住友重機械工業株式会社 PTC事業部

PTCワールドワイド 住友重機械工業株式会社

2015年4月からの高効率モータ規制(トップランナーモータ規制)が施行されます。
先月配信のインバータ運転に続いて、今回トップランナーモータの特性、従来のモータからの主な特性の違いについて、電流を中心としてテーマに上げます。

1.トップランナーモータ(IE3モータ)のモータ電流特性

トップランナーモータの銘板に記載のある定格電流値は従来のモータ(IE1モータ)の定格電流値に比べ高くなる傾向があります。

効率規制値に対応するため、従来のモータよりモータの損失を削減するために行っているものは、主に1次銅損(コイル抵抗での損失)の削減です。
コイルの断面積を大きく(線径を太くする)ことにより抵抗値を下げるなどを行っています。その結果電流が流れやすくなり、定格電流値が高くなる特性になります。
また、同様に無負荷電流値、始動電流値も大きくなる傾向がありますのでご留意ください。

2.電流値と電力(有効電力)の関係について

トップランナーモータを使用した時に、従来のモータと比べて電流値が高くなったということで、モータ効率が低くなったのでは?との疑問をいただくことがあります。
今回はこの疑問にに対してご紹介いたします。

モータ出力(モータがする仕事量)に寄与する電力は「有効電力」であり、電気料金を算出する電力でもあります。

・モータへの有効電力 =√3 ×電圧 ×電流 ×力率 で計算されます。
・モータ効率= モータ出力(kW)/有効電力(モータ入力kW)×100%
・モータ皮相電力(有効電力+無効電力)×効率=モータ出力(kW)

で表せます。

プレミアムモータの電流値増加分は、モータの励磁電流の増加によるもので、無効電力に含まれます。
モータ電流値は、有効分と無効分の合計によるもので、有効電流は高効率化により減少していますが、トータルで定格電流値がわずかに高くなっているのは励磁電流分の増加が主なものです。

プレミアムモータは高効率化により、有効電力が減り、無効電力(励磁電流の増加に伴う分)の増加で、見かけ上力率が下がります。(力率は有効分と無効分の比で表すことができます。)この為、力率改善の見直しが必要となる理由です。

これらの式からもわかる通り、トップランナーモータが従来のモータより電流が高い場合でも有効電力は小さく、効率の高い運転が得られ モータの消費電力は効率が高くなった事(プレミアム効率)により削減されています。

注)プレミアム効率モータは銅損だけでなく鉄損や各損失についても削減し効率を高めています。

3.電流値と効率の関係について

モータの効率、力率は負荷率によっても変わります。
共に負荷率100%に近いところで最大になるような特性となっていることが多いため、軽負荷で使用するよりも定格100%負荷に近い条件で使用する方が高い効率で運転できることになります。

4.始動停止頻度が高い場合の減速機の選定について

トップランナーモータは始動電流が高くなることと合わせ、始動トルクも高くなる特性を持ちます。そのため、始動、停止頻度の高い使い方をする場合は、組合せる減速機のサイズ・枠番の検討が改めて必要になります。

高い始動トルクで始動、加速することで始動時の衝撃を受けることが多くなるため、その始動停止頻度、負荷慣性モーメントの条件による減速機枠番の選定が必要になる場合があります(対象の減速機のカタログを参照ください)。

5.周辺機器の選定について

ブレーカやサーマルリレーなどトップランナーモータの定格電流値に合わせた機器の選定が必要です。

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