思えません。温室度等で流量制御などはしておりません。単に蓄熱層から冷水をポンプアップし蓄熱層に戻しているだけです。
制御のチューニングというのも現場で知っているものはいない状態です。

重ねてアドバイスいただければ嬉しいのですが。よろしくお願いいたします。