産業機器用の AC ドライブまたは DC ドライブ?新規インストールとレガシー システムのための実践的な意思決定ガイド

新しいポンプ ステーションと 20 年前の DC 巻線機は両方とも可変速度制御を必要とするかもしれませんが、同じ選択ロジックで開始するべきではありません。--実際の AC ドライブと DC ドライブの決定は、すでに取り付けられているモーター、負荷、必要な速度とトルク、ブレーキ動作、フィードバック、制御アーキテクチャ、メンテナンス能力、および予想される機械寿命によって決まります。

多くの新しい可変速マシンでは、可変周波数ドライブ (VFD) を備えた AC モーターが、エンジニアが最初に評価するアーキテクチャの 1 つです。既存のDCマシンは異なります。モーターが正常で、ドライブが引き続きサポート可能で、生産が安定している場合、DC システムを維持または交換する方が、完全な変換よりもリスクが少なくなる可能性があります。

このガイドでは、その決定に焦点を当てます。より広範なテクノロジーの比較については、次のサイトを参照してください。AC ドライブと DC ドライブ: 8 つの主な違いと産業用途向けの選択方法ガイド。ここでの焦点は、新規インストール、故障したドライブ、またはレガシー システムについて最初に何を評価するかです。

ドライブの種類ではなくプロジェクトの種類から始める

ブランドや電力評価を比較する前に、プロジェクトを定義します。

これはスクリーニングツールであり、最終的な選択ではありません。モーターのデータ、負荷の動作、ブレーキ、フィードバック、環境、自動化要件、ライフサイクルが結果を決定します。

AC ドライブ システムと DC ドライブ システムの違い

AC ドライブ (通常、可変速アプリケーションでは VFD) は、出力周波数と電圧を調整することによって AC モーターを制御します。一般的な VFD は、入力 AC を DC に整流し、DC バスに保存し、インバーターを使用して制御された AC 出力を作成します。 V/f、センサーレス ベクトル、閉ループ ベクトル制御により、さまざまなレベルのトルク応答と速度調整が可能になります。{2}}

DC ドライブは、電機子および界磁制御を通じて DC モーターを制御します。一部のシステムでは、エンコーダまたはタコメータのフィードバックも使用します。

重要な問題は互換性であり、どのテクノロジーがより新しいと思われるかではありません。従来の VFD は AC モーターを対象としていますが、DC ドライブは DC モーターを中心に構築されています。その違いは、交換範囲、フィードバック、ブレーキ、配線、PLC 統合、および試運転に影響を与える可能性があります。

VFD の詳細な操作とサイズ設定については、弊社の可変周波数ドライブ (VFD) とは何ですか?ここでこれらの基本を繰り返すのではなく、ガイドを参照してください。

AC ドライブまたは DC ドライブの選択を実際に決定する要因

1. モーターから始める

モーターが AC か DC かを記録し、メーカー、モデル、定格電圧、定格電流、kW または HP、定格速度、フィードバック デバイスをキャプチャします。

交換プロジェクトの場合、多くの場合、「30 kW のドライブが必要です」などのリクエストよりも、モーターとドライブの銘板の鮮明な写真の方が役立ちます。同じ公称電力のモーターでも、電流、電圧、速度、熱、過負荷の要件が異なる場合があります。従来の DC モーターの場合は、可能な場合はアーマチュアとフィールドのデータも記録します。

2. トルク、速度、制御要件を定義する

「DC の方がトルクが優れている」とか「AC の方が最新的」などと比較を軽視しないでください。始動トルク、連続トルク、最小速度と最大速度、加速度、減速度、過負荷デューティ、および必要な速度安定性を定義します。

ポンプは、積載コンベヤ、押出機、ホイスト、ワインダーとは異なります。モーター出力が同じ 2 台の機械であっても、起動時または低速運転時の負荷の動作が異なるため、異なる制御方法が必要になる場合があります。

基本的な V/f 制御は、多くのポンプやファンに適しています。センサーレスベクトル制御により、より優れたトルク応答が得られます。閉ループ制御は、より厳しい低速性能やフィードバックベースの調整が必要な場合に適しています。-

3. フィードバック、ブレーキ、回生を早期にチェックする

既存のエンコーダまたはタコメータが、提案された代替品と互換性があると想定すべきではありません。デバイス、信号タイプ、配線、および制御システムがそれをどのように使用するかを記録します。

ブレーキをかけるとドライブのアーキテクチャも変わる可能性があります。機械が逆転するかどうか、負荷がモーターを駆動できるかどうか、制御された急速な減速が必要かどうか、および機械が動作中にエネルギーを返すかどうかを検討してください。

ホイスト、クレーン、エレベーター、ワインダー、および高慣性装置には特に注意が必要です。一部のアプリケーションでは、制御されたランプまたはダイナミック ブレーキのみが必要です。再生成が必要な場合もあります。制動抵抗器と回生システムは同じものではありません。

4. エネルギー、メンテナンス、サイトの状態をシステムレベルで比較する

「AC は常に効率的です」などの発言は避けてください。ポンプやファンの場合、フルスピードで動作させて機械的に出力を絞るのではなく、プロセスの需要に合わせて速度を調整することで節約が得られることがよくあります。他の機械の場合は、負荷プロファイル、稼働時間、モーター効率、制御方法、回生動作によって結果が変わる可能性があります。

メンテナンスもモーターとドライブの要件に分けて行う必要があります。ブラシ付き DC モーターには、ブラシと整流子が含まれています。 AC モーターはこれらの特定の摩耗部品を回避しますが、VFD は依然として電子機器、冷却、きれいな空気の流れ、および適切な動作条件に依存します。

周囲温度、関連する高度、ほこり、湿度、筐体要件、換気、利用可能なパネルスペースを確認してください。カタログ評価によって実際の設置環境を確認する必要がなくなるわけではありません。

5. ドライブを自動化システムの一部として扱う

ハードワイヤード I/O、アナログ基準、エンコーダ信号、PLC ロジック、HMI 診断、および EtherNet/IP、PROFINET、Modbus などの産業用ネットワークをチェックします。

同じネットワークをサポートしても、2 つのドライブが自動的に交換可能になるわけではありません。制御ワード、オプション モジュール、パラメータ構造、障害処理、および PLC マッピングは異なる場合があります。

ライフサイクルもこのチェックに含まれます。重要なスペアのリードタイムが長い場合、サポートが減少している場合、またはマシンがさらに何年も稼働すると予想される場合、技術的に適切なドライブは長期的な選択肢には依然として適さない可能性があります。-

新規インストールと従来の DC システムの比較

新しい機械を設計している場合

新しいマシンにより、エンジニアリング チームはより多くの自由を得ることができます。モーターと機械負荷から始めて、デューティ、速度、トルク、過負荷、ブレーキ、制御方法、フィードバック、ネットワーク、環境、ライフサイクル要件を定義します。

現在の多くの可変速アプリケーションでは、AC モーターと VFD が早期に評価されます。だからといって、アプリケーション エンジニアリングの必要性がなくなるわけではありません。ホイスト、調整されたプロセスライン、高慣性装置、および要求の厳しい低速負荷には、依然として特別な制御とブレーキの見直しが必要です。

まずアーキテクチャを選択します。エンジニアリング要件が明確になったら、ブランドとモデルを比較します。

すでに稼働している DC システムがある場合

古い DC システムが古いという理由だけで、安定した DC システムを交換しないでください。モーターが正常で、生産要件が満たされ、メンテナンス チームが機器を理解し、重要なスペアが利用可能な状態にある場合、保持は合理的です。

ただし、システムの維持にはライフサイクル計画を含める必要があります。重要なモデル番号を記録し、スペアおよび修理のオプションを特定し、繰り返し発生する障害を監視し、交換または移行の検討を開始する条件を定義します。

既存の DC ドライブが故障した場合

ドライブに障害が発生すると、通常、修理、互換性のある DC の交換、または AC モーターと VFD の移行という 3 つのパスが作成されます。

生産を迅速に再開する必要があり、モーター、フィードバック、PLC ロジック、ブレーキ アーキテクチャ、および機械がまだ正常である場合、互換性のある代替品が魅力的になる可能性があります。障害が繰り返される場合、部品の調達が困難になる場合、モーターのメンテナンスが増加する場合、制御が最新化される場合、または機械の寿命が長い場合、移行の重要性が高まります。

詳細な保持、交換、または移行ワークフローについては、次の Web サイトを使用してください。DC ドライブ改造ガイド。この記事は選択ガイドとして残りますが、レトロフィット ガイドは完全な変換プロセスを扱います。

VFD は DC ドライブの代わりに使用できますか?

通常、1 対 1 の電気的な交換ほど単純ではありません。従来の産業用 VFD は AC モーターを制御しますが、DC ドライブは電機子回路と界磁回路を使用して DC モーターを制御します。したがって、AC アーキテクチャへの移行は、ドライブ以外にも影響を与える可能性があります。

VFD の価格だけでは改造コストを説明できないのはこのためです。完全にインストールされたプロジェクトを比較します。

ライフサイクル リスクが改修リスクを超え始めた場合、移行を評価する価値があります。繰り返される故障、長い予備リードタイム、定期的なサービス、計画的なシャットダウン、制御の最新化、または長い機械の残り寿命が一般的なトリガーです。

用途別選定

機器名だけでドライブを決めることはできません。 2 つのコンベヤには異なる始動負荷が設定される可能性があり、2 つのホイストには非常に異なるブレーキ要件が設定される場合があります。

2 つの実用的な選択シナリオ

シナリオ 1: 新しいポンプまたはファン システム

モーターの電圧と定格電流から始めて、動作プロファイルを定義します。プロセスの要求が大幅に変化する場合、機械的なスロットリングだけに依存するのではなく、モーターの速度が要求に追従できるため、可変速制御が価値がある場合があります。

次に、必要な制御方法を選択し、PLC 通信、キャビネット環境、プロジェクト固有の高調波または EMC 要件を確認します。 AC モーターと VFD が結果として得られるアーキテクチャになる可能性がありますが、決定は機器名ではなくプロセス データに基づいて行われます。

シナリオ 2: 老朽化した DC ワインダーまたはホイスト

DC モーターと既存のドライブの状態から始めます。次に、象限動作、エンコーダまたはタコメータのフィードバック、逆転、回生、低速トルク、PLC の統合、予備の可用性、および許容可能なダウンタイムを特定します。

互換性のある DC の代替品により、本番環境のリスクを限定しながら実証済みのアーキテクチャを維持できる場合、それが現実的な短期的な選択肢となる可能性があります。{0}}サポート性が低下しており、マシンの使用期間がまだ何年も続く場合は、同じデータで AC 移行の調査をサポートできます。

購入価格だけでなく総所有コストも比較

ドライブの価格が低いからといって、必ずしもプロジェクト コストが下がるとは限りません。ハードウェア、エンジニアリング、設置、試運転、ダウンタイム、メンテナンス、スペアパーツ、ライフサイクル リスクを比較します。

DC から AC への変換の場合、ハードウェアには新しいモーター、VFD、ブレーキ装置、フィードバック、フィルター、保護コンポーネント、およびパネルの変更が含まれる場合があります。エンジニアリングには、図面、PLC および HMI の変更、テスト、試運転が含まれます。

ダウンタイムについては別途注意が必要です。生産の許容範囲を超えてシャットダウンが長引く場合、技術的に魅力的な改修は依然としてビジネス上の不適切な決定となる可能性があります。計画的に再構築すると、はるかに優れた最新化ウィンドウが作成される可能性があります。

単純なプロジェクトのフレームワークは次のとおりです。

TCO=ハードウェア + エンジニアリング + 設置 + ダウンタイム + メンテナンス + ライフサイクル リスク

これは意思決定の枠組みであり、会計基準ではありません。

ドライブを選択する前にどのような情報を準備する必要がありますか?

有用なサプライヤーへの問い合わせには、不適切なオプションを排除するのに十分な情報が含まれている必要があります。

AC ソリューションがすでに適切である場合は、次の手順に進んでください。可変周波数ドライブ産業用ドライブ ファミリを比較するカテゴリ。詳細なサイジングと制御方法については、VFDガイド。プロジェクトにインストールされた DC マシンが含まれる場合は、DC ドライブ改造ガイド単純な交換品として扱う前に。

SZCT オートメーションの場合、ドライブとモーターの銘板、アプリケーションの詳細、電圧と電流、PLC またはネットワークの要件、数量、および仕向国は、kW または HP 単独よりもはるかに強力な製品評価の出発点となります。

避けるべきよくある選択ミス

kW または HP のみで選択するのが最も一般的な間違いです。定格電流、電圧、過負荷、速度範囲、制御方法、ブレーキ、環境、自動化の互換性はすべて、正しい選択を変える可能性があります。

すべての古い DC システムを変換する必要があると考えるのも危険です。安定したレガシー システムは依然として経済的にサポートできる可能性があります。逆の仮定も同様にコストがかかる可能性があります。繰り返される障害とスペアの可用性の縮小により、最終的には、緊急修理を繰り返すよりも、計画された移行の方が賢明になる可能性があります。

最後に、VFD をドロップイン DC 交換品として扱ったり、同じプロトコルを使用する 2 つのドライブが PLC 内で同じように動作すると想定したりしないでください。{0}互換性は、モーター、フィードバック、ブレーキ、制御、ネットワーク、およびマシンのレベルで検証する必要があります。

最終決定チェックリスト

マシンの信頼性が高く、モーターが健全で、重要なスペアが管理可能で、メンテナンスが許容範囲内にあり、移行リスクが予想される利点よりも高い場合は、DC システムを維持します。

アーキテクチャが実証され、生産変更を最小限に抑える必要があり、電気、フィードバック、制御、ブレーキ、および機械的要件が検証できる場合には、互換性のある DC 代替品を選択してください。

障害が繰り返される場合、サポート性が低下する場合、メンテナンスが増加する場合、制御が最新化される場合、またはマシンの残りの生産寿命が長い場合に、AC モーターと VFD の移行を評価します。

新しいマシンの場合は、最初に負荷と制御の要件を定義します。次に、モーターとドライブのアーキテクチャを選択し、続いてブランド、モデル、オプションを選択します。

よくある質問

 

 

AC ドライブと DC ドライブの主な違いは何ですか?

AC ドライブは、通常、出力周波数と電圧を変更することによって AC モーターを制御します。 DC ドライブは、アーマチュアとフィールド制御を使用して DC モーターを制御します。実際には、負荷デューティ、トルク、ブレーキ、フィードバック、自動化の統合、メンテナンス、ライフサイクルも重要です。

ACドライブはVFDと同じですか?

多くの業界の議論では、「AC ドライブ」は VFD を指しますが、この用語は普遍的に同一ではありません。 VFD は、出力周波数と電圧を変化させることによって、AC モーターの速度を特に制御します。

VFD は DC モーターを駆動できますか?

従来の産業用 VFD は AC モーター用に設計されているため、標準の DC モーターの直接コントローラーとして扱うべきではありません。通常、DC から AC への変換にはシステム レベルの評価が必要です。

低速トルクに優れているドライブはどれですか?

普遍的な勝者は存在しません。結果はモータ、制御方式、フィードバック、速度範囲、連続トルク、起動トルク、過負荷デューティによって異なります。最新のベクトル制御 AC ドライブは強力な低速性能を提供できる一方で、多くの DC システムは要求の厳しいアプリケーションでも引き続き効果的です。

AC ドライブと DC ドライブではどちらがエネルギー効率が高いですか?

完全なモーター駆動システムを比較してください。負荷プロファイル、動作時間、モーター効率、速度範囲、制御方法、スロットル損失、回生動作はすべて、エネルギー使用に影響を与える可能性があります。

ドライブの見積もりの​​ためにサプライヤーに何を送ればよいですか?

完全な既存のドライブ モデル、鮮明なドライブとモーターの銘板の写真、電圧と定格電流、機械の用途、速度と負荷の要件、ブレーキ情報、PLC またはネットワークの詳細、数量、および仕向国を送信してください。

結論

AC ドライブまたは DC ドライブの最適な決定は、優先テクノロジではなく、マシンから始まります。新規設置の場合は、モデルを比較する前に、モーター、負荷、速度、トルク、ブレーキ、制御、ネットワーク、および環境を定義します。既存の DC システムの場合、最初に実際のプロジェクトが保守、交換、または移行のいずれであるかを決定します。

DC システムの信頼性とサポート性が維持されている場合、それを維持することが最もリスクの低い選択である可能性があります。故障やライフサイクルの問題が増加している場合、AC モーターと VFD の移行は構造化されたエンジニアリングのレビューに値する可能性があります。

製品の評価または見積もりについては、既存のドライブ モデル、モーターの銘板、アプリケーションの詳細、電圧と電流、PLC またはネットワークの要件、数量、および仕向国を SZCT Automation に送信してください。この情報により、技術チームは適切なオプションを特定するためのより強力な出発点を得ることができます。

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