モータードライブのソリューション

産業用の厳しい環境では、コンバータ(変換装置)には堅牢性が非常に重要です。もう1つの重要な点はコストです。セミクロンは会社の規模の大小にかかわらず、様々なモータードライブメーカーへパワー半導体を供給する主要なメーカーです。

ある特定用途を除き、現在のモータードライブ技術は主に三相同期または非同期モーターが使用されています。可変速度制御は一般に周波数変換装置で行われ、まず電源をDC電圧に変換し、それをさまざまな周波数の出力に変換します。負荷が回転質量体のような抵抗性であれば、制動時に電気エネルギーが発生し、多くの場合ブレーキ回路の抵抗によって熱に変換しますが、電源へ回生するものもあります。

2象限変換装置

2象限変換装置にはエネルギー回生能力がないため、制動エネルギーを熱に変換する必要があります。これらのコンバータは、主に工作機械のモータードライブなど小容量のモータードライブに使用されます。CIBモジュール(コンバータ・インバータ・ブレーキモジュール)は15kW以下の小・中容量のコンバータでよく使用されています。CIBモジュールには電源整流器、ブレーキチョッパとインバータ回路を構成するすべてのパワー半導体を内蔵しています。

4象限IGBTインバータのブロック図

4象限変換装置

電源回生を行う場合、大容量のモータードライブは4象限動作となります。これは電源側とモーター側に同一回路の2つのコンバータにより構成されます。エネルギー回生能力とは、回生負荷を接続したモーターが発生したエネルギーを電源に回生することができることを意味します。

ソフトスターターのブロック図

サイリスタコントローラーとソフトスターター

非同期モーターの可変速度制御は、各相の逆並列接続したサイリスタによって実現できます。現在この方法は起動電流と起動トルクを制限するためソフトスターターが使用されます。セミクロン製のSEMIPACKサイリスタモジュールを単相または三相でサイリスタを逆並列接続したソフトスターターは高信頼性でコスト効率の良いデバイスです。

モータードライブの例

汎用インバータ

数量的には、あらゆる用途に対応した汎用インバータが周波数変換として最も多く見られます。2または4象限動作のモータードライブは、0.5kWから1MW以上の広い出力容量に対応しています。用途として、ポンプ、ファンなどがあります。

サーボドライブ

サーボドライブは、位置、速度またはトルクを制御する高負荷の用途に使用されます。出力範囲は、主に0.5kWから30 kWまで対応しています。これらの高精度モータードライブは、多くの場合、工作機械や産業用ロボットなどの内部に搭載したモーターを2象限動作で制御しています。

エレベーター用インバータ

エレベーター用インバータの場合、スムーズな動作、高い位置精度、高信頼性、高い負荷サイクル寿命に関して厳しい要求があります。10kW-250kWまでの出力容量のインバータは、2象限または4象限動作で使用します。

高圧インバータ

500kW-5MWの出力容量の高圧インバータは、重工業で広く使用されています。近年この市場では、マルチレベルおよびマルチセル回路構成の重要性が増しています。これらの回路構成では、たくさんのIGBTまたはインバーターセルが直列接続され、パワー半導体の耐圧より非常に高いシステム電圧を可能にしています。これは、コスト効率の良い1700V耐圧のIGBTが3300V以上の高圧インバータに使用できることを意味しています。さらに、マルチレベル回路ではスイッチング時に発生する高調波が低減するのでフィルターの削減が可能となります。

3レベルIGBTインバータのブロック図
出力電圧と出力電流の波形

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