VFDの過電圧と抵抗の焼損問題のトップ・フィックス

現場のケーススタディ：繰り返されるVFDの過電圧と制動抵抗器の故障の根本原因と解決策

今日は、古典的でありながら挑戦的な実際のケースを紹介したい。事の発端は、ある鉱山業界のユーザーからのコメントだった。この問題は一見簡単そうに見えますが、トラブルシューティングは簡単ではありません。このケースはVFDの過電圧障害の教科書的な例であり、すべてのエンジニアが知っておくべきことです。.

故障の背景同じVFD、ブレーキ抵抗の頻繁な焼損

問題の設備は、7.5kW、6極三相非同期モーターで駆動される長さ10mの往復式鉄製トレイスクリーナーで、次のような制御が行われています。 18.5 kW VFD. .システムは5年間安定して稼動している。VFDを設置する際、ユーザーは長さ18メートル、4 mm²の銅芯ケーブルを使用した。しかし、過去2年間、VFDの制動抵抗器が頻繁に焼損していた。.

当初は1.5kWの制動抵抗器が使われたが、すぐに故障した。その後、4.8kW、36Ωの抵抗器に交換され、わずかに改善されたが、6ヶ月以内に再び故障した。ユーザーは私たちに尋ねた：なぜ制動抵抗器はこんなに頻繁に故障するのですか？vfdドライブの選択の問題なのでしょうか、それとも制御パラメータの設定が間違っているのでしょうか？

鉱業用アプリケーションでVFDの過電圧と抵抗器の頻繁な故障を引き起こしたヘビーデューティ・レシプロ・スクリーナー

VFDの過電圧問題の分析

1.回生エネルギーがVFDの制動能力を上回る

この問題の核心は、VFDの過電圧状態です。振動スクリーンの巨大な構造と重量、頻繁な往復衝撃により、システムは極めて高い機械的慣性を発生します。各反転の間、モーターは再生し始め、エネルギーをシステムに戻します（すなわち、回生ブレーキ）。.

この回生エネルギーはVFDのDCバスに流れ込み、その電圧を急速に上昇させます。計算に基づくと、ピーク回生電力は最大15kWに達しますが、4.8kWの制動抵抗器ではこのようなエネルギーを時間内に消散させることができません。その結果、VFDのダイナミックブレーキシステムは飽和状態になり、直流バス過電圧VFD故障の引き金となり、抵抗器が焼損します。.

2.不合理なVFDパラメータ設定による応答の遅れ

さらに点検したところ、VFDの加速時間の設定が短すぎ（デフォルト：10秒）、ブレーキ遅延が長すぎるため、VFDのブレーキシステムの応答性が悪く、エネルギー消費が間に合わず、DCバス電圧スパイクが持続していることが判明しました。.

さらに、4 mm² のケーブルは、標準的な VFDポンプ しかし、高イナーシャで振動の多い機械には不十分です。細いケーブルは線路インピーダンスを増加させ、電圧スパイク抑制を悪化させるため、インバーターDCバス保護に大きな課題をもたらす。.

推奨ソリューション

長期的ソリューション（強く推奨）

  • VFD 制動抵抗器のサイズを再計算する 最も直接的で効果的な解決策は、抵抗器を実際の負荷に適切に適合させることです。過負荷耐性を向上させるために、品質ブランドの10～15 kWの波形抵抗器（～20オーム）を推奨します。.
  • 回生VFDへのアップグレード 予算が許せば、双方向IGBT整流器を備えた回生 VFDへの交換を検討する。シーメンスやABBなどのブランドは、このようなソ リューションを提供しています。VFDは、抵抗器を介してエネルギーを放散する代わりに、余剰電力をグリッドに送り返し、VFDの過電圧問題を完全に解消します。.
  • 機械的ダンピングの最適化 スクリーナーの両端に油圧ダンパーまたはスプリングバッファーを設置します。これらは、反転時の運動エネルギーの一部を吸収し、VFDにフィードバックされるエネルギーを低減します。これは、VFDの過電圧状態をソースで緩和する実用的な機械的方法です。.

テンポラリーソリューション（オンサイトエンジニア向け）

  1. 加速時間を20～30秒に延長 システムへの影響を軽減し、急激な電流スパイクを制限します。.
  2. ブレーキを早めに有効にする（ブレーキディレイを0.5秒に設定する） ブレーキ応答速度を改善し、VFDの過電圧アラームをトリガーするリスクを低減します。.
  3. 過電圧スレッショルドを780Vに上げる（デフォルト：760V） を与える。 DCバス ヘッドルームが増え、システムのフォールトトレランスが強化される。.
  4. 搬送波周波数の低下（例：4kHzから2kHzへ） 高調波スタッキングとスパイク電圧を低減し、制動抵抗器の寿命を向上。.
  5. バス・インピーダンス・マッチングを改善するために6 mm²ケーブルに交換する 電圧変動を低減し、システムの安定性を高める。.
  6. 出力リアクターの設置 高周波の高調波と電磁干渉を抑制し、モーターと電磁波の両方を保護します。 VFDドライブ.
  7. 並列制動抵抗器による高電力容量化 4.8kWの抵抗器を2つ並列に使用すれば、電力は2倍の9.6kWになり、抵抗値は16Ωに下がるため、エネルギー吸収能力が大幅に向上する。.

結論VFDの過電圧＝再生リスクの見誤り

これは単に制動抵抗器のパワー不足の問題ではない。高い慣性によって引き起こされる回生効果をシステム全体で過小評価しているのだ。このような用途では、従来の制動抵抗器では不十分なことが多い。正確なVFD制動抵抗器のサイジング、または回生VFD技術へのアップグレードのみが、この問題を完全に解決することができます。.

エンジニアにとって、VFDの過電圧を理解することは、故障コードを読み解くことにとどまりません。動的エネルギー・フィードバックとシステム・レベルの設計を完全に把握する必要があります。この事例が、同じような現場での故障に対処する際の明確なアプローチと自信につながることを願っています。.

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