インバーターの電力回生ブレーキについて

Question

機械屋です。
試験装置で、急な加減速をひと月とかの間で繰り返す装置が10台既に稼働しています。
これまではベクトル制御インバーターとブレーキ抵抗器を組み合わせていましたが、電気ストーブの状態になっているのをみると、電力回生で省エネ効果が見込めるのと、夏場は実験室の温度の上昇がひどいのを抑えるという利点があります。
しかし買い物が色々あってそれだけで50万円、それらを22kWのケーブルでつなぐのも結構手間です。
一番の懸念は回生の失効です。
首都圏の電車もインバーターの電力回生が省エネの要のようですが、初電と終電では他に回生電力を消費する電車がいないため、失効して機械ブレーキに頼っている様です。
戻っていかない電流を流すために電圧を上げてリミッターにひっかかるという事でしょうか。
となると、製造ラインの止まっている日曜日の深夜にこの試験装置が1台で動いていたらやはり失効するのでしょうか。
経験された方、いらっしゃいますか？
一台更新するので、その構想をまとめているところです。

皆様、アドバイスありがとうございました。
本日、先方と打ち合わせた結果、該当する急峻な加減速試験の割合は少ない事が判明しましたので、今回の仕様は、確実・安価な従来通りのプレーキ抵抗器とする事にしました。
数々のアドバイスは知識として蓄えさせて頂きます。
失礼いたします。

Accepted Answer

モータ駆動用のインバータは、通常、前段の商用交流を直流に変換する部分
と、後段の直流を可変周波数の交流に変換する部分との2段構成です。
後段の部分は、モータに制動を掛けたときのエネルギーを直流に変換して
回生する能力があります。
前段の商用交流を直流に変換する部分も、ハードウェアと制御手段次第で
直流部で余った電力を商用交流に変換する機能を持たせることが可能です。

従って、純技術的にいえば、回生で生じたパワーを、抵抗器で消費させる
ことなく、電力会社の商用交流回線に返すことが可能です。
上記のように、電力会社に余った電力を戻すような電力の流れを「逆潮流」
といいます。しかし、逆潮流の安全性を担保するには、様々な保護手段が
必要であって、簡単には認可されないようです。

中途半端な手段ではありますが、直流部にバッテリーを設けて、回生で
余った電力を一時的に蓄え、ピーク負荷の際にモータに供給する電力の
サポートをするようなシステム構成が可能です。
複数台のインバータ駆動を一括して、バッテリーによりバックアップすれば
省エネルギーに有効なシステムが組める筈です。インバータ駆動をシステム
受注できるようなメーカーに相談してみてください。

Answer

回答(3)さんが回答されているようにバッテリー補助が有望ですが
回生電流を充放電できるほどレギュレーションの良いバッテリーだと
発電施設などとは比べ物にならないほどサイズと価格が高くなりそう。
加減速の時間が１秒以下とかならキャパシタ蓄電
それ以上ならフライホイール蓄電などを組み合わせる必要があるかな。

加減速をする機械が一時に１～２台でそれ以上同時の時には
抵抗器で放熱というパターンでも良さそうであれば
フライホイール蓄電だけで済む可能性もありますね。

Answer

俺も機械屋です。
ハイブリッド車と太陽光発電の仕組みは、概略ご存知でしょうか？

さて、
> 試験装置で、急な加減速をひと月とかの間で繰り返す装置が10台既に稼働しています。
> これまではベクトル制御インバーターとブレーキ抵抗器を組み合わせていましたが、
> 電気ストーブの状態になっているのをみると、電力回生で省エネ効果が見込めるのと、
> 夏場は実験室の温度の上昇がひどいのを抑えるという利点があります。
であれば、
先ず、回生エネルギーで発電を考えているなら、発電機が必要なのはお解りでしょうね。
次に、発電した電気を使用電圧や周波数に整える機器、太陽光発電ではパワーコンディショナー
的な物が必要です。
最後に、太陽光発電の分電盤のようなものが必要です。
発電しない時は電力会社の電気を使用し、発電している場合は発電した電気を使い、
発電量が多い場合は太陽光発電では売電となるのですが、そんなことをするよりは蓄電器に
蓄電し、発電しない時でも多少使用できるようにしましょう。
（工場全体からみれば蓄電の必要がないか、装置が10台既に稼働していて、太陽電池の接続箱
のようなもので
回生エネルギーである電力を集め、その後はそのパワーに耐えられる機器を一台だけにする
とか、やはり全体を多少構想しながらの機器集め重要となりますよ）

一つ、考えてみてください。(投資効果も含めてね)

Answer

毎度ＪＯです。
回生エネルギーを抵抗器で熱として「捨てる」のは勿体無いので回生コンバータで商用電力の上流へ戻そうと言う事の様です
回生に付いては先の解答に有る通り「それなりの設備」が必要と成ります

そこで提案が有ります
>>急な加減速をひと月とかの間で繰り返す装置が10台既に稼働しています
これに回生コンバータ設備を追加するくらいなら、加減速を繰り返す装置を5台づつに分けて
5台が加速中は残りの5台を減速とします、この上でインバータの直流回路ＰＮを共通とします
産業用の誘導モータ用インバータなら直流回路は外部端子として出ています

すると減速中の回生電力は加速中のインバータで消費され、回生ロスとインバータ回路のロス分のみが設備全体の消費電力と成り非常に省電力と成ります
これには条件が有ります
１）10台の装置の電力容量が同じで有る事
２）10台の装置が同時に加減速している事
つまり加速中の電力容量と減速中の電力容量が同じであれば実現可能で有ります

Answer

電源回生コンバータ 
http://www.mitsubishielectric.co.jp/shoene/products/freqrol_cv.html
http://www.hitachi-ies.co.jp/products/inv/option/rc700.htm
http://www.fujielectric.co.jp/products/inverter/rhc/
https://www.e-mechatronics.com/product/inverter/d1000/index.html

＞製造ラインの止まっている日曜日の深夜にこの試験装置が1台で動いていたらやはり失効

と、言う事から推測すると
１０台のインバータのＤＣラインを並列接続しただけで電源回生コンバータは付けないの？
それとも安価に済ませるために、電源回生コンバータは最小の容量にしたいとか？

もう少し奮発して
（５台のインバータのＤＣラインを並列接続して小容量電源回生コンバータ）ｘ２ライン
とか
１０台のインバータのＤＣラインを並列接続して大容量電源回生コンバータ
とかじゃあだめなの？

＞メーカーのカタログを見ても「都度、問い合わせください」
これは金額が張るからです
金額の張る話でネット掲示板を頼りにしてはイケナイ
まぁ、せいぜい相見積取りなさいと回答するのが精一杯

Answer

交流三相でならインバータと回生コンバータ入れてトルク変換機の負荷側として37kWモータを回生制御させたことはありますが、失効はありませんでした。
まあ入力側も37kWモータでしたけど．．．

盤内配置になるならインバータ、コンバータで相当な熱量になるのでそれなりのFAN風量は必要になるのかと思います。

詳しくは機器構成。構想を電機メーカさんに伝え相談することが一番早いと思います。

インバーターの電力回生ブレーキについて