インバータが減速中に過電圧で止まる理由|回生で直流の電圧が上がる。主な対策は減速時間・ストール防止・ブレーキ抵抗・電源回生の4つ

インバータが減速中に過電圧で止まる理由のアイキャッチ。制御盤のインバータをのぞきこむ技術者とカピバラ モータとインバータ

インバータで減速させると、モータは発電機になり、電力をインバータへ返します。これを回生といいます。返ってきた電力でインバータ内部の直流の電圧が上がり、決められた値以上になると、インバータは自分を守るために出力を止めます。三菱電機のFREQROL-A800では、この停止の表示は「E.OV3」で、名称は「減速/停止中回生過電圧遮断」です。

主な対策は4つあります。設定で済むものが2つ、機器を足すものが2つです。減速時間を延ばす、インバータのストール防止などの機能を使う、ブレーキ抵抗やブレーキユニットで電力を熱にする、電源回生コンバータで電力を電源へ返す、の4つです。減速時間を延ばしても、ストール防止が働いても、止まるまでの時間が延びます。機器を足す2つは、機器の費用がかかり、設置場所も要ります。ブレーキ抵抗は熱を出し、許容電力を超える使い方はできません。

減速するとき、モータは発電機になって電力を返す

オムロンの技術解説は、回生をこう説明しています。

モータが減速する、または負荷が降下する時にはインバータにそのエネルギーが返ってきます。この現象を回生と呼び、そのエネルギーを回生エネルギーと呼んでいます。

回っている負荷は運動エネルギーを、高い位置にある負荷は位置エネルギーを持っています。減速や下降で、そのエネルギーがモータを通ってインバータへ戻ってきます。負荷の慣性が大きいほど、戻るエネルギーは多くなります。減速のほかに、昇降機で荷を下ろしているときも、位置エネルギーが戻ってきます。E.OV3は減速・停止中の表示です。荷を下ろしている最中に止まったときの表示は、使う機種の説明書で確かめてください。急に止めるほど、短い時間に戻る電力が大きくなります。

返ってきた電力で直流の電圧が上がり、保護で止まる

インバータの中は、交流をいったん直流にし、その直流から好きな周波数の交流を作る構成です(記事「インバータとは何をする装置か」)。回生の電力は、この直流の部分へ戻り、その電圧を押し上げます。このあとの引用にある「直流母線電圧」「主回路直流電圧」は、どちらもこの直流の部分の電圧のことです。

三菱電機のINVテクニカルニュース「制御方式による減速時間への影響について」(MF-C-004、1999年)は、こう書いています。

回生状態になりますとインバータにはモータから流れ込む回生電力のために、インバータの直流母線電圧が上昇してゆきます。そして母線電圧が一定の電圧を超えますと、過電圧エラーを発生させ出力を遮断してインバータを保護します。

同じ資料は、減速時間との関係も書いています。

減速時間を短く設定しますと、短時間に電力が回生されるために、回生電力を処理しきれず過電圧エラーが発生することがあります。

では、戻った電力を電源へ返す道はあるのか。明電舎の資料「インバータの基礎」(2009年)は、電圧形インバータの電源側の部分(コンバータ部)を、ダイオードで整流する構成として説明しています。回生エネルギーを電源へ返す方法として挙げるのは、コンバータ部をインバータ部と同じ回路構成にしたコンバータです。コンバータ部がダイオードのままでは、戻ってきた電力を電源へ返す道はなく、そのため直流の部分の電圧が上がる、と私は読んでいます。

インバータの中の電力の流れ。電源(交流)、コンバータ部(交流を直流にする、ダイオード)、直流の部分(平滑コンデンサ)、インバータ部(直流を交流にする)、モータと負荷が左から並ぶ。加速中などは電源からモータへ電力を送る。減速中や荷を下ろしているときはモータが発電機になって電力が戻り(回生)、直流の部分の電圧が上がり、規定値以上になるとインバータが出力を止める。戻った電力の行き先を作る対策として、熱にするブレーキ抵抗と、電源へ返す電源回生コンバータがある。明電舎「インバータの基礎」の図4と三菱電機 MF-C-004をもとに作った模式図。

三菱電機は、FREQROL-A800の保護機能の説明で、E.OV3の名称を「減速/停止中回生過電圧遮断」とし、内容をこう書いています。

回生エネルギーにより、インバータ内部の主回路直流電圧が規定値以上となると、保護回路が動作して、インバータの出力を停止します。

同じ説明は、チェックポイントに「急減速運転ではないか」と「負荷イナーシャが大きい用途で、ストール防止が頻繁に動作していないか」を挙げています。電源系統のサージ電圧でE.OV3が出る場合もある、という記述もあります。このときは、回生ではなくサージ電圧が原因です。次に挙げる4つの対策は、回生が原因のときのものです。

主な対策は4つ

4つの対策は、「戻る電力を時間で薄める」もの(減速時間を延ばす、ストール防止)と、「戻った電力の行き先を作る」もの(ブレーキ抵抗・ブレーキユニット、電源回生コンバータ)に分かれます。回生回避機能は動き方を確かめていないので、この分け方に入れていません。

対策していること引き換えになるもの
減速時間を延ばす単位時間あたりに戻るエネルギーを減らす止まるまでの時間が長くなる
ストール防止・回生回避の機能を使うA800のストール防止(過電圧)は、回生エネルギーがインバータの回生エネルギー消費能力を超えると自動で減速をいったん止める(回生回避機能の動きは機種の説明書で確認)ストール防止が働くと、止まるまでの時間が延びる(どれだけ延びるかは、その時の負荷で変わる)
ブレーキ抵抗・ブレーキユニットを付ける戻った電力を抵抗で熱にして捨てる機器の費用と設置場所、発熱。許容電力の範囲でしか使えない(A800の標準構造品でブレーキ抵抗を使うときは、回生ブレーキ使用率が100%に達すると回生過電圧で止まる)
電源回生コンバータを付ける戻った電力を電源へ返す機器の費用と大きさ

減速時間を延ばす

1つ目は、減速時間を延ばすことです。三菱電機のE.OV3の処置にも「減速時間を長くする。( 負荷の慣性モーメントに見合った減速時間にする)。」があります。オムロンの技術解説は、減速時間を長めにすると「単位時間当たりの回生エネルギー量が減少します」としています。

私も、減速中の過電圧で止まるのを経験しています。減速時間を延ばしたことはあります。

ただし、減速時間を延ばすと、止まるまでの時間が延びます。決まった位置や時間で止まらなければならない機械では、延ばせる幅に限りがあります。

ストール防止・回生回避の機能を使う

三菱電機のFREQROL-A800には、減速中に回生エネルギーがインバータの回生エネルギー消費能力を超えると、自動で減速をいったん止める機能があります。三菱電機はA800の説明で「ストール防止(過電圧)」と呼んでいます。

三菱電機のFREQROL-A800の「ストール防止(過電圧)」(表示 oL)は、減速中について、こう説明されています。

モータの回生エネルギーが過大となり、回生エネルギー消費能力を超えると、周波数の下降を止め、過電圧遮断に至るのを防ぎます。回生エネルギーが減少した時点で、再び減速を続けます。

E.OV3の処置には、「回生回避機能(Pr.882 ~ Pr.886)を使用する。」も挙がっています。回生回避機能の動き方は、使う機種の取扱説明書で確かめてください。

オムロンは、ブレーキ抵抗をつながずに済ませる方法として、減速時ストール防止機能(出荷時は有効)を使うこと、減速時間を長めに設定すること、フリーラン停止を選ぶことを挙げています。そのうえで、こう念を押しています。

回避方法は、必ず減速時間が増加しますので、減速時間が延びても問題ないことを検討してください。

A800のストール防止(過電圧)は、働くと減速時間が自動で延びます。働いたときは、設定した減速時間どおりには止まりません。E.OV3で止まったときは、先に引いたチェックポイントの2つ(急減速運転か、負荷の慣性が大きい用途でのストール防止の頻繁な動作か)を確かめます。

オムロンが挙げるフリーラン停止は、インバータが出力を止め、回っているモータと負荷が惰性で止まるのに任せる止め方です。インバータは止まるまでの減速を制御しません。荷を下ろしている昇降機のように、負荷がモータを下がる向きに回している用途では、出力を止めただけでは、モータは止まりません。減速を制御したまま過電圧を避ける方法ではないので、4つの対策から外しました。

ブレーキ抵抗・ブレーキユニットを付ける

減速時間を延ばすことも、ストール防止で止まるまでの時間が延びることも許されないときや、荷を下ろすときのように電力が戻り続けるときは、戻った電力の行き先を作ります。ブレーキ抵抗を使う方法では、直流の部分にブレーキトランジスタを通して抵抗をつなぎ、戻った電力を熱にして捨てます。

三菱電機のテクニカルニュースMF-C-004も、ブレーキオプションを使うと回生処理能力が上がり、減速時間を短く設定できるようになる、としています。

つなぎ方は、インバータによって違います。三菱電機の汎用インバータのオプションカタログは、ブレーキトランジスタを内蔵した機種はブレーキ抵抗を足して制動能力を上げられること、ブレーキユニットはブレーキトランジスタを内蔵していない機種にも使えることを、接続例として載せています。どれが使えるかは、使うインバータのカタログや取扱説明書で確かめてください。

電源回生コンバータを付ける

戻った電力を熱にせず、電源へ返す方法です。三菱電機のオプションカタログは、電源回生共通コンバータと高力率コンバータについて、回生エネルギーを電源に戻すので連続回生動作ができる、としています。三菱電機の高力率コンバータFR-HC2のカタログは、電源回生機能を標準で持つのでブレーキユニットが要らず、大きな制動能力が得られること、回生エネルギーを電源に返すので省エネになることを挙げています。

三菱電機の別のテクニカルニュース「昇降装置へのインバータ適用上の留意点について」(MF-I-030、2000年)は、昇降用途について、こう書いています。

昇降用途には基本的に電源回生コンバータが必要と考えられます。

続けて、小容量(5.5kW以下)なら高頻度用抵抗器(ブレーキ抵抗の一種)やブレーキユニットでも能力的に十分な場合が多く、据付けスペースとコストの面でも有利になる、としています。この資料は、当時の機種(FREQROL-A500)を前提にしています。今の機種での組み合わせは、今のカタログで確かめてください。

ブレーキ抵抗は、抵抗値と許容電力の両方で選ぶ

オムロンの技術解説は、制動抵抗器(ブレーキ抵抗)の選び方を、次の2つの式で示しています。

  • 必要な制動抵抗値 ≧ 制動抵抗器の抵抗値 ≧ インバータまたは回生制動ユニットの最小接続抵抗値
  • 平均回生エネルギー ≦ 制動抵抗器の許容電力

抵抗値は、1つ目の式のとおり、必要な制動抵抗値を上限、最小接続抵抗値を下限として、そのあいだで選びます。式では、最小接続抵抗値と等しい値も選べます。一方、同じ解説の注は、最小接続抵抗値「以下」の抵抗をつなぐと、内部の制動トランジスタが破損するとしています。注の文はこうです。

インバータまたは回生制動ユニットの最小接続抵抗値以下の抵抗を接続すると、内部の制動トランジスタが破損します。

注の「制動トランジスタ」は、インバータまたは回生制動ユニット(ブレーキユニット)の内部にあるブレーキトランジスタのことです。注のとおりなら、最小接続抵抗値と同じ値の抵抗もつないではいけません。下限に近い値を選ぶときは、使うインバータの取扱説明書の値で確かめてください。

もう1つの式は、熱の話です。減速のたびに回生エネルギーが戻り、抵抗はそれを熱にします。一定時間あたりの減速の回数が多いほど、平均回生エネルギーは増えます。その平均回生エネルギーを、許容電力の範囲に収めます。

三菱電機は、A800の保護機能のページで、回生ブレーキ使用率がPr.70(特殊回生ブレーキ使用率)の設定値の85%以上になると「RB(回生ブレーキプリアラーム)」を表示し、回生ブレーキ使用率が100%に達すると回生過電圧の遮断(E.OV1〜E.OV3)になる、としています。どちらも、RB(回生ブレーキプリアラーム、標準構造品のみ)の項にある記述です。A800の標準構造品では、抵抗を付けても、その使用率が100%に達する使い方をすれば、回生過電圧で止まります。

まとめ

  • 減速でモータが発電機になり、戻った電力(回生)でインバータ内部の直流の電圧が上がる
  • 電圧が規定値以上になると、インバータは出力を止める(三菱電機FREQROL-A800のE.OV3、減速/停止中回生過電圧遮断)
  • 主な対策は、減速時間を延ばす、ストール防止・回生回避の機能を使う、ブレーキ抵抗・ブレーキユニットを付ける、電源回生コンバータを付ける、の4つ
  • 減速時間を延ばしても、ストール防止が働いても、止まるまでの時間が延びる。止まるまでの時間を延ばせないときや、荷を下ろすときのように電力が戻り続けるときは、戻った電力の行き先を作る
  • 行き先は、熱にするブレーキ抵抗・ブレーキユニットか、電源へ返す電源回生コンバータ。昇降用途には基本的に電源回生コンバータが必要と考えられ、小容量(5.5kW以下)なら高頻度用抵抗器やブレーキユニットでも能力的に十分な場合が多い(三菱電機 MF-I-030、2000年。当時のFREQROL-A500が前提で、今の機種は今のカタログで確かめる)
  • ブレーキ抵抗は、必要な制動抵抗値(上限)と最小接続抵抗値(下限)のあいだの抵抗値で、平均回生エネルギーに見合う許容電力のものを選ぶ。オムロンの技術解説の注は、最小接続抵抗値以下の抵抗をつなぐとブレーキトランジスタ(注では制動トランジスタ)が破損するとしている。選定式は等しい値を含み、この注と食い違うので、下限の近くは使うインバータの取扱説明書の値で確かめる

過電流で止まるときの切り分けは、記事「インバータのトリップの原因」に書きました。

参考にした資料

閲覧日は、2026年11月7日です。

  • 三菱電機「保護機能 FREQROL-A800シリーズ 特長」(https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/inv/pmerit/fr_a/fr_a800/fault.html)
  • 三菱電機 INVテクニカルニュース MF-C-004「制御方式による減速時間への影響について」1999年10月(https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/document/technews/inv/mf-c-004/mfc004.pdf)
  • 三菱電機 INVテクニカルニュース MF-I-030「昇降装置へのインバータ適用上の留意点について」2000年9月(https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/document/technews/inv/mf-i-030/mfi030.pdf)
  • 三菱電機「汎用インバータ オプションカタログ」(https://dl.mitsubishielectric.co.jp/dl/fa/document/catalog/inv/l06049/l06049p.pdf)
  • 三菱電機「高力率コンバータ FR-HC2」カタログ(https://dl.mitsubishielectric.co.jp/dl/fa/document/catalog/inv/l06066/l06066c.pdf)
  • オムロン「インバータ 参考資料 – 技術解説」(https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/9/221/)
  • 明電舎「インバータの基礎 ~インバータの回路および制御について~」資料番号 HG-001_-0911、2009年11月(https://www.meidensha.co.jp/mss/service/meidensha/industry/inverter/pdf/E-2-7_01.pdf)
この記事を書いた人
高卒電気マン

高卒から電気の道へ。プラントの電気保全を8年あまり、受配電設備の設計を経て、現在はクレーンの電気制御設計に従事。2026年に電験三種合格。壊れる側と作る側の両方を見てきた視点で、日々の学びを記録しています。

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