VFD負荷用電圧安定器：容量決定および選定ガイド

可変周波数駆動装置 （VFD）は、ポンプ、ファン、コンプレッサー、コンベヤ、HVACシステム、生産機械など、多くの産業用途で使用されています。.

VFDはモーターの回転速度を非常に正確に制御できますが、不安定な電源を補正することはできません。入力電圧が低すぎたり高すぎたりすると、VFDはアラームを表示したり、トリップしたり、あるいはモーターを停止させたりすることがあります。.

このような状況では、a VFD用電圧安定器 これにより、入力電圧をより安定した範囲内に保つことができます。.

しかし、VFD用のAVRを選ぶ際は、通常の負荷用を選ぶ場合とは少し異なります。VFDの入力電流、電圧範囲、高調波、および最低供給電圧を考慮する必要があります。.

このガイドでは、主なポイントをわかりやすい言葉で解説し、適切なものを選ぶ方法を紹介します。 電圧安定装置 サイズ。.

VFDの直前に電圧安定器は必要ですか？

必ずしもそうとは限りません。.

ほとんどのVFDは、一定の入力電圧範囲内で動作します。工場の電源がこの範囲内に収まっている場合は、外部の電圧安定器は必要ないかもしれません。.

電圧が頻繁に低くなりすぎたり高くなりすぎたりすると、問題が発生します。.

例えば、ある工場では公称400 Vの電源が供給されている場合でも、多数の機械が稼働していると実際の電圧が340 Vまで低下することがあります。また、発電機で稼働している工場では、負荷が増減した際に電圧が変動することもあります。.

この場合、基本的な関係は次のとおりです：

電力設備／発電機 → 電圧安定器 → 可変周波数駆動装置（VFD） → モーター

スタビライザーは、交流電圧がVFDに到達する前に、その電圧をより安定した状態に保ちます。.

この2つのデバイスはそれぞれ異なる役割を担っていることを理解することが重要です：

• 電圧安定器： 供給電圧を安定に保ちます。.
• VFD： モーターの回転速度とトルクを制御します。.
• ラインリアクトル： 入力電流の歪みや電気的ストレスを軽減するのに役立ちます。.
• 高調波フィルター： 高調波歪みを低減します。.
• UPS： バックアップ電源や短時間の電源維持機能を提供します。.

電圧変動がVFDに与える影響

VFDは、常に正確に400 Vの電圧を必要とするわけではありません。通常、メーカーによって規定された許容入力電圧範囲があります。.

本当の問題は、供給量がその範囲を外れたり、限界値に非常に近づいたりした場合です。.

一般的な原因としては、次のようなものがあります：

• 長い電源ケーブル；;
• 脆弱な公共インフラ網；;
• 小柄な 変圧器;
• 同一の電力系統から起動する大型モーター；;
• 発電機出力；;
• 遠隔地の工場；;
• プラント負荷の大幅な変動。.

入力電圧が低下すると、VFDがDCバスに供給できる電圧が減少します。モーターに必要な電力が変わらない場合、入力電流が増加する可能性があります。.

電圧が低くなりすぎると、VFDは最終的に以下の表示を行う可能性があります。 低電圧故障.

高電圧は逆の問題を引き起こす可能性があります。入力電圧が高すぎると、VFDのDCバス電圧も上昇し、次のような問題を引き起こす可能性があります。 過電圧故障.

したがって、AVRを購入する前に、VFDの入力電圧を測定しておくことをお勧めします。実際の最小電圧と最大電圧を把握しておくことは、単に公称電圧を知るだけよりもはるかに有用です。.

VFDの内部では何が起きているのか？

一般的なVFDでは、まず交流電力を直流電力に変換します。その後、直流バスからインバータ部に電力が供給され、そこでモーター用の可変周波数の交流電力が生成されます。.

基本的な手順は以下の通りです：

AC入力 → 整流器 → DCバス → インバータ → モーター

従来の三相ダイオード整流器の場合、DCバス電圧は概ね次のように推定できます：

V_DC ≈ 1.35 × V_LL

例えば、400 Vの三相電源の場合：

400 × 1.35 ≈ 540 VDC

電圧が340 Vまで低下した場合：

340 × 1.35 ≈ 459 VDC

これらは概算値です。実際のDCバス電圧は、VFDの設計、負荷、および入力電力の品質によって異なります。.

要点は単純です： AC入力電圧が大幅に低下すると、利用可能なDCバス電圧も低下します。.

そのため、特にモーターに重い負荷がかかっている場合、著しい電圧低下によりVFDがトリップすることがあります。.

VFDは高調波を発生させるのか？

はい。ダイオード整流器を備えた標準的なVFDは、交流電源から完全に滑らかな電流を引き出しているわけではありません。.

直流バス用コンデンサが充電される際、入力電流はパルス状に流れ込みます。これらの電流パルスには高調波成分が含まれています。.

VFDが1台だけの小規模なケースでは、これは大きな問題にはならないかもしれません。しかし、大型のVFDが多数設置されている工場では、高調波が重要な問題となる可能性があります。.

高調波電流は、以下の箇所で発熱を増加させる可能性があります：

• トランスフォーマー；;
• ケーブル；;
• 開閉装置；;
• 発電機；;
• 電圧安定器。.

また、電気系統における電圧の歪みを引き起こす原因にもなり得ます。.

電圧安定器はVFDの高調波を除去しますか？

いいえ、普段はそうではありません。.

一般的なサーボ式または静的電圧安定装置は、主に電圧を調整するように設計されています。これは高調波フィルタではありません。.

高調波が過大である場合、システムには以下のような追加の機器が必要になる可能性があります：

• 交流ラインリアクトル；;
• DCが詰まる；;
• 受動型高調波フィルタ；;
• 能動型高調波フィルタ；;
• アクティブ・フロントエンド型VFD。.

簡単に言えば、, AVRは電圧を制御し、高調波フィルターは高調波を抑制します。.

VFD用の電圧安定器の選定方法

よくある間違いの一つは、モーターのkW値だけに基づいてスタビライザーのサイズを決定してしまうことです。.

VFDの用途では、まずは VFDの入力電流.

1. VFDの入力電流を確認する

VFDの銘板またはデータシートを確認し、以下の項目を探してください：

• 入力電圧；;
• 定格入力電流；;
• 最大入力電流（記載がある場合）；;
• 周波数；;
• 入力力率；;
• 過負荷定格。.

VFDがすでに稼働している場合は、測定された電流値も参考になることがあります。.

2. 必要なkVAを算出する

三相系統の場合：

kVA = √3 × V × I / 1000

例えば、VFDが400 Vで動作し、90 Aを消費する場合：

kVA = 1.732 × 400 × 90 / 1000 ≈ 62.4 kVA

So the load is about 62 kVA under these conditions.

This gives you a much better starting point than using the motor kW alone.

3. Check the Lowest Input Voltage

This point is very important for an AVR.

Suppose a 60 kVA load needs a stable 400 V output, but the input voltage can fall to 320 V.

The approximate current at 320 V is:

I = 60,000 / (1.732 × 320) ≈ 108 A

At 400 V, the current is only:

I = 60,000 / (1.732 × 400) ≈ 87 A

So when the input voltage is low, the stabilizer has to handle more current.

Always check the stabilizer capacity at the lowest input voltage, not only at the nominal voltage.

4. Leave Some Capacity Margin

It is usually better not to run the stabilizer continuously at 100% of its rated capacity.

A preliminary margin of around 20–30% can be considered for many industrial applications. The actual margin depends on the load, temperature, harmonics, operating time and future expansion.

Calculated Load	Possible Preliminary AVR Size
30 kVA	About 40 kVA
50 kVA	About 60–65 kVA
80 kVA	About 100 kVA
100 kVA	About 125 kVA

These are simple preliminary examples. The final AVR size should be checked against the actual site conditions.

Can One AVR Supply Several VFDs?

Yes. One three-phase voltage stabilizer can supply several VFDs if its capacity is large enough.

例えば、こうだ：

• VFD 1: 40 kVA
• VFD 2: 30 kVA
• VFD 3: 25 kVA
• VFD 4: 20 kVA

Total load:

40 + 30 + 25 + 20 = 115 kVA

With a preliminary 25% margin:

115 × 1.25 ≈ 144 kVA

A 150 kVA voltage stabilizer could therefore be considered as a starting point.

But first check whether all four VFDs really run at full load at the same time. If they do not, the actual required capacity may be lower.

For large plants, measured load data is always better than making assumptions from motor nameplates.

Servo vs Static Voltage Stabilizer for VFD

Both servo and static stabilizers can work with VFD systems. The better choice depends mainly on how quickly the input voltage changes.

特徴	サーボスタビライザー	静的スタビライザー
電圧調整	自動	自動
応答速度	遅い	Much faster
Moving parts	はい	No mechanical regulating parts
メンテナンス	Some mechanical maintenance	Generally lower
Large capacity	Widely available	Available depending on design
コスト	Usually lower	Usually higher

When Should You Choose a Servo Stabilizer?

A servo stabilizer is often a good choice when the voltage changes slowly and the main problem is long periods of undervoltage or overvoltage.

For example, if a 400 V factory supply regularly drops to 350 V during peak production, a servo AVR may be a practical solution.

When Is a Static Stabilizer Better?

A static stabilizer is worth considering when faster voltage correction is important.

It can be a good fit for sensitive industrial equipment, automation systems and applications where the supply voltage changes quickly.

When comparing products, check the actual response and correction time rather than relying only on the word “fast” in a product description.

Do You Need a Line Reactor with a VFD?

A line reactor is sometimes installed between the voltage stabilizer and the VFD:

Utility → AVR → Line Reactor → VFD → Motor

A line reactor adds impedance to the input side of the VFD. It can help reduce current peaks, input current distortion and some electrical stress.

However, not every VFD needs an additional reactor. Some drives already have an AC reactor or DC choke built in.

Check the VFD manufacturer’s recommendation before adding one.

When Is a Voltage Stabilizer Not Necessary?

If the incoming voltage is already stable and stays comfortably within the VFD’s input range, you may not need an AVR.

For example, if your 400 V supply normally stays between 390 V and 410 V and the VFD is designed to accept this range, installing a stabilizer may not provide much extra value.

An AVR also will not normally fix:

• VFD harmonic problems;
• motor bearing current;
• poor grounding;
• motor insulation problems;
• incorrect VFD settings;
• regenerative overvoltage;
• complete power outages.

For example, if a motor produces regenerative energy during fast deceleration, the VFD DC bus may rise too high. An upstream AVR cannot remove this energy. A braking resistor, braking unit or regenerative solution may be needed instead.

What Information Do You Need for an AVR Quote?

Example: Choosing an AVR for a VFD Pump System

VFD Voltage Stabilizer Selection Checklist

Before selecting an AVR, check:

• What is the nominal voltage?
• What is the lowest voltage?
• What is the highest voltage?
• What is the VFD input current?
• How many VFDs will be connected?
• Will they run at the same time?
• Does the VFD have an AC reactor or DC choke?
• Is the system powered by a generator?
• Is the load continuous?
• Is the stabilizer installed indoors or outdoors?

These details are usually enough for a manufacturer to make an initial AVR recommendation.

よくあるご質問

結論

A VFD用電圧安定器 is mainly useful when the incoming power supply has regular and significant voltage fluctuations.

Before choosing an AVR, check four things first:

• 公称電圧
• Minimum voltage
• Maximum voltage
• VFDの入力電流

Then consider the number of VFDs, simultaneous load, harmonics and the required capacity margin.

Remember that an AVR and a harmonic filter solve different problems. The AVR stabilizes voltage, while reactors and harmonic filters are used to deal with harmonic current.

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