インバータ負荷モータと標準モータ：どちらのモータが必要ですか？

具体的には、インバーター・デューティー・モーターと標準モーターの違いだ。些細なことのように感じるかもしれないが、あなたの需要に対して間違ったモーターを選ぶと、大きなトラブルを引き起こす可能性がある。モーターが長持ちしなかったり、仕事がうまくいかなかったりするかもしれません。この短い記事では、これらの2つのモータタイプを理解するのに役立ちます。あなたがあなたのモーターがうまく動作し、あなたの現金を節約したい場合は、見直しを維持する！

スタンダード・モーターとは何か？

汎用モーターと呼ばれる標準的なモーターは、日常的に目にするモーターです。ファン、ポンプ、あるいはただスイッチを入れて1つの安定した回転数を必要とする単純な機器を思い浮かべてください。このタイプのモーターは一般的に誘導モーターで、一般的にはリス・ケージ型ローターを使用しています。これらの電気モーターは、壁のプラグから直接来るようなクリーンなAC電源で動作するように作られています。

標準的なモーターは、通常60Hz（北米では1秒間に60回）の正弦波で、スムーズで均一な電力の流れを期待する。このような条件下では、モーターはその役割を十分に果たす。モーターは必要な電力を得てスムーズに動く。一般的なモーターは、特定のデューティ・サイクル、つまり運転と休止の頻度に合わせて作られている。この種のモーターに、常に速度を調整するような過度なことをさせようとすると、モーターは満足しないかもしれない。

これらのモーターは一般的に、過酷な電力を扱うための特別な部品を持っていない。絶縁システムは通常の使用には適しているが、インバーターが課す過酷な条件には適していない。標準モーターは、基本的な作業用の主力製品である。数年の間、これは個人がほとんどあらゆることに利用するモーターの主要なタイプだった。このモーターはシンプルで、基本的な要求であれば仕事を終えることができる。

では、インバータ・モーターは何が違うのか？

ここで、インバータ・デューティ・モータについて説明しよう。インバータ・デューティ・モータやインバータ定格モータと呼ばれることもあります。主な違いは、インバータ・デューティ・モータは、可変周波数駆動装置（VFD）としても知られるインバータで動作するように特別に設計されていることです。インバータはモータに供給される電力を変更し、異なる速度で運転できるようにするためです。これは、可変速タスクに最適です。

インバーター・デューティー・モーターには特別な特徴がある。一般に、より優れた絶縁システムを備えている。この特別なモーター絶縁は、インバーターが発生させる電気的ストレスや電圧スパイクに対応することができます。嵐の中ではるかに優れたレインコートを着るようなものだと考えてください。このモーターは同様に、特に回転数を下げたときに、より低温で動作するように設計されています。標準的なモーターは、モーターシャフトに取り付けられた冷却ファンも減速するため、インバーターであまりゆっくり運転しようとするとオーバーヒートする可能性があります。

このタイプのモーターは、標準的なモーターよりも速度範囲が広い。モータの回転速度が大きく変化しても、連続的なトルク（回転力）が得られるのが一般的です。インバーター・デューティー・モーターの中には、回転数がゼロでもフル定格のトルクを得られるものもある！これは、モーターが回転していないときでも、しっかりとした保持力があることを意味します。モーターは、インバーターが出力する特殊なパワーを受け止めるように作られています。

インバーターならどんなモーターでも使えるのでは？

インバーターは、標準的なモーターにはない方法で電力を変化させます。標準的なモーターはスムーズなパワーを期待しますが、インバーターはより複雑な電気波形を作り出してモーターの回転数を管理します。

この種の電力はモーターにとって過酷なものになる可能性がある。インバータからの電圧ピークにより、標準モータ内部の絶縁が早く破壊される可能性がある。これにより、モーターが予想以上に早く故障する可能性がある。また、インバーターで回転数を落として運転すると、標準モーターがオーバーヒートする可能性もある。そのファンは通常モーター軸に取り付けられているため、モーターが減速するとファンも減速し、モーターを十分に冷却できない。

インバーター用に設計されていないモーターを使用すると、ベアリングの摩耗が激しくなるなど、他の問題も発生する可能性がある。モーターは、設計されていないストレスを受けることになる。そのため、標準的なモーターを一時的にインバーターで動かすことはできるかもしれないが、長期的に信頼して使用するには、一般的に優れたアイデアではない。モーターは、インバーターがその手段を送るものに対して準備ができていなければならない。

インバーター（またはVFD）は実際にどのようにモーターの回転を正確に調整するのか？

インバーター、またはVFD（Variable Frequency Driveの略）は、かなり独創的な電子機器の箱だ。その主な仕事は、モーターの回転数を調整することだ。これは、モーターに送られる交流電力の周波数を変えることによって行われる。例えば、北米では標準的な電力は60Hzだ。インバーターは、これを30Hzに変換してモーターを半分の速度で回転させたり、90Hzに変換してはるかに速く回転させたりすることができる。

しかし、ここで重要なポイントがあります。インバーターは、壁から得られるような完全で滑らかな正弦波の電力を生成しません。むしろ、最近のVFDのほとんどは、パルス幅変調（PWM）と呼ばれるものを使用しています。これは、インバーターがモーターに非常に速い電圧パルスを送ることを意味します。これらのパルスは、モーターに平均電圧と周波数を効果的に与え、モーターを希望の速度で回転させます。このPWM信号により、正確な速度制御が可能になります。

PWMは速度を管理するのに優れていますが、これらの高速パルスは電圧スパイクを発生させる可能性があります。これらの電圧スパイクは、モーターが予期する通常の電圧よりもはるかに高くなる可能性があります。これが、インバータ・デューティ・モータがより良い絶縁を必要とする主な理由の1つです。インバータはモータの能力を向上させますが、モータはインバータ特有のパワーに対して十分な強度を持つ必要があります。インバータからの可変周波数出力は、この可変速度手順に不可欠です。

どのような場合にインバータ・モーターが適しているか？

では、どのような場合にインバータ・デューティ・モータを使用すべきなのでしょうか。その答えは、VFD（可変周波数駆動装置）やインバータをごくたまにしか使用しないのであれば、いつでも使用することができます。モータの回転数を通常変更したり、モータを長時間低速で運転したりするような用途には、通常インバータ・デューティ・モータが適しています。

ベルトコンベヤのように速度を上げたり下げたりする必要がある場合や、ポンプのように流量を調整する必要がある場合を考えてみてください。これらは、インバータ・デューティ・モータが輝く理想的な例です。また、広い回転数範囲で一定のトルクを必要とする用途には、このタイプのモータが必須です。標準的なモーターは、インバーターで運転すると低速でトルクが低下することがあります。このモーターは安定したトルクを発揮します。

精密な速度制御や高い動的性能（モータが迅速かつ適切に速度を変更できることを意味する）が必要な場合は、インバータ・デューティ・モータ（多くの場合、フィードバック用のエンコーダと組み合わされる）が適しています。エンコーダは、特定のロータ速度と位置情報をインバータに通知します。ミキサーや押出機のような一定のトルクを必要とする用途では、インバータ・デューティ・モータがロットの面倒を見ます。インバーターで運転するとモーターに大きなストレスがかかる場合は、これです。

標準モーターがインバーターに適合すると、どのような悪い点が生じるか？

インバーターで標準モーターを使うことで、少しでもお金を節約しようとする人がいる。何が問題なのか？まあ、多くの点がある。まず、モーターがオーバーヒートする可能性がある。標準モーターの冷却ファンは、モーターとともに減速する。低速ではモーターは十分な冷却を受けず、非常に高温になる。この暖かさは断熱材やベアリングに害を与えます。

インバータのPWM出力からの電圧スパイクは、モータの絶縁システムを攻撃する可能性があります。標準的なモーターの絶縁は通常、高い電圧スパイクに耐えられるようには設計されていません。時間の経過とともに絶縁が破壊され、短絡してモーターが停止します。これは、インバータを使用した場合に標準モータが故障する最も一般的な方法の1つです。

さらに、モーターから異音が聞こえたり、ベアリングシステムに問題を引き起こしているモーターシャフトの電流が見えたりすることもあります。モーターは、特に低速で十分なトルクを提供できないかもしれない。言い換えれば、インバータ用モータが必要な場合に標準モータを使用することは、モータの早期故障、生産時間の損失、将来的な費用の増加を引き起こす可能性があります。モータは単にそのような作業用に作られていないのです。

どのモーターが私のマシンに最適か、どうやって判断するのか？

標準モータかインバータ・デューティ・モータかの選択は、お客様のニーズを理解することに尽きます。最初の質問は、このモータをインバータまたはVFDで制御するかどうかです。回答が「はい」の場合は、通常、インバータ・デューティ・モータがモータとドライブ・システムにとってより安全で優れた選択となります。

次に、アプリケーションの要件について考えてみよう。必要な速度範囲は？モーターは低速で長時間運転するのか？速度範囲全体で一定のトルクを発生させる必要があるか？モータのデューティ・サイクルは？これらに答えることで、どのモータが最適かを判断することができます。モータを交換する場合は、現在使用しているモータの銘板データをチェックしてください。

正確な速度や可変速動作が必要な場合、またはモータが高い動的性能を必要とするシステムの一部である場合は、インバータ・デューティ・モータに傾く必要があります。モータが単にAC電源から直接供給される単一の安定した回転数で作動する必要がある場合（単純なファンなど）には、標準モータまたは汎用モータで十分です。モーターの専門家に相談することも、ニーズに合ったモーターを見つけるのに役立ちます。

既存の時代：標準モーターはインバーターを扱えるか？

標準的なモーターでインバーターを使うことはできるのか？時々は可能ですが、大きな "if "と "but "があります。標準的なモーターをインバーターで運転する場合、通常の60Hzの回転数よりそれほど低速ではなく、非常に限られた回転数範囲でのみ運転し、その低速回転数であまり長時間運転しないのであれば、大丈夫かもしれない。さらに、モーターが負荷に対してオーバーサイズであれば、追加されたストレスにもう少しうまく対処できるだろう。

電圧スパイクを抑制するために、インバータと標準モータの間に特別なフィルタを追加する人もいる。これによってモーターの絶縁を確保することができる。また、ラインリアクターもある。しかし、これらは費用と複雑さを増す。また、モータの過熱にも十分注意する必要がある。標準的な設計の全閉ファン冷却（TEFC）モータは、低速度では苦労することになる。

しかし、これは私の正直なアドバイスだ。可変速制御のために定期的にインバーターを使用するのであれば、インバーター・デューティー・モーターを購入するのが一般的だ。標準のモーターで設計外の仕事をさせようとすると、たいてい後でトラブルが発生します。インバーター・デューティー・モーターのように、作業に適したモーターを使用することで得られる安心感と信頼性は、多くの場合、追加の初期コストに見合うものです。標準モータをインバータで使うかどうかは、本当に慎重に考える必要がある。

中を見てみよう：このモーターはどのように作られているのか？

標準モーターとインバーター・デューティー・モーターを外から見ると、両者はよく似ているように見えるかもしれない。しかし、その内部には決定的な違いがある。 モーター絶縁 とモーター冷却設計を変更した。これらの改良により、インバータと協働する場合、インバータ・デューティ・モータはよりタフになる。

最も大きな違いは絶縁システムである。インバーター・デューティー・モーターは、より強化された絶縁システムを採用している。モーター巻線のワイヤーは、より厚く強固な絶縁が施されています。これにより、VFDのPWM出力から発生する可能性のある高電圧スパイクや電圧ピークに対してモーターを耐えることができます。標準的なモータの絶縁は、滑らかな正弦波電力には問題ありませんが、インバータからの非正弦波電力には適していません。この優れた絶縁は、早期の絶縁破壊を防ぎます。

インバーター・デューティー・モーターも同様に、一般的に冷却が優れている。通常より低温で作動するように設計されているものもある。また、低速でも良好な冷却を提供する特別なファンを備えているものや、独立した定速冷却ファン（ブロワー）用に設計されているものもあります。また、より堅牢なベアリング・システムを採用する傾向があり、（シャフト電流による）電気的損傷を防ぐために絶縁ベアリングを採用する場合もある。一部のインバーターモーターのローター設計は、さらに可変速効率のために最適化されている場合がある。全体的なモーター構造は、インバーター運転の要求に合わせて作られています。

インバータ負荷モータの選択はエネルギーと性能に影響するか？

適切なモータ、特にインバータを使用する場合はインバータ・デューティ・モータを選択することで、エネルギー消費量と機器の性能に大きな違いが生まれます。インバーター自体は、モーターを必要な時だけ高速回転させることで、エネルギーの節約に役立ちます。しかし、モーターがインバーターに適合していなければ、省エネ効果が得られない可能性があります。

インバータ・デューティ・モータは、VFDによって駆動される場合、標準モータよりも広い回転数範囲で効率的に運転できるように設計されています。これは、フル回転時だけでなく、回転数を落としても高い効率を発揮できることを示している。標準的なモーターは、インバーターで減速すると効率が低下し、オーバーヒートする可能性があります。よくマッチした効率の良いモータは、より少ないエネルギーしか消費しません。

性能については、インバータ・デューティ・モータは、より信頼性の高い可変速運転を提供します。安定したトルクを供給することができ、定トルクのアプリケーションにも対応できるため、機械の性能を向上させることができます。高品質のために精密な速度制御が必要な場合、または速度の同期が重要な用途の場合、インバータ・デューティ・モータ（おそらくエンコーダ付き）はより優れた動的性能を提供します。モータは、よりスムーズな運転と信頼性の高いプロセスを意味する要求を処理することができます。適切なモータまたはインバータ・デューティ・モータを使用することで、VFDがその役割を果たし、モータがアプリケーションに安定した機械的動力を供給することができます。