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電動モータ

Electricity Compressed Air Wiki Basic Theory

空気を圧縮空気にするには力が必要です。この力は電気の形で提供され、電動モータによってつくられます。最も一般的なモータは3相かご型誘導モータであり、この種類のモータはあらゆる業界で使用されています。静かで信頼性が高いため、コンプレッサなどのほとんどのシステムで使用されています。

電動モータの主要部とは

電動モータ

電動モータは、固定されたステータと回転するロータで構成されています。ステータは回転する磁場を発生し、ロータがこのエネルギーを運動、すなわち機械的エネルギーに変換します。ステータは3相主電源に接続されています。ステータの巻線を流れる電流により回転する磁力場が発生し、これによりロータの電流が誘導されると同時に、磁場も発生します。ステータとロータの磁場の相互作用により回転トルクが生じて、ロータのシャフトが回転します。

回転速度

式で表した同期回転速度(単位rev/min)、モータ供給周波数、相あたりの極数

誘導モータのシャフトが磁場と同じ速度で回転していれば、ロータに誘導される電流はゼロになります。ただし、たとえばベアリングなどの様々な損失があるためこれは不可能であり、速度は常に磁場同期速度(スリップと呼ばれます)より約1~5%低くなります。(永久磁石モータではスリップはまったく発生しません)

効率

エネルギー変換の効率、ステータ電力、軸動力(単位W)、印加電力(単位W)の式

モータにおけるエネルギー変換には損失がつきものです。この損失の大きな要因には、抵抗損失、換気損失、磁化損失、摩擦損失があります。

絶縁クラス

モータの巻線の絶縁素材は、国際電気標準会議が発行している規格IEC 60085に従って絶縁クラスに分類されています。絶縁の適用範囲の上限である温度に対応する文字が各クラスを表します。長期間この上限を10℃超えると、絶縁の耐用期間は約2分の1となります。

絶縁クラス

B

F

H

巻線の最高温度(℃)

130

155

180

周囲温度(℃)

40

40

40

温度上昇(℃)

80

105

125

熱マージン(℃)

10

10

15

保護等級

IEC 60034-5による保護等級とは、モータが接触と水からどの程度保護されているかを示したものです。文字IPと2桁の数字で表します。最初の桁は固形物による接触と浸入に対する保護を、2桁目は水に対する保護を表します。

例えば、IP23は(2)12 mmより大きな固形物から保護され、(3)鉛直から60°の範囲で直接落ちてくる水滴から保護されていることを意味します。IP 54は(5)粉塵に対する保護、(4)あらゆる方向からの水の飛沫に対する保護、IP 55は(5)粉塵に対する保護、(5)あらゆる方向からの低圧噴流水に対する保護を意味します。

冷却方法

IEC 60034-6による冷却方法は、モータをどのように冷却するかを指定したものです。文字ICと冷却の種類(非換気、自己換気、強制冷却)と冷却運転モード(内部冷却、表面冷却、閉回路冷却、液体冷却など)を表す数字で表します。

設置方法

設置方法

IEC 60034-7による設置方法とは、モータをどのように設置すべきかを示したものです。文字IMと4桁の数字で表します。たとえば、IM 1001は2個のベアリング、フリージャーナル端のシャフト、脚付きステータ本体を意味し、IM 3001は2個のベアリング、フリージャーナル端のシャフト、脚なしステータ本体、固定用プレインホール付き大型フランジを意味します。

IEC 60034-7による設置方法とは、モータをどのように設置すべきかを示したものです。文字IMと4桁の数字で表します。たとえば、IM 1001は2個のベアリング、フリージャーナル端のシャフト、脚付きステータ本体を意味し、IM 3001は2個のベアリング、フリージャーナル端のシャフト、脚なしステータ本体、固定用プレインホール付き大型フランジを意味します。

スター結線とデルタ結線とは

三相誘導電動機の接続方法には、スター(Y)とデルタ(Δ)の2種類があります。三相誘導電動機の巻線の位相はU、V、およびW(U1-U2、V1-V2、W1-W2)と表示されます。米国の規格では、T1、T2、T3、T4、T5、T6と呼ばれます。スター(Y)接続の場合、モータの巻線の「端部」をゼロ点にまとめて接続するため、形状がスター(Y)状になります。

相電圧(相電圧 = 主電源電圧/√3、たとえば400V = 690/√3)は巻線両端間の電圧です。ゼロ点に向かって流れる電流Ihが相電流となるため、相電流が巻線を通って流れます(If = Ih)。デルタ(Δ)接続の場合は、異なる相の開始点と終点どうしを接続して、デルタ(Δ)状となります。その結果、巻線両端間には主電源電圧が加わります。モータに流れる電流Ihは主電源電流であり、これが巻線間で分割されて相電流Ih/√3 = Ifとなります。

同じモータを690 Vのスター結線または400 Vのデルタ結線として接続できます。どちらの場合も、巻線両端間の電圧は400 Vになります。モータへの電流は、690 Vのスター接続の方が400 Vのデルタ接続より小さくなります。電流レベル間の関係は√3です。モータのプレート上の記載は、たとえば690/400 Vとなります。これは、スター接続は高い電圧用であり、デルタ接続は低い電圧用だということです。プレート上には電流が記載されることもありますが、スター結線のモータでは小さくなり、デルタ結線のモータでは大きくなります。

トルクとは

電動モータの回転トルクは、ロータの回転能力を表したものです。各モータには最大トルクがあります。このトルクを超える負荷をかけると、モータが回転することができません。公称負荷では、モータは最大トルクより小さなトルクで動作しますが、起動シーケンスではより大きな負荷がかかります。モータの特性は、通常はトルク曲線で表されます。

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