インバータ（VFD）の選び方｜容量・トルク・回生制動・ノイズ

インバータは交流電源をいったん直流へ変換し、半導体のスイッチングで必要な周波数と電圧の交流を作る装置です。速度を変えられる一方、低速トルク、モーター冷却、減速時の回生、PWMサージ、高周波ノイズなど、商用電源直入れにはない確認項目が増えます。

この記事では、汎用の低圧三相誘導電動機を中心に、仕様書からVFD本体・制動機器・リアクトル・フィルタ・モーターを選ぶ順番を整理します。個別製品の端子結線、パラメータ設定、活線測定、試運転操作ではなく、設計・更新前の判断と記録に範囲を限定します。

インバータが行う3つの変換

この構造から、入力側には高調波、出力側には高いdv/dtを持つパルス、直流リンクには回生エネルギーという別々の課題が生じます。「ノイズフィルタを付ければ高調波も回生も解決」のように一つの対策へまとめません。

選定に必要な9つの入力値

1. 電源：相数、電圧、周波数、許容変動、変圧器容量、想定短絡電流
2. モーター：種類、kW、定格電圧・電流、周波数、極数、効率、絶縁
3. 負荷：定トルク、二乗低減、定出力、始動トルク、最大トルク
4. 速度：最低、基底、最高速度、連続運転する速度範囲
5. 動作：加減速時間、始動回数、正逆転、非常停止、つれ回り
6. 回生：慣性、下降負荷、停止頻度、制動時間、エネルギー
7. 配線：モーターまでのケーブル長、並列台数、シールド、接地
8. 環境：周囲温度、標高、盤内温度、湿度、粉じん、振動
9. システム：制御方式、通信、安全機能、保護、バイパス、保守

三菱電機の機種選定ツールも、モーター定格容量または定格電流を必須入力とし、その後にインバータ仕様、オプション、周辺機器を絞る構成です。kW一致は開始点で、選定完了ではありません。

負荷トルク特性を最初に分ける

同じポンプでも遠心式と容積式では負荷特性が違い、ファンでもダンパ・静圧・慣性で条件が変わります。機械名称ではなく、速度―トルク曲線と運転点で分類します。

ファン・ポンプの省エネを三乗則だけで決めない

相似条件に近い遠心ファン・ポンプでは、流量Qは速度n、圧力Hはn²、軸動力Pはn³におおむね比例します。速度を80％にすると、理想化した軸動力は0.8³＝約51％です。

ただし、配管の静水頭、最低流量、弁、効率曲線、換気量下限がある実設備では、そのまま51％になりません。実測運転点とシステム曲線を使い、低速化で必要流量・圧力を満たせる範囲を決めます。

容量はkWと定格出力電流の両方で選ぶ

メーカーの適用モーターkWは、指定の標準モーター・電圧・極数などを前提にした最大適用容量です。高効率モーター、6極・8極、他社モーター、特殊モーターでは、同じkWでも定格電流が異なります。

まずインバータの定格出力電流がモーター銘板電流以上か確認し、次に負荷率、制御方式、過負荷定格、周囲温度低減を反映します。インバータを大きくしすぎても、電流検出・電子サーマル・ベクトル制御の適用範囲などを外れる場合があるため、無条件の大容量化はしません。

ND・HDなどの負荷定格を製品ごとに読む

一部のインバータは、SLD・LD・ND・HDなど複数の負荷定格を持ちます。同じ筐体でも、負荷定格を変えると適用kW、定格電流、過負荷電流定格、許容周囲温度が変わります。略号と百分率はメーカー・シリーズ固有なので、別製品へ横展開しません。

ファンだから軽負荷定格、コンベヤだから重負荷定格、と名称だけで固定せず、最大負荷電流、加速電流、頻度、温度を実際の定格表へ照合します。必要な電流を必要な時間だけ出せるかが判定の中心です。

過負荷定格はピーク値と時間の組合せ

「150％」だけでは仕様になりません。基準となる定格電流、許容秒数、反限時特性、繰返し条件、周囲温度を一緒に読みます。加速が長い高慣性負荷、衝撃負荷、頻繁な正逆転では、瞬間ピークを通しても熱的に成立しない場合があります。

計算例｜電流定格と加速ピークを二重判定する

例として、モーター銘板電流58A、定常最大電流52A、加速中に78Aが5秒必要な負荷を考えます。候補Aは定格出力60A・過負荷120％、候補Bは定格出力70A・過負荷150％とします。

これは架空仕様で選定順を示す例です。実際は過負荷許容時間、反限時特性、繰返し間隔、温度低減、モーター熱容量、必要加速トルクをメーカーの定格表・選定ソフトへ入力します。

最低速度はトルクと冷却で決める

自冷式モーターは回転子に付いたファンの風量が回転速度とともに下がるため、低速で定格トルクを連続出力すると過熱しやすくなります。電子サーマルを設定しても、冷却条件を新品同様へ戻す機能ではありません。

低速連続運転では、メーカーの許容トルク曲線、負荷率、周囲温度を確認し、必要なら他力通風形・インバータ駆動用モーターを選びます。最低速度は「インバータが出せる最小周波数」ではなく、負荷トルク、冷却、制御安定性、潤滑、機械側の最低速度で決めます。

基底周波数を超えるとトルクは下がる

一般的な誘導電動機では、基底周波数までは電圧/周波数を保って定トルク領域を作り、電源電圧以上を出せない基底周波数超では弱め磁束の定出力領域へ移ります。速度を上げるほど利用できる連続トルクはおおむね低下します。

60Hzモーターを80Hzで回せるかは、インバータの最高出力周波数だけでは決まりません。モーター・軸受・ロータ・ファン・減速機の許容回転数、遠心力、騒音、負荷動力、機械共振を確認します。

制御方式は必要な低速性能から選ぶ

一般的なV/f制御はファン・ポンプなどに使いやすく、センサレスベクトル制御はモーターパラメータから磁束・トルクを推定して低速トルクや速度変動を改善します。エンコーダ付きベクトル制御は、高精度速度制御やゼロ速付近のトルクが必要な用途で候補になります。

「ベクトル制御なら0Hzで必ず定格保持できる」とは限りません。モーター組合せ、オートチューニング、エンコーダ、安全機械ブレーキ、連続/短時間定格を確認します。昇降機の荷重保持を電磁トルクだけへ任せず、法令・機械安全に適合するブレーキを設けます。

加速時間はトルク余裕と慣性で決まる

合成慣性J、平均加速トルクT_a、角速度変化Δωから、概算加速時間はt≈JΔω/T_aです。インバータの設定時間を短くしても、必要トルクと電流が出せなければストール防止が働くか、過電流で停止します。

モーター軸へ換算した負荷慣性、摩擦、重力、製品張力を含めて加速トルクを求めます。電流ピークだけでなく、加速中の二乗平均トルク・電流と、繰返しによるモーター・インバータの熱を確認します。

減速すると回生エネルギーが戻る

回転体を短時間で減速すると、運動エネルギーがモーターを通じて直流リンクへ戻ります。下降負荷では位置エネルギーも連続して戻ります。受け皿がなければ直流母線電圧が上がり、回生過電圧でトリップします。

慣性Jの回転体を角速度ω₁からω₂へ減速するときのエネルギーは、概算でE＝J(ω₁²−ω₂²)/2です。J＝20kg·m²、1500min⁻¹から停止なら約247kJで、10秒停止なら損失を無視した平均は約24.7kWです。頻度とピーク電力を含めて制動抵抗・ユニットを選びます。

制動抵抗と電源回生を使い分ける

制動抵抗は回生エネルギーを熱へ変えます。抵抗値、許容ピーク電力、許容ED、温度、サーマル接点、設置離隔を指定組合せで確認します。抵抗値を小さくすれば強く止まる、という単純な関係ではなく、ブレーキトランジスタの許容電流を超えない下限があります。

長時間の下降や高頻度減速では、抵抗の熱容量より電源回生ユニット・回生コンバータが適する場合があります。電源回生は受電系統へ電力を戻すため、系統条件、高調波、力率、他設備との協調も確認します。直流制動はモーターへ直流を流して停止付近の制動を得る機能で、走行中の大きな回生エネルギーを電源へ戻す機能とは別です。

入力電源・変圧器・リアクトルを確認する

電源相数と電圧を合わせ、許容電圧・周波数変動、相不平衡、停電再始動を確認します。大容量変圧器直下など電源インピーダンスが小さい系統では、入力電流や整流部への負担を抑えるためAC/DCリアクトルが必要になる場合があります。

電源設備容量はモーターkWの合計だけで決めず、インバータの定格入力電流、効率、同時率、高調波、回生方式を使います。MCCB・ヒューズ・漏電遮断器・電磁接触器は、メーカーが指定する定格と組合せを確認します。

高調波と高周波ノイズを分ける

高調波は主に入力整流回路が電源電流波形をひずませる低い次数の成分で、受電点の電圧ひずみ、変圧器・コンデンサへの影響を評価します。高周波ノイズはPWMの急峻なスイッチングが伝導・放射し、センサー・通信・音響機器へ影響します。

高調波にはAC/DCリアクトル、多パルス、PWMコンバータなど、高周波ノイズには配線分離、シールド、接地、EMCフィルタ、キャリア周波数調整などを検討します。JEMAは2025年12月発行のJEM-TR 201へ特定需要家の高調波計算資料を統合し、2026年4月に案内を更新しています。対象需要家・入力電流で適用資料を分けます。

漏れ電流と漏電遮断器を協調させる

インバータとモーターの対地静電容量、シールドケーブル、EMCフィルタ、キャリア周波数によって高周波漏れ電流が流れます。ケーブルが長い、複数台を一括保護する場合は増えやすく、漏電遮断器が不要動作することがあります。

感度をむやみに上げず、インバータ対応の検出特性、必要感度・動作時間、配線長、接地方式をメーカー資料と設備の地絡保護方針へ照合します。漏れ電流対策と感電・火災保護を交換条件にしません。

出力ケーブル長とモーター端子サージ

PWM出力の立上りとケーブルの反射により、モーター端子にはインバータ端子より高いサージ電圧が生じる場合があります。400V級、長いケーブル、古い汎用モーターでは絶縁への影響を特に確認します。

JEMAは、絶縁強化モーター、出力リアクトル・フィルタなどを対策例として示しています。適用可能なケーブル長、キャリア周波数、絶縁仕様、dv/dtフィルタ・正弦波フィルタはインバータとモーター両メーカーへ照合します。

軸受電食と接地を確認する

インバータ駆動のコモンモード電圧から軸電圧が生じ、グリース状態や接地などの条件が重なると、軸受へ放電して電食を起こすことがあります。音・振動だけで断定せず、フルーティング痕、軸電圧、接地、機械構成を調べます。

対策はモーター・容量・機械により、適切な接地、絶縁軸受、軸接地ブラシ、絶縁カップリング、コモンモード対策機器などを選びます。一つの対策を全設備へ機械的に適用しません。

出力側に進相コンデンサを置かない

一般に、インバータ出力とモーターの間へ力率改善用進相コンデンサや汎用サージアブソーバを接続しません。PWM電流により機器・インバータへ過大な負担を与えるおそれがあります。既設直入れ回路をインバータ化するときは、モーター端子のコンデンサを見落とさないでください。

出力側接触器の開閉も、インバータが出力中に行わないことが原則です。商用切替、保守バイパス、複数モーター切替が必要なら、出力停止確認、機械的・電気的インターロック、再始動条件をメーカー指定回路で構成します。

複数モーターを1台で運転する場合

複数の誘導電動機を1台のインバータへ並列接続できる製品では、各モーター定格電流の合計とメーカー係数をインバータ定格出力電流へ照合し、各モーターへ個別の過負荷保護を設けます。一台が停止・拘束してもインバータ全体の電子サーマルだけでは個別保護できません。

途中でモーターを投入・切離す操作、ケーブル合計長、始動同時性、速度差を確認します。IPM・PMモーターなどは1対1接続が指定される製品があり、誘導電動機の並列運転条件を流用しません。

保護機能と安全機能を分ける

過電流、過電圧、電子サーマル、欠相、フィン過熱などの保護機能はインバータやモーターを守るものです。人の安全を確保する非常停止、安全扉、荷重保持には、安全規格に適合する回路と機械ブレーキを別に設計します。

STO（安全トルク遮断）はモーターへトルクを発生させるエネルギーを遮断する機能ですが、主回路端子を無電圧にする断路器ではなく、回転体を機械的に保持する機能でもありません。安全カテゴリ・PL/SIL、停止カテゴリ、残留電圧、再起動防止を機械リスクアセスメントで決めます。

周囲温度・標高・盤内冷却の低減

インバータの定格出力電流は、周囲温度、標高、キャリア周波数、盤内取付、密集条件で低減が必要になる場合があります。盤の外気温ではなく、吸気付近と盤内ホットスポットを見ます。

損失、冷却風量、フィルタ目詰まり、発熱機器の配置、吸排気短絡を含めて盤内熱設計を行います。キャリア周波数を上げてモーター音を下げると、インバータ損失や漏れ電流が増え、定格低減が必要になる製品もあります。

既設更新でパラメータを丸ごと移さない

• 旧・新モーターのkW、電流、極数、効率、基底周波数
• 制御方式、モーターデータ、オートチューニング結果
• 最低・最高周波数、加減速時間、S字、速度ジャンプ
• 電子サーマル、ストール防止、過負荷定格、再始動
• 制動抵抗・回生ユニット、ED、過熱接点
• アナログ入出力、通信、端子論理、スケーリング
• STO・非常停止、商用切替、機械ブレーキの時間
• ケーブル長、EMCフィルタ、リアクトル、漏電遮断器

同じ端子名・パラメータ番号でも意味・初期値・単位が変わる場合があります。設定バックアップを残し、差分表を作り、機械側が安全な状態でメーカーの立上げ手順に従います。

インバータを選ぶ12ステップ

1. 負荷機械と運転シーケンスを時系列にし、安全要求を分離する
2. モーター銘板、特性曲線、絶縁、冷却、許容速度を集める
3. 定トルク・二乗低減・定出力・昇降負荷を分類する
4. 最低・基底・最高速度と各速度の連続トルクを決める
5. 定格出力電流がモーター定格電流以上の候補を選ぶ
6. 加速・衝撃負荷の電流と時間を過負荷定格へ照合する
7. 慣性、減速、下降から回生電力・エネルギー・頻度を求める
8. 制動抵抗、回生ユニット、機械ブレーキを選ぶ
9. 電源容量、リアクトル、高調波、MCCB・漏電遮断器を協調させる
10. 出力ケーブル、端子サージ、漏れ電流、ノイズ、軸受電食を評価する
11. 温度・標高・キャリア周波数の低減と盤内冷却を反映する
12. 保護・通信・安全・試運転・保守を含む仕様書を承認する

仕様書・台帳へ残す30項目

よくある12の誤解

1. モーターと同じkWなら定格電流・負荷に関係なく選定完了
2. ファン・ポンプなら必ず二乗低減負荷で、静圧や最低流量は不要
3. 過負荷定格150％なら時間・繰返し・周囲温度を見なくてよい
4. インバータが0.1Hzを出せれば、モーターは低速で定格トルク連続運転できる
5. 最高出力周波数までモーターは定格トルクを維持できる
6. 減速時間を短くすれば、追加機器なしで必ず早く停止できる
7. 制動抵抗の抵抗値は小さいほど安全で制動力も無制限に増える
8. 高調波、ノイズ、漏れ電流、モーター端子サージは同じ現象
9. 出力側へ進相コンデンサを残すと力率が改善する
10. 複数モーターは合計kWだけ合わせれば個別過負荷保護が不要
11. STOが動作すれば主回路は無電圧で、昇降荷重も保持される
12. 後継インバータなら旧パラメータを全件コピーしてよい

理解度チェック｜オリジナル3問

公式資料・一次情報

• 三菱電機：インバータ機種選定 操作説明
• 三菱電機：FREQROLインバータ Webカタログ
• 三菱電機：FREQROL-E800シリーズ カタログ
• オムロン：インバータの用語・機能 技術解説
• オムロン：インバータ容量・制動抵抗の選定資料
• 日本電機工業会：インバータの技術動向・適用課題
• 日本電機工業会：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
• 日本電機工業会：インバータの上手な使い方（電気ノイズ予防対策）
• 日本電機工業会：汎用インバータ及びサーボアンプの高調波抑制対策
• 日本規格協会：JIS C 61800-5-1:2016 可変速駆動システムの安全要求事項
• 経済産業省：電気設備の技術基準の解釈
• 国土交通省：公共建築工事標準仕様書（電気設備工事編）令和7年版

内容は2026年8月19日に、経済産業省、国土交通省、日本規格協会、日本電機工業会、三菱電機、オムロンの公式・一次12資料へ照合しました。過負荷定格、低速トルク、許容ケーブル長、制動抵抗、温度低減はシリーズ・組合せで変わるため、設計・発注時点のカタログ、取扱説明書、選定ソフトを確認してください。計算例と確認問題は当サイトのオリジナルです。

関連記事

この記事を書いた人：資格太郎電気工事士の独学合格を目指して学習中。kW一致で選定を終えず、負荷トルク、電流・熱、回生、モーター・配線・電源まで一つの仕様書で確認できるよう、公式資料を照合して編集しています。運営者情報を詳しく見る