スクリューコンプレッサーは定周波数運転しかできないのでしょうか。

工頻運転と変頻運転とは何か

スクリュ式空気圧縮機が定周波数運転のみ可能であるかどうかを検討する前に、まず両者の基本概念を明確にしておく必要があります。定周波数運転とは、空気圧縮機の電動機が一定の系統周波数で回転し、通常は定格回転数で運転されることを指します。貯気タンクの圧力が上限に達すると空気圧縮機は負荷解除状態となり、圧力が下限まで低下すると再び負荷投入されます。一方、変周波数運転では、インバータによって電動機の動作周波数を変化させることで、無段階に回転数を調整し、空気圧縮機の吐出量をユーザーの実際の消費量とリアルタイムで一致させることができます。

スクリューコンプレッサーは定周波数運転しかできないのでしょうか。

答えは「否」です。スクリューコンプレッサーは必ずしも定周波数運転に限られるわけではありません。コンプレッサーの発展初期には、制御技術やコスト面の制約から、定周波数による定速運転が圧倒的に主流でした。しかし、パワーエレクトロニクス技術と制御理論の成熟に伴い、インバータ制御技術はスクリューコンプレッサー分野にも広く導入されるようになりました。現在、市場には従来型の定周波数駆動のスクリューコンプレッサーに加え、出荷時に標準装備としてインバータを搭載した永磁同期モーター式や一般インバータ式のスクリューコンプレッサーも数多く存在します。さらに、多くの老朽化した定周波数駆動のコンプレッサーについても、後付けでインバータを導入することで省エネ改修が可能です。

商用周波数運転と変頻運転の根本的な違い

• 起動方法：商用周波数の空気圧縮機は、通常、直接始動またはスターデルタ減圧始動を採用しており、始動電流が大きく、電力系統への影響が顕著です。一方、インバータ制御式の空気圧縮機はソフトスタートを実現し、始動電流を緩やかに抑えられるため、電力系統および機械部品への衝撃を極めて小さく抑えることができます。
• 圧力制御：商用周波数方式のコンプレッサーは、負荷の増減によって圧力を維持するため、圧力帯域幅が生じ、圧力変動が発生します。一方、インバータ方式のコンプレッサーは回転数を調整することで一定の圧力を保ち、圧力変動が極めて小さく、供給がより安定します。
• エネルギー消費性能：商用周波数方式のコンプレッサーは、負荷がゼロの状態でもモーターが空回りを続け、多量の無効電力を消費します。一方、インバータ方式のコンプレッサーは、使用ガス量の減少に応じて自動的に回転数を低下させ、さらには休止状態にまで切り替えることで、負荷なし時のエネルギー消費を回避し、全体として顕著な省エネ効果を実現します。

インバータ運転の利点と適用シーン

インバータ制御式スクリューコンプレッサーの最大の優位性は、需要に応じた空気供給にある。用気量の変動が大きい企業においては、インバータ機は用気の変化をリアルタイムで追跡し、頻繁な負荷増減によるエネルギーの無駄を回避できる。また、一定圧力での空気供給により、末端の空気圧機器の運転安定性が向上し、製品品質の向上にも寄与する。したがって、機械加工、電子部品製造、繊維など、用気負荷の変動が激しい業界では、インバータ運転が最適な選択である。

商用周波数運転の適用シーン

インバータ制御技術の優位性は明らかであるものの、定周波数運転が完全に廃止されたわけではありません。企業の空気需要が極めて安定しており、コンプレッサが常に満負荷またはほぼ満負荷で運転される場合には、定周波数コンプレッサの運転効率はインバータコンプレッサとさほど差がありません。さらに、大量かつ一定の空気消費量を有する大規模な集中供給ステーションや、初期設備導入コストに比較的敏感な案件においては、定周波数スクリューコンプレッサは依然として高い費用対効果と信頼性を備えています。

老朽化した空気圧縮機のインバータ改造に関する提案

既存の商用周波数駆動のスクリューコンプレッサーを導入している企業において、用気量の変動が大きく電気料金コストが高いといった課題に直面している場合は、インバータ改造を検討することが有効です。改造に際しては、まず既設のモーターがインバータ運転に対応していることを確認する必要があります。通常のモーターの場合、低周波での運転時に発生する放熱問題を十分に評価し、必要に応じて独立した冷却ファンの追加設置を行ってください。また、インバータの選定については、コンプレッサーの出力および負荷特性に適した機種を選ぶことが重要です。さらに、改造後の安全性と省エネルギー効果を確保するため、専門技術者によるシステム調整を推奨します。