【応用】インバータ回路にサーマルをつけるな！モーターが「低速」で燃える理由と、正しい守り方

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「先輩！インバータの図面描きました！もちろんモーターを守るために、出力側にサーマル入れておきました！」

新人の頃、自信満々でこう報告した私に、先輩は苦笑いしながらこう教えてくれました。「うん、モーターを守ろうとする姿勢は素晴らしいね。でも実は、インバータを使う時はサーマルを入れちゃダメなんだ。 むしろ、あると邪魔になっちゃうんだよ」

前回の記事まで、「サーマルリレーはモーターを守る守護神だ」と解説してきましたが、「インバータ制御」の世界に入った瞬間、その常識は通用しなくなります。

インバータ回路に普通のサーマルを入れると、「誤作動して止まる」か、逆に「守れずにモーターが燃える」かのどちらかです。

今回は、直入れ回路（商用電源）とは全く異なる「インバータの保護ルール」について解説します。

1. 導入：そのサーマル、実は「邪魔」です

まず結論から言います。インバータ制御を行う場合、インバータとモーターの間（二次側）に、物理的なサーマルリレーを入れてはいけません。

【昔（直入れ）の配線】 [MCCB] ━ [MC] ━ [サーマル] ━ [モーター] （これは正解）

【今（インバータ）の配線】 [MCCB] ━ [MC] ━ [インバータ] ━ [モーター] （これで正解！出力側は直結！）

「えっ、保護機器なしで直結？燃えないの？」と不安になるかもしれませんが、大丈夫です。むしろ、物理サーマルをつける方がリスクが高いのです。その理由は大きく2つあります。

2. 理由①：「高調波」で誤作動する（ノイズの悪戯）

そもそもインバータとは、「電気のスイッチをものすごい速さでON/OFFして、疑似的に波（交流）を作っている機械」です。

電力会社から来る電気はきれいな波（正弦波）ですが、インバータが作る電気は、拡大してみるとギザギザのノイズ（高調波成分）だらけです。

この「ギザギザ」が、サーマルリレーにとっては大敵です。サーマルの中にあるバイメタル（熱で曲がる金属板）は、この高調波の影響を受けると、実際の電流値以上に発熱してしまう特性があります。

実際の電流: 10A（正常）
サーマルの温度: 15A分くらいの熱さ（アチチ！）
結果: 「過負荷だ！」と勘違いしてトリップする。

【深掘り】犯人は「表皮効果（スキンエフェクト）」

「電流値は正常なのに、なぜサーマルだけ熱くなるの？」その物理的な原因は、高周波特有の「表皮効果」という現象です。

電気には周波数が高くなればなるほど、「電線の表面を通りたがる」という性質があります。インバータの高調波（ノイズ）成分は、サーマル内部のヒーター（バイメタル）の中心を通らず、表面の皮一枚の部分に集中して流れます。

低周波（50/60Hz）: 電線全体を使ってゆったり流れる。
高周波（ノイズ）: 表面の狭いエリアに全員が殺到する。

結果、電気の通り道が狭くなるため抵抗が増え、「表面だけ猛烈に発熱する」という状態になります。中身（実際の電流エネルギー）はスカスカなのに、センサーであるバイメタルだけがアチチになってしまい、「過負荷だ！」と誤判断してトリップするのです。

3. 理由②：「低速運転」でモーターが燃える（これが一番怖い！）

誤作動ならまだマシ（安全側に働くから）ですが、一番恐ろしいのは「サーマルが反応しないまま、モーターが焼け焦げる」パターンです。

なぜそんなことが起きるのか？その原因は、標準モーターの「冷却ファン」の仕組みにあります。

【図解】「自分であおぐ」のをサボるな！

普通のモーター（汎用モーター）の後ろには、冷却ファンがついています。このファンはモーターの軸と直結しており、モーターと同じ速度で回ります。

インバータを使って、回転速度を落とすとどうなるでしょうか？

全速（60Hz）の時:
- ファンもブンブン回る。風量マックス。しっかり冷える。
低速（10Hz）の時:
- ファンも超ゆっくり回る。風が全然起きない。

物理サーマルの盲点

ここで、物理サーマルリレーの気持ちになってみましょう。サーマルは「電流の大きさ」しか見ていません。「風があるかどうか」なんて知らないのです。

状況: モーターを低速（10Hz）で連続運転中。
電流: 定格電流ギリギリ（例: 10A）流れている。
サーマル: 「うん、定格内だね。ヨシ！」
モーター: 「ちょ、待って！ 風が来ない！ 同じ10Aでも、冷やしてくれないと熱が溜まって……ギャー！！（焼損）」

物理サーマルは、「ファンがサボっている（風量が落ちている）」ことを知りません。 だから、定格電流以下でもモーターが過熱して燃えてしまうのです。

図解：物理サーマルは「風不足」を見抜けない！インバータ内蔵の電子サーマルなら、回転数を見て守ってくれる。

4. 正解は「電子サーマル」を使うこと

では、どうやって守ればいいのか？答えは簡単です。インバータの中にいる「電子サーマル」機能を使います。

インバータは賢いので、以下のことを全て把握しています。

今、何アンペア流れているか？（電流）
今、何Hzで回しているか？（回転数）

インバータ内部のCPUは、「今は低速（10Hz）だから、ファンの風量がこれくらい落ちるはずだ。なら、いつもより厳しめに（早めに）トリップさせなきゃダメだな」という複雑な計算（補正）をリアルタイムで行っています。

設定方法は？

やることは一つだけ。インバータのパラメータ（例：三菱ならPr.9）に、「モーターの定格電流値」を入力するだけです。これだけで、外付けのサーマルなんかより遥かに優秀な「頭脳派守護神」が起動します。

5. 【超重要】「モーターの種類」を教えないと意味がない！

ここで一つ、初心者が必ずハマる「設定の落とし穴」をお伝えします。電子サーマルを使う時は、電流値だけでなく「モーターの種類」も正しく設定する必要があります。

インバータ用モーターには2種類あります。

標準モーター: ファンが軸直結。低速で冷えない。（Pr.71 = 0）
定トルクモーター: 電動ファン付き。低速でもガンガン冷える。（Pr.71 = 1）

もし設定を間違えると…？

現場にあるのが「標準モーター（冷えない）」なのに、設定を「定トルク（冷える）」にしてしまうと、インバータはこう判断します。 「こいつは専用モーターだな！じゃあ低速でも電流流しまくってOKだな！」

結果、電子サーマルによる補正が働かず、モーターが燃えます。 パラメータ設定時は、必ず「今ついているモーターはどっちか？」を確認してください。

モーターの選定方法については以下の記事で解説しています。

6. 【注意】電子サーマルも「万能」ではない

ここまで「電子サーマル最強！」と言ってきましたが、弱点が一つだけあります。それは、「シミュレーション（計算）でしかない」ということです。

例えば、こんな状況は検知できません。

「ファンの吸気口にゴミが詰まって、風が出ない」
「夏場の閉め切った部屋で、周囲温度が異常に高い」

インバータは「計算上は冷えているはず」と思い込むため、物理的に風が止まると守りきれません。絶対に止めてはいけない超重要設備の場合は、モーターのコイルの中に「サーマルプロテクター（熱スイッチ）」を埋め込むのが、最強の物理防御になります。

7. 例外：それでも「物理サーマル」が必要な時

「じゃあ、外付けサーマルは全廃でいいんですね？」というと、実は例外が1つだけあります。

それは、「1台のインバータで、複数のモーターを回す時」です。

インバータ本体は「合計の電流」しか分かりません。「Aのモーターがロックして、Bのモーターは空転している」といった個別のトラブルは見抜けないのです。この場合だけは、各モーターの手前に物理サーマルを入れる必要があります。

【⚠️ 選定の注意】 ここで普通のサーマルを使うと、前述の「表皮効果」で誤作動します。必ず「インバータ対応型（遅動形）」や「飽和リアクトル付き」を選定してください。（※これらは高調波ノイズを除去する機能がありますが、低速時の冷却不足までは守れないので、低速運転するならインバータ専用モーターとの組み合わせを推奨します）