固定速モーターと可変速モーター：コンプレッサーの大きな違いとは？

機器のモーターに疑問を持ったことはありますか？あるものは1つの速度で、あるものは速度を変えることができます。この記事では、特にエアコンプレッサーのようなもののための固定速度と可変速電気モーターについてのすべてをお知らせします。固定速度モーターと可変速度モーターの違いを探ります。特に可変速コンプレッサー・システムでどのように機能するのか、VSD（可変速駆動）がどのような役割を果たすのかがわかります。適切なものを選択することで、電力と費用を節約することができます。あらゆるタイプのモーターを使用している方、または新しい機器の購入を考えている方にお勧めです！この違いを認識することは、特に可変速コンプレッサーの構成におけるVSDについて説明する際に不可欠です。

固定速度モーターとは？

固定速度モーターは、事実上そのように聞こえる。電源を入れるとすぐに、一定の速度で回転します。古いレコード・プレーヤーを思い浮かべてほしい。これらの電気モーターは、始動に単純な電力（多くの場合、交流電力）を利用し、作業が困難であろうと簡単であろうと、その速度を維持する。設計は一般的にシンプルで、通常はインダクション・モーター・タイプである。このため、壊れる可能性のある部品が少なく、初期費用が安く、修理が非常に簡単です。

定速モーターは、一定の速度で定期的に移動する必要があるアプリケーションに最適です。例えば、AからBへ一定の速度でポイントを移動させるだけの基本的なコンベアベルトでは、固定速度モーターを使用できます。モータの速度は変わりません。その主な仕事は、予見可能な負荷に対して一定のトルクを供給することである。モーターは、効率的に全速力で作動するように作られている。

固定速度モーターのシンプルさは、確実な作業に対するタフさである。複雑な管理システムは必要ない。ボタンを回せば動く。始動時、モーターが全速力になるにつれて突入電流が発生することがある。これは運転配置で考えるべきことだ。負荷が突然下がっても、モーターは一定の速度で動き続ける。

可変速モーター（VSM）については？

現在、そのさらに適応性の高い親戚である可変速モーターについて話そう。その名の通り、このモーターは速度を変えることができる。一定の速度で運転する必要はありません。その代わり、アプリケーションの要求に応じて速度を調整することができます。これは、あなたの機器がどのように動作するかを正確に改善することができるので、物事が面白くなるところです。多くの現代的なモーターは、この現代的な技術を使用しています。

これらの可変速電気モーターは通常、可変速ドライブまたはVSDと呼ばれる特別なコントローラを使用します。このドライブは、モーターの加速や減速をアシストします。自動車やトラックのアクセルペダルのようなものだと考えてほしい。このように速度を変化させることができるため、モーターははるかに汎用性が高くなる。例えば、ポンプが大量の水を移送する必要がある場合もあれば、ほんの少ししか移送しない場合もある。可変速モーターはそのような場合に最適です。

可変速モーターのレイアウトは、固定速モーターよりも複雑です。革新的なDCモーターや、VSDと相性の良い特別に設計された誘導モーターなど、さまざまなモーター最新技術が含まれます。ここでの重要な利点は、適応性と、特に負荷が大きく変化する場合に効率を向上させる見込みがあることです。これは、モータの回転数をタスクに正確に合わせることができることを意味します。

可変速ドライブ(VSD)は電気モーターでどのように機能するのか？

では、可変速モーターはどのようにして速度を変えるのでしょうか？多くの場合、それは可変速ドライブ（VSD）と呼ばれる優れた電子機器のおかげです。通常、モーターに供給される電力の可変周波数を変換することで動作するため、可変周波数ドライブ（VFD）と呼ばれることもあります。

VSDは、入力される交流電力（米国では60Hzのように一定の規則性を持つ）を受けて変換する。最初は直流電力に変換し、その後、電圧と周波数を制御できる新しい交流電力信号を開発する。VSDは周波数を変えることで、モーターの回転数を変えることができる。これは、本当に正確な速度制御を提供するクールな手順です。これは、モーターが1つまたは2つの固定された速度だけでなく、その範囲内の事実上すべての速度で動作できることを意味します。

この制御は、モーターが必要な電力のみを使用することを示します。コンプレッサーやフォロワーが電力消費を抑える必要がある場合、VSDはモーターに電力消費を大幅に抑えるよう指示します。これにより、消費電力を大幅に削減することができます。VSDは同様に、いくつかの固定速度電気モーターで得られる突然のサージではなく、よりスムーズな開始を与えることによってモーターを保護することができます。また、過負荷状態の停止を支援し、モーターや接続された機器の摩耗を最小限に抑えることができます。

固定速コンプレッサーが最適なのはどんな場合か？

可変速の方が常に優れていると思い込んでいるかもしれない。しかし、それは真実ではありません。固定速度のコンプレッサーやモーターがアプリケーションに適した選択である場合もあります。押し出される空気、またはモーターが駆動するものに対する要求が一定で予測可能な場合、固定速モーターは本当に信頼できます。例えば、プロセス内の機器が24時間365日稼動しており、常に同じ量のパワーまたはエアフローを必要とする場合、固定速度のサービスの方がシンプルで、通常は初期価格が安くなります。

ある生産工程で非常に安定した圧縮空気需要があった顧客。両方の選択肢をチェックしたところ、固定速度のコンプレッサーがその顧客にとって費用対効果の高い選択肢でした。負荷があまり変化しなかったため、可変速駆動によるエネルギー節約は、実際には、より高い初期費用を保証するものではありませんでした。これらの固定速コンプレッサーは、VSDのように修理が必要になる可能性のある電子部品が少なく、シンプルなスタイルであるため、一般的に非常に信頼性が高い。

そのため、アプリケーションの要件が定期的な出力を指している場合、固定速度モーターは主力となり得ます。一定の速度で動作し、必要なパワーを手間なく供給します。その秘訣は、負荷が安定している必要があることです。負荷が常に高く、モータの最適動作係数に合っていれば、定速モータはその特定の仕事にとってむしろ信頼できるものになります。

電力節約のために可変速コンプレッサーを選ぶ理由

多くの人が可変速コンプレッサーや可変速モーターを選ぶ大きな理由は、エネルギーの節約である。そして、この節約は非常に大きなものです。圧縮空気（またはモーターに電力を供給するもの）の必要性が変動する場合、可変速駆動（VSD）により、モーターはその速度を適切に調整することができます。これは、モーターが必要ないときに全速力（および全エネルギー使用）にならないことを示唆しています。これが、電気代に大きな違いをもたらすのです。

エアコンプレッサーを考えてみよう。多くの店や工場では、一日中空気を入れ替える需要がある。大量に必要な場合もあれば、極端に少ない場合もある。固定速度のコンプレッサーは、フルパワーで運転し、その後アンロード、またはシャットオフとオンが繰り返される。VSDを搭載した可変速コンプレッサーは、必要性が低下するとモーターを減速し、必要性が高くなるとモーターを高速化します。この負荷に対する速度のマッチングが、効率を向上させ、エネルギー使用量を大幅に削減します。これは同様に、エアシステムのより安定した圧力を維持するのに役立ちます。

VSD技術は、電気モーターが必要な仕事だけを行うようにすることに長けています。これはエネルギーを節約するだけでなく、コンプレッサーの部品にかかる機械的なストレスや不安を減らし、徐々に必要なメンテナンスが少なくなる可能性があります。

可変速モーターを活用する大きなメリットとは？

エネルギーの節約だけでなく、可変速モーター（通常、VSDまたはVFDによって制御される）には、他にもさまざまな重要な利点があります。大きな利点の1つは、プロセス制御が大幅に改善されることです。モータの回転数を正確に再調整できるため、アプリケーションを微調整できます。特定の空気圧を必要とするファンや、特定の循環速度を必要とするポンプを考えてみてください。可変回転数により、これを実現し、自動化するのが非常に簡単になります。

もう一つの利点は、装置に対する機械的な不安を軽減することです。VSDは "ソフトスタート "を提供することができます。"ソフトスタート "とは、モーターが完全な速度で回転するのではなく、ゆっくりと速度を上げることを意味します。この緩やかな始動により、ベルトやギア、モーター巻線自体の摩耗や損傷を減らすことができます。同様に、過負荷状態からモーターを保護し、モーターを過熱させる過電流からモーターを保護することができます。これにより、モーターやシステムの他の部品の寿命を延ばすことができます。

さらに、可変速電動モーターは、より静かな運転環境をもたらすことが多い。モーターが常時フル回転していない場合、一般的に音が小さくなります。これは従業員の利便性にとって大きなプラスとなる。さらに、モーターが提供する適応性は、その結果を変えることができるため、1つの装置がより幅広い仕事に適していることを意味します。全体的な速度制御能力は、手順全体を後押しします。

固定速度モーターは有利か？

その通りだ！可変速の技術革新は素晴らしいものですが、固定速モーターにもまだ適材適所があり、特定の状況において独自のメリットがあります。最も明白な利点は、初期コストです。固定速モーターとそのシンプルな制御システムは、VSDまたはVFDユニットを必要とする可変速モーターよりも、一般的に購入コストが低くなります。一定負荷の単純なアプリケーションでは、この初期コストの低さは非常に魅力的です。

固定速モーターは、メンテナンスが簡単な場合が多い。スタイルがはるかに複雑でないため（高度な駆動電子回路がない）、専門的な修理が必要になる可能性が少なくなります。一般的な誘導モータの修理に慣れている担当者であれば、固定速度システムでも問題ないでしょう。これらのモータは、適切な用途で使用された場合、その信頼性で理解されています。

アプリケーションのニーズが非常に確実で、モーターが多くの時間、全負荷に近い一定の速度で動作することを意味する場合、固定速度モーターは、全速力で頻繁に動作する可変速度モーターと同じように、あるいはそれ以上に信頼できます。その秘密は、負荷が一定で予測可能である必要があることです。プロセスが変化しない商業的な作業では、固定速度のオプションは完全に評判が良く、コスト効率の良いオプションです。

モータの固定速度と可変速度の選択に負荷はどのように影響しますか？

負荷の性質は、固定速モーターか可変速モーターかを決定する最も重要な検討事項です。その負荷は一日中全く同じなのか、それとも大きく変化するのか？この問題に答えることで、適切な方向性を見出すことができます。これにより、速度に対する要求が明確になります。

アプリケーションの負荷が一定である場合、つまり、モータがほぼ常に一定の速度で動作する場合は、通常、固定速度モータを手頃な価格で選択するのがよいでしょう。定格速度と負荷で正常に動作するように開発されています。速度が変化する必要がないのであれば、VSDの複雑さとコストを含める実際の利点はありません。モーターは定期的に必要なトルクを提供します。

しかし、モーターにかかる負荷が定期的または大幅に変化する場合は、可変速度が威力を発揮します。需要が変化する空調ファンやコンプレッサーを考えてみよう。固定速度のモーターは、負荷が減少したときに非効率的に運転するか、あるいは、電力を浪費し、機器に負担をかける可能性のあるオンとオフを繰り返すかのどちらかでしょう。VSDを搭載した可変速モーターは、負荷に合わせて速度を変えることができるため、エネルギーを節約し、はるかに優れた制御を行うことができます。要求に応じて回転数を変えるこの機能は、効率にとって非常に重要です。

固定速モーターと可変速モーターをシステムに統合できますか？

確かに、より大きなシステムに固定速モーターと可変速モーターを組み込むことはできますし、それが最もスマートなスタイルのアプローチであることもあります。私は、特にエアコンプレッサーで、多数の産業用セットアップでこれが効果的に行われているのを見てきた。最小限の安定した空気需要に極めて効率的に対応するために開発された固定速の「ベースロード」コンプレッサーがあるかもしれない。

そして、その基本負荷以上の高さやバリエーションに対応するために、可変速コンプレッサー（VSDを備えたもの）を組み込むことになる。この可変速ユニット（おそらくこのために特別に設計された可変速コンプレッサー）は、圧縮空気需要の変動成分に完全に一致するように、モーターを高速化または低速化して供給を調整します。この組み合わせは、初期コスト、エネルギー効率、および完全性の良いバランスを提供することができます。

この種のハイブリッド・システムは、それぞれのモーター・タイプが理想的な働きをすることを可能にする。固定速度モーターは負荷の通常部分に信頼できる効率的なパワーを提供し、可変速度モーターは可変部分に多用途性と省エネを提供します。システムの全体的な性能を最適化するためには、タスクの各コンポーネントに理想的な装置を選択することです。これには、インレットバルブや総風量をより正確に制御することも含まれます。

米国におけるVSD技術によるモーター速度制御の未来は？

モータの回転数制御の未来は、特にここアメリカでは、VSD（可変速ドライブ）やVFD（可変周波数ドライブ）技術を中心とした可変速ソリューションにますます傾いている。これらは実質的なモーターとして、より高いエネルギー性能を促進する。エネルギーコストが上昇し、環境問題が深刻化する中、電力使用量を削減できるものは何でも大きな関心を集めている。可変速モーターはその重要な一翼を担っている。

VSDの設計は、より進歩し、よりスマートで、より効率的になっています。多くのVSDは現在、統合された診断機能を備えており、工場の制御システムに接続してプロセスの自動化と最適化を進めることができます。これは、より良い速度制御、維持管理のための追加情報、商用システムへの統合の容易さを示唆している。モーターの回転数を正確に管理する機能は、エネルギーを節約するだけでなく、多くの用途で製品の品質を高め、無駄を省くことができる。

可変速技術は、巨大なエアコンプレッサーやポンプだけでなく、より多くの機器に標準装備されるようになるだろう。また、より小型の電気モーターも、これを利用して優位性を獲得している。固定速度と可変速度オプションの初期コストの差はさらに縮小しており、VSD技術のコスト・プレミアムは、長期的なエネルギー節約との妥当性をよりシンプルにしています。モーター技術にとって素晴らしい時代であり、動作と速度を注意深く管理する能力は、その進歩の中心となっている。