周波数変換器の自動化システムにおける応用
化学繊維業界とガラス業界における永久磁石同期電動機（PMSM）の変頻速度制御の応用
19世紀には、永続磁石が電動機の製造に使用されていました。今日では、電子技術の急速な進歩により、永久磁石同期電動機（PMSM）と周波数変換器はオープンループ、高速、高精度の変頻速度制御システムを形成しています。これらのシステムは様々な産業部門で広く応用され、従来の直流速度制御システムや電磁スリップ速度制御システムを置き換え、強力な生命力を示しています。
PMSMの回転速度が供給周波数に厳密に比例することはよく知られています。電源周波数の精度が確保されれば、モータの回転速度の精度も保証され、線形的な機械特性が得られます。例えば、ある企業では、二つの独立して動作する同期システムが数ヶ月間連続稼働し、累積速度誤差はほぼゼロでした。
周波数変換器の出力周波数精度が1.0‰ - 0.1‰、またはそれ以上に達することから、制御システムの速度精度も向上します。さらに、このシステムは制御部品が少なく、他のタイプの速度制御システムよりも回路が簡単です。また、PMSMは高い力率、高効率、節電、小型、ブラシレス、高い安全性と信頼性などの利点を持っています。そのため、このシステムは現在、様々な産業部門で広く一般的に使用されています。具体的には、化学繊維業界での巻取り、伸縮、計量、ゴデットローラーへの応用；ガラス業界での平板ガラスの焼鈍炉、ガラス炉の攪拌、エッジローラー（または「引き手」）、瓶成形機への応用などが挙げられます。
化学繊維業界におけるPMSM変頻速度制御の応用
化学繊維の溶融紡糸機にPMSM変頻速度制御システムが成功裏に導入されています（図12-1参照）。紡糸機の計量ポンプ駆動モータにはPMSMを使用し、化学繊維溶液の定量供給を制御するために正確な速度出力を必要とします。これにより紡糸プロセスの要件が満たされます。繊維製品の種類を変更する際には、単純に計量ポンプ駆動モータの速度を調整することでプロセス要件を満たすことができます。
主計量ポンプの出力は通常0.37 kWから11 kWで、モータは4極または6極です。周波数の変動範囲は25 Hzから150 Hzです。通常、一つの周波数変換器で複数のモータを駆動することが選択されますが、専用システム（一モータあたり一変換器）も使用され、それぞれ長所と短所があります。
紡糸の他の重要なプロセス、例えば巻取り、伸縮、ゴデットローラーでは、一定の回転速度またはペアのローラー間の特定の速度比が必要です。変頻速度制御システムは理想的な第一選択肢であり、長期の実践運用によって確認されています。変頻速度制御を採用した後、紡糸ラインの速度は3,000 m/minから7,000 m/minに達します。内部加熱要素を備えた伸縮ローラーは一定速度での動作を必要とし、付随するPMSMの出力は0.2 kWから7.5 kWで、高速二極モータが選択され、周波数調整範囲は50 Hzから250 Hzです。変頻制御を使用することで、高い起動トルク、速い加速、厳しい起動条件（硬起動）の要件を満たすことができます。
ガラス業界におけるPMSM変頻速度制御の応用
フロートガラス焼鈍炉の主駆動用の変頻速度制御システムは、中国の数十の生産ラインで適用され、元の直流駆動を置き換え、満足のいく経済的効果を達成しています。
フロートガラス生産ラインでは、溶融炉からの高温ガラス液がライン上で徐々に冷却され、固化後、焼鈍炉で熱処理を受け、その後冷端で切断、検査、梱包など下流工程に進みます。焼鈍炉プロセスには厳しい要件があり、約200メートルの長さにわたってすべてのローラーが継続的に均一に動作する必要があります。停止は絶対に許されず、それが大きな経済的損失につながります。
この応用では、TYB100-8三相希土類PMSMとFuji G5周波数変換器が選択されました。このシステムは数万時間にわたり安全かつ継続的に動作し、各方面から賞賛を得ています。その主な利点は以下の通りです：
- 高い速度精度（最大0.4%）：製品の厚さ公差を確保し、原材料を節約し、明確な経済的利益をもたらします。
- 高い信頼性：メンテナンス作業量を削減します。
- 節電：システム構成部品が少なく、モータ自体の高い効率により。
- コンパクトで軽量な設計：設備が小さく軽くなります。
ガラス溶融炉内の攪拌機は以前は直流駆動を使用していましたが、高温環境とメンテナンスの難しさを考慮し、1995年以降、変頻速度制御システムが採用されています。具体的には、二つのTYB400-8モータがこの目的で使用されています。動作要件は以下の通りです：
二つのモータはそれぞれの攪拌機を駆動し、高温炉内のガラス溶液を撹拌します。混合の一様性を確保するため、炉槽内の「死区」は許されません。そのため、二つの攪拌機の作業領域は少し重なりつつ、回転パドルが衝突しないように配置される必要があります。作業領域の模式図は図12-2に示されています。
もし回転速度n1とn2が異なる場合、その累積効果により最終的に攪拌機のパドルが衝突する可能性があります。このシステムの長期的な実用化により、パドルの衝突は確認されておらず、速度精度が要件を満たしていることが確認されています。
エッジローラー（または「引き手」）への変頻速度制御の応用も優れた結果をもたらしています。ガラス生産ラインでは、溶融ガラスが液体状態から塑性半固体状態へ徐々に変化する過程で、平面に引き延ばし、平坦化する必要があります。エッジローラーはこの重要な機能を果たします。その駆動モータは連続的に無段階の速度制御を提供しなければなりません。各引き手モータの速度は、作業点温度やガラスの種類に基づいて事前に設定する必要があります。これには優れた制御システム性能：広い速度範囲、高い速度精度、良好なダイナミック応答が必要です。したがって、既存のZ₂-12、0.6 kW、1500 r/min DCモータ速度制御システムは、TYB500-6、125 V、50 Hz三相PMSMに置き換えられました。周波数変換器の動作範囲は10 Hzから150 Hzで、モータの速度範囲は200 r/minから3000 r/minです。DCモータを同期モータに置き換えることで、生産自動化の高度化、品質の向上、重量の軽減、集中的な制御の容易さなどの利点があります。
