コンプレッサシステムの電気設備

システムが最も効率的かつ効果的なレベルで動作するようにするには、コンプレッサに適したモータを選択することが不可欠です。

これにより、機械故障のリスクを最小限に抑え、コストのかかる修理や休止時間が回避されます。モータの寿命が長くなり、稼働すればするほど、コストが節約されます。

エアコンプレッサの動作では、三相リスケージ誘導モータが一般的に使用されます。低電圧モータは最大450～500 kWの電力に最適ですが、高電圧モータはより高い電力に適しています。 

通常、モータはファン冷却され、最高40℃、海抜1,000 mで動作するように選択されています。一部のメーカーでは、最高周囲温度機能46℃の標準モータを提供しています。高地または高温でコンプレッサ設備の寸法を決定する場合は、出力を下げる必要があります。 

モータは通常フランジ取付で、コンプレッサに直接接続されます。速度はコンプレッサのタイプに合わせて調整されますが、実際には、3,000 rpmのそれぞれの速度を持つ2極モータまたは4極モータのみです。モータの定格出力も決まります（1,500 rpm）。

サイズ超過なモータを使用すると、次のような結果が生じる可能性があります 

• コストの増加、 

• 起動電流が不必要に高い、 

• より大きなヒューズ、 

• 低出力係数、 

• および効率レベルの低下。 

一方、設置場所に対して小さすぎるモータを使用すると、その結果、

• 過負荷、
• 故障のリスクがあります。

モータの出力をコンプレッサの要件に合わせることで、潜在的な問題を回避し、モータが最高の性能を発揮するようにします。これは、モータとコンプレッサの両方に良いことで、耐用年数が長くなり、より効率的に機能することができます。

モータ保護クラスは、モータがどの程度埃や水に耐えられるかを示す尺度です。モータ保護クラスは規格によって規定されています。 

オープンモータは、ほこりや水から十分に保護されていないため、コンプレッサとの併用には最適ではないことに注留意する必要があります。例えば、IP23モータは水の飛沫や細かい霧にのみ耐えられますが、液体に完全に浸かることはできません。

防塵や防水噴射設計（IP55）は、定期的な分解と清掃が必要なオープンモータ（IP23）よりも好まれます。

また、機械内に粉塵が堆積すると、最終的に過熱が発生し、耐用年数が短くなります。コンプレッサパッケージ筐体もほこりや水からも保護するため、保護クラスがIP55以下のものも使用可能です。

モータを選択する際には、起動方法も考慮する必要があります。スター/デルタ起動の場合、モータは通常の起動トルクの3分の1でのみ起動するため、モータとコンプレッサのトルク曲線を比較すると、コンプレッサが適切に起動するのに役立ちます。

最も一般的な起動方法は、直接起動、スター/デルタ起動、ソフトスタートです。

• 直接起動は簡単ですが、起動電流とトルクが高く、モータを損傷するおそれがあります。 

• スター/デルタ起動は起動電流を制限し、3つのコンタクタ、過負荷保護、モータをスター接続からデルタ接続に切り替えるタイマで構成されます。 

• ソフトスタートは、半導体スイッチを使用して起動電流を制限する段階的な起動方法です。 

直接起動は簡単で、コンタクタと過負荷保護のみが必要です。その欠点は、高起動電流（モータの定格電流の6～10倍）と、高起動トルクで、例えば、シャフトやカップリングの損傷の可能性があることです。

スター/デルタ起動は、起動電流を制限するために使用されます。スタータは、3つのコンタクタ、過負荷保護、タイマで構成されています。

モータはスター接続で起動し、設定時間（定格速度の90%に達すると）後に、タイマがコンタクタを切り替えて、モータがデルタ接続されるようにします。これが動作モードです。 

スター/デルタ起動は、直接起動と比較して、約1/3に起動電流を低減します。ただし、同時に起動トルクも1/3に低下します。

比較的低い起動トルクは、デルタ接続に切り替わる前に、モータが実質的に定格速度に達するように、起動段階でモータの負荷を低くする必要があります。

速度が低すぎると、デルタ接続に切り替えるときに、直接起動時と同じ大きさの電流/トルクピークが発生します。

ソフトスタート（または段階的スタート）は、スター/デルタ起動の代替起動方法として、機械式コンタクタの代わりに半導体で構成されるスタータ（IGBTタイプの電源スイッチ）です。起動は段階的で、起動電流は定格電流の約3倍に制限されます。 

直接起動およびスター/デルタ起動用のスタータは、ほとんどの場合、コンプレッサに組み込まれています。

大型コンプレッサ設備の場合、次の理由により、ユニットをスイッチギヤに個別に配置できます。

• スペース要件、
• 熱現像
• およびサービスへのアクセス。

（コンプレッサ室で最適な作業条件を作り出す方法の詳細については、こちらを参照してください。）

ソフトスタート用のスタータは、通常、熱放射によりコンプレッサの横に個別に配置されることに注意してください。ただし、冷却系統が適切に固定されていれば、コンプレッサパッケージ内に組み込むことができます。高電圧駆動コンプレッサは、常に独立した電気キャビネットに起動装置を備えています。

ケーブルは、規格の規定に従って、"通常の作業中に過度の温度が発生しないように、電気的短絡によって熱的または機械的に損傷しないように寸法を決める必要があります"。

作業に適したケーブルを選択するには、次の点を考慮する必要があります。

• 荷重、
• 許容電圧降下、
• ルーティング方法（ラック、壁など）
• および周囲温度。

ヒューズを使用して、短絡や過負荷からケーブルを保護することもできます。

モータを使用する場合は、2種類の保護が必要です。ヒューズなどの短絡保護は、危険な電気短絡を防止するために使用されます。過負荷保護は、通常はスタータに組み込まれているモータ保護で、電流が特定のレベルを超えた場合に、トリップしてスタータを破壊します。これにより、モータとケーブルが保護されます。

短絡保護により、スタータ、過負荷保護、ケーブルを保護します。適切なケーブルサイズを選択するには、IEC 60364-5-52を参照してください。 

ただし、"トリップ条件"という、もう1つの重要な要因もあります。これは、短絡が発生した場合にすばやく安全に切断できるように設置を設計する必要があることを意味します。この条件を満たすには、ケーブルの長さ、断面積、短絡保護を考慮する必要があります。

短絡保護は、ケーブルの始点の1つに配置され、ヒューズまたはサーキットブレーカを含む場合があります。どちらのオプションも、選択したソリューションがシステムと正しく適合していれば、適切なレベルの保護を行います。 

ヒューズは、大規模な短絡電流に適していますが、完全に絶縁することはできず、小さな故障に対してトリップ時間が長くなります。サーキットブレーカは、小さな故障でも迅速かつ完全に絶縁することができますが、より多くの計画が必要です。短絡保護の寸法は、予想される負荷とスタータユニットの制限によって異なります。

スタータの短絡保護については、IEC（国際電気標準会議）規格60947-4-1タイプ1&タイプ2を参照してください。

タイプ1またはタイプ2の選択は、短絡がスタータにどのように影響するかに基づいて行われます。 

タイプ1："…短絡状態では、コンタクタまたはスタータは人や設備に危険を及ぼすことはなく、部品の修理および交換を行わないと、さらなるサービスには適していない可能性があります。" 

タイプ2："… 短絡状態では、コンタクタまたはスタータが人や設備に危険を及ぼすことはなく、さらに使用するのに適してる必要があります。コンタクタの軽溶接のリスクを認識し、その場合、メーカーはメンテナンス対策を指示する必要があります。…"

電動モータは、有効電力（機械的作業に変換される）と無効電力（モータを磁力で動かす）の両方を消費します。無効電力は、ケーブルと変圧器に負荷を与えます。力率cos φは、2つの間の関係を決定します。これは通常、0.7～0.9であり、小型のモータほど値は低くなります。

コンデンサを使用して機械が無効電力を直接生成することにより、力率を実質的に1まで高めることができます。これは、主電源からそれほど多くの無効電力を引き出す必要がないことを意味します。これは、事前に設定されたレベル以上の無効電力を引き出す場合に、電力供給業者から追加料金が発生することを避けるために行われます。また、使用頻度の高い変圧器やケーブルからの負荷を軽減するのにも役立ちます。

これらの要因を考慮することで、コンプレッサの性能と耐用年数を最大限に高める適切に機能する電気システムを作成できます。

コンプレッサシステムの設置プロセス詳細については、以下をご覧ください。