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インバータと高調波(3)
空調・衛生分野におけるインバータ利用機器とその応用

竹谷是幸・八本 輝
中立電機(株) 		key

キーワード:インバータ(Inverter)，空調(Air Conditioning)，衛生(Hygiene)，省エネルギー(Energy Consevation)，高調波(Harmonics)

1.インバータ利用効果と使用上の留意点

1.1 ポンプ運転に利用する場合の効果

　図-1は、ポンプの流量制御をバルブ制御で行う場合を示している。 この場合、電動機の回転はN1一定であり、 流量を Q1から Q2に減ずるには、 バルブを閉じるため、揚程はH2へと上昇する。 この場合の所要動力対流量の関係は、図-2のようになっており、 流量を減少しても動力はほとんど減少していない。 これに対し、回転数を低減しN2とした場合には、 図-1に示すように揚程もH3へと低減する。 この場合、必要動力は図-2に示すように、回転数のほぼ3乗に比例して減少する。 例えば、回転数を60%に低減すれば(0.6)3=0.216となり、 約80%の節約ができることになる。 このような理由でインバータによる回転数制御により大きな省エネルギー効果が得られる。

　省エネルギー効果の得られる典型的な例としては、次の事項が挙げられる。
1)
冷凍機用循環ポンプの回転数制御:冷凍ケースの温度を一定に保つ(春夏秋冬で負荷が変化する)
2)
工場給水ポンプの回転数制御:水の使用量の変化に合わせて水圧を一定に保つ(従来はバルブ制御を行った)
3)
浄水場の送水ポンプまたは増圧ポンプの回転数制御

1.2 ファン・ブロア運転に利用する場合の効果

(1)風力機械のトルク特性

　風力機械のトルク特性は、速度の増加につれて負荷トルクが速度の2乗に比例して増加する。 他方では、軸受けの摩擦トルクは、速度の増加につれて小さくなる。 風力装置の総合トルク特性は、両者の和で示される。始動時のトルクは、定格トルクの約30%である。 図-3は、送風機のトルク特性と電動機のトルク特性を示している。



(2)風量制御方式

　送風機の風量調節は、ファン・ブロアの回転数を一定として、 管路抵抗や羽根車への流入角度を機械的に変化させて風量を調節するダンパ制御やべーン制御と、 回転数のみを可変にして、風量を調節する回転数制御とがある。 各制御方式の風量‐軸動力特性を図-4に示す。

また、図-5は送風機の流量‐圧力特性を示す。図-5 において、 R1とR2は管路抵抗を、 N1〜N3は 回転数を示している。回転数をN1とし管路抵抗を R2とすると、送風機はA2点で 運転し流量はQ2となる。 したがって、以下に説明するように、管路抵抗や回転数などの加減によって、風量調節が可能となる。



a ダンパ制御

　管路抵抗の増減によって、風量調節を行う。 図-5の特性曲線において、回転数N1のときに 管路抵抗がR2であれば、 風量はQ2である。 次に、ダンパを調節して、管路抵抗をR1にすれば、風量は Q1と なり減少する。しかし、圧力がH2からH1へと増加するので、 軸動力は減少しない。

b ベーン制御

　羽車に流入する空気の流入角度を調節して、圧力曲線を可変にする。 調節風量が80〜100%の狭い範囲では有効であるが、低風量領域では効率が悪い。

c 回転数制御

　最近では、汎用インバータが小型、高性能、安価となったため、 回転数制御が風量調節の主流となってきた。 図-3において、二つの曲線が交わるA点で運転されるが、インバータによる可変速運転を行うと、 運転点はB、Cへと推移する。また、図-5において、ダンパ制御の場合は、 管路抵抗を R2から R1に変えると、 流量はQ2からQ1になるが、 所要動力は面積OQ2A2H2から OQ1A1H1へと 変化するだけであまり変わらない。 次に、管路抵抗はR2のまま回転数を N1からN3に変えると、 流量は同じくQ1になり、 所要動力は面積OQ1A5H5となり、 ダンパ制御より面積H5A5A1H1の分だけ省エネルギーとなる。

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