「インバータ」のご紹介

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「インバータ」のご紹介

1.拡大するインバータ需要

汎用インバータは、パワーデバイスや制御技術の進展に伴い、ユーザの様々な要望にお答えしています。用途もファン・ポンプ等の単体駆動から、ネットワークに対応した高付加価値の機械・装置まで広範囲にわたります。今後も更なる生産効率アップ・省エネルギー化に加え、予防保全や予知保全機能の進化によりユーザのダウンタイム削減へ貢献していきます。

市場規模推移(台数)
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市場規模推移(金額)
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容量別構成比
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2.省エネ効果

ファン、ポンプを商用電源で駆動させる場合、電動機が定速運転するためファンの風量やポンプの流量をダンパやバルブにより調整する方式が一般的に採用されています。
この方式では、風量や流量を下げてもダンパやバルブの損失が発生し、電動機の軸動力の低減が期待できません。
一方、風量や流量は回転速度に比例するため、インバータにより電動機の回転速度を変化させることで風量や流量を調整する方式を採用すると、使用する電力は、回転数の3 乗に比例して減少するため大幅な省エネルギーを図ることができます。
インバータは、標準電動機を使用でき、既設電動機にも接続可能ですので、回転速度制御に最適な可変速装置といえます。

省エネ計算の例

インバータを使うと省エネルギーになるの?
  • ファン・ポンプを、ダンパ(バルブ)制御またはインバータ制御で運転する場合、(流量)と、所要電力の関係は、図1 のようになっています。
  • 風量(流量)が、少ない場合は、特に省エネルギー効果が大きくなります。

図1 省エネ効果

図1 省エネ効果

ダンパ(バルブ)制御をインバータ制御にした場合の省エネ効果

例えば、事務所空調設備での省エネルギー効果は、運転パターンを風量:85%:2000 時間、60%:2000 時間の合計4000時間/年、電動機出力:15kW×1 台

  • ダンパ(バルブ)制御の場合の所要動力量:(15kW×91%×2000 時間:風量85%)+(15kW×76%×2000 時間:風量60%)=50,100kWh/年
  • インバータ使用の場合の所要電力量:(15kW×66%×2000 時間:風量85%)+(15kW×25%×2000 時間:風量60%)=27,300kWh/年
  • 年間の省エネルギー効果:50.100kWh/年-27,300kWh/年=22,800kWh/年
  • 電力料金を16 円kWh とした時の節約効果:22,800kWh/年×16 円/kWh=36.5 万円
  • インバータ代金を45 万円とした時の設備償却年数は、45 万円/36.5 万円=1.2 年
  • 年間のCO2 排出係数※ を0.463kg-CO2/kWh とすると22,800kwh/ 年×0.463kg-CO2/kWh= 10,556kg-CO2/年
    ※ CO2 排出実績(速報値) 2019 年9 月 電気事業低炭素社会協議会
  • 年間のCO2削減効果は約45%

年間電力料金

注:個々の使用条件によって異なります。
図2 ダンパ(バルブ)制御とインバータ制御の比較

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3.インバータの使用状況

汎用インバータ(75kW以下)業種別の出荷実績(国内金額)(2018年度)
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インバータの装着率
2018年度「モータ・インバータに関するユーザ調査」報告書 事業所数 モータ
台数(A)
インバータ
台数(B)
装着率
(B/A)%
全体 216 4,577,905 1,249,927 27.3%
ファン、ポンプ及び圧縮機 13 379,794 74,566 19.6%

インバータの用途は、ますます拡がっていますが、2018 年度「モータ・インバータに関するユーザ調査」報告書(相手機械調査)の結果によれば、インバータの装着率は約27%と、まだまだ低いため、インバータが活躍できる設備に適用することで、より一層の省エネ化を図ることができます。
2018 年度「モータ・インバータに関するユーザ調査」より抜粋(一般社団法人日本電機工業会調べ)

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4.インバータの用途

分類 用途例
建設・土木機械 ・トンネル掘進機・舗装機械
食料品加工機械及び包装機械 ・製パン機・製菓機・製茶機・製麺機・精米麦機・製粉機・ミキサー・スライサー・選果機・内装機・荷造り機・外装機・ラップ包装機
搬送機械 ・クレーン・コンベア・リフト・エレベータ・エスカレータ・駐車装置・自動立体倉庫装置
繊維機械 ・紡糸機・仮より機・延伸ねん糸機・織機・編機・染色仕上機
化学プラント ・ミキサー・押出機・遠心分離機・塗装機破砕機・カレンダ・成形機
木材加工機械 ・製材機・木工機・合板機
金属工作機械 ・旋盤-ボール盤・フライス盤・研削盤・歯切り盤-研磨盤・中ぐり盤
金属加工機械 ・各種ロール・製管機・レベラー・せん断機・伸線機・機械プレス・巻出巻取機
ファン、ポンプ及び圧縮機 ・空調システム・各種ファン・ブロア・上・下水道用給配水ポンプシステム・タンクレス給配水システム・クリーンルーム・冷凍機応用製品・乾燥機
製紙・印刷機械 ・抄紙機・ワインダ・スリッタ・製本機・枚葉印刷機・オフセット印刷機・新聞輪転機
半導体製造装置 ・半導体・液晶製造装置・電子部品製造組立機械
健康-医療・福祉介護関連機器 ・階段昇降装置・介護用ベット・泡風呂・ルームランナー・レントゲン装置・CTスキャナー
生活関連機器 ・業務用洗濯機・業務用アイロン台・洗車機・生ゴミ処理機・集塵機・ホームエレベータ・安全ドア
インバータ応用製品 ・太陽光発電・風力発電・燃料電池・電気自動車など

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5.技術的取組み

  1. 省エネ・高効率化
    インバータで回転数制御することで、省エネを実現できることは知られておりますが、さらなる省エネを目指して、下記の技術に取り組んでおります。
    • ①インバータ自体の高効率化
      低損失化したパワーデバイスの採用により、インバータ自体を高効率化しています。
    • ②モータ自体の高効率化
      電気部の合理的な設計や低損失の材料の使用、また永久磁石の使用等により、モータ自体の高効率化を図っています。(鉄損、銅損などのモータの損失を減らすことで、高効率化を図っています)
    • ③ドライブシステムにおける省工ネ化
      「自動省エネモード・機能」等の搭載により、インバータ・モータ組み合わせ時に、さらなる省エネ・高効率ドライブを提供できるよう機能・性能向上を図っています。
  2. 電源高調波の低減
    リアクトルの高性能化・小形化に加えて、正弦波入力形コンバータを用意しています。また、通商産業省(現経済産業省)より通知された高調波抑制対策ガイドラインの概要とインバータの高調波抑制の原理及びその対策方法について説明したパンフレット「汎用インバータの高調波抑制対策について」を発行しています。
  3. 高周波ノイズの低減対策
    パワーデバイスの低ノイズ化に取り組んでいます。また、インバータのノイズトラブルを防止するためのパンフレット「インバータの上手な使い方(電気ノイズ予防対策について)」を発行しています。
  4. 駆動特性の改善
    速度センサレスベクトル制御やオートチューニング機能の性能向上によって、速い応答のトルク発生、高い速度の安定性が得られるようになりました。
  5. 400 V 級インバータのサージ対策
    400 V 級インバータで汎用モータを駆動する場合のサージ対策に関するパンフレット「400 V 級インバータで汎用モータを駆動する場合の絶縁への影響について」を発行しています。
  6. IoT でのインバータ活用
    ネットワーク技術を活用し、生産性改善、保守やエネルギー管理などにインバータがもつデータを活かす動きがあります。IT 及びOT のプラットフォームがデータを活用しやすくするための情報モデルや辞書定義の標準化検討が進みつつあります。

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●インバータ関連資料

  • <JEM規格・JEM-TR技術資料>
  • JEM 1468 汎用インバータの外形寸法記号(1996)
  • JEM-TR 148 インバータドライブの適用指針(汎用インバータ)(2008)
  • JEM-TR 169 一般用低圧三相かご形誘導電動機をインバータ駆動する場合の適用指針(1990)
  • JEM-TR 201 特定需要家における汎用インバータの高調波電流計算方法(2015)
  • JEM-TR 217 汎用インバータの用語及び標準仕様(2001)
  • JEM-TR 226 汎用インバータ(入力電流20A以下)の高調波抑制指針(2003)
  • JEM-TR 234 インバータの船舶への適用指針(2006)
  • JEM-TR 245 汎用インバータの規約効率の算出方法(2012)

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●インバータ業務専門委員会 参加メーカ (五十音順)

サンケン電気株式会社 https://www.products.sanken-ele.co.jp/prod/powersp/invert/index.html
住友重機械工業株式会社 http://cyclo.shi.co.jp/product/select-category/inveter.html?selection=category
東芝シュネデール・インバータ株式会社 http://www.inverter.co.jp
東洋電機製造株式会社 https://www.toyodenki.co.jp/products/industrial/lineup/
株式会社 日立産機システム https://www.hitachi-ies.co.jp/products/inv/index.html
富士電機株式会社 https://www.fujielectric.co.jp/products/inverter/
三菱電機株式会社 https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/inv/index.html
株式会社 明電舎 http://www.meidensha.co.jp/products/industry/prod_01/index.html
株式会社 安川電機 http://www.e-mechatronics.com/product/inverter/index.html