毎週のテーマ　1月8日　第11回　動力機器の起動電流が高い理由

電動機内部のケージバーに生じる誘導電圧の大きさは、回転する磁場を切る速度と関係がある。電動機が起動する際には、ケージバーが回転する磁場を切る速度が最も大きくなる。そのため誘導電圧も最大となり、ローター電流も大きくなる。よく知られているように、変圧器の二次コイルの電流が大きくなるほど一次コイルの電流も大きくなる。電動機の起動時も同様で、ケージバー内の電流が大きくなるほどステータ巻線内の電流も大きくなる……。電動機の起動電流は、定格電流の4～7倍にも達することがある……。

電動機が起動した瞬間、電源電圧が電動機のコイル両端にかかりますが、この時点ではまだ電動機は回転を始めておらず、電気エネルギーを機械エネルギーに変換していないため、等価抵抗は存在しません。このときの電動機は、電源電圧を導線に加えたものに相当し、抵抗が非常に小さく電流が大きくなる。これが、専用機が起動した直後に比較的大きな電流が流れる理由である。

この投稿は、2011年1月8日09:05にshiwang528によって最終的に編集されました。実際、化学工業用の動力機器だけでなく、家庭用電化製品の起動時の電流も非常に高いのです。ただ、家には電流計が設置されていないため、私たちはそれに気づかないだけです。起動電流が高いのは、主に誘導起電力に関係しています。 誘導電動機が停止状態にあるとき、電磁的な観点から見ると変圧器のようになり、電源側に接続されている電動機の固定子巻線は変圧器の一次巻線に相当し、閉回路を形成している回転子巻線は変圧器の二次巻線が短絡されたものに相当する。ステータ巻線とロータ巻線の間には電気的な接続はなく、磁気的な接続のみが存在し、磁束はステータ、ギャップ、ロータの鉄心を通って閉ループを形成する。スイッチが閉じられる瞬間、回転子は慣性のためまだ回転しておらず、回転磁界が最大の切断速度（同期速度）で回転子の巻線を切り裂くことにより、回転子巻線には可能な限り高い起電力が誘導される。その結果、回転子の導体内には非常に大きな電流が流れ、この電流は固定子磁界の磁気エネルギーを相殺する。これは、変圧器の二次磁束が一次磁束の作用を相殺するのと同じ原理である。 ステータは、その時の電源電圧に適した元の磁束を維持するため、自動的に電流を増加させる。このときローターの電流が非常に大きいため、ステーターの電流も大幅に増加し、定格電流の4～7倍にも達する。これが起動電流が大きくなる理由である。 電動機の回転速度が上がるにつれて、ステーターの磁場がローターの導体を切る速度が低下し、ローターの導体内で誘起される起電力も減少する。その結果、ローターの導体内の電流も減少し、ローター電流によって生じる磁束の影響を相殺するためのステーター電流の部分も減少する。したがって、ステーター電流は大きくなった状態から小さくなり、やがて正常な値に戻る。

起動電流を減らす方法には、インバータ起動やソフトスタートなどがある

電動機が起動した瞬間、電源電圧が電動機のコイル両端にかかりますが、この時点ではまだ電動機は回転を始めておらず、電気エネルギーを機械エネルギーに変換していないため、等価抵抗は存在しません。 このときの電動機は、電源電圧を導線にかけたものに相当し、抵抗が非常に小さく電流が大きくなる。これが、モーターが起動した直後に比較的大きな電流が流れる理由である。

学んだんですが、起動時に電流が高くなり、時間も短いのはハードスタートの現象だということしかわかりません。今では大型のモーターはすべてソフトスタートが使われており、ソフトスタートの場合は電流が高くなる傾向も少なくなります

返信 5# yaakaak、ソフトスタートコードについて説明してもらえますか？

電圧はゼロから徐々に定格電圧まで上昇させることで、モーターの起動時の起動電流が、かつての制御不能な過負荷インパルス電流から制御可能なものに変わります。また、必要に応じて起動電流の大きさを調整できます。モーターの起動過程全体において衝撃トルクは存在せず、滑らかに起動・運転されます。これがソフトスタートです。

　ソフトスタートには、一般的に以下のような起動方法があります：　　 （1）スロープ昇圧ソフトスタート。 　 （2）傾斜定電流ソフトスタート。 　　 （3）ステップ起動。 　 (4) パルス衝撃起動

動作原理 スムーズスタータは、調圧器として3相並列トランジスタを使用し、それを電源と電動機のステータの間に接続します。この回路は三相完全制御ブリッジ整流回路のようなものです。ソフトスタータを用いて電動機を起動する際、サイリスタの出力電圧が徐々に上昇し、電動機も徐々に加速していきます。サイリスタが完全に導通すると、電動機は定格電圧における機械的特性に従って動作し、スムーズな起動が実現されます。これにより起動時の電流が低減され、起動時の過電流によるトリップが防がれます。モーターが定格回転数に達すると、起動プロセスは終了し、ソフトスターターは自動的に任務を終えたサイリスタの代わりにバイパスコンタクタを使用して、モーターの正常な動作に必要な定格電圧を供給します。これによりサイリスタの熱損失が減少し、ソフトスターターの使用寿命が延び、効率も向上します。また、電力網が高調波汚染を受けることも防がれます。ソフトスターターは、ソフトストップ機能も備えています。ソフトストップはソフトスタートの逆の過程で、電圧が徐々に低下し、回転数も徐々にゼロまで下がることで、急停止によって生じるトルクの衝撃を防ぎます。

一、電動機の直列全圧起動の危険性とソフトスタートの利点　　　⒈ 電力網の電圧変動を引き起こし、同じ電力網上の他の機器の動作に影響を与える　交流電動機を全圧で直接起動すると、起動時の電流は定格電流の4～7倍にも達する。モーターの容量が比較的大きい場合、この起動電流によって電力網の電圧が急激に低下し、同じ電力網上の他の機器の正常な動作に支障をきたす。 　　ソフトスタート時、起動電流は一般的に定格電流の2～3倍であり、電力網の電圧変動率は通常10％以内であるため、他の機器への影響は非常に小さい。 　　 ⒉ 電力網への影響　電力網への影響は主に2つの側面で現れます。　①超大容量モーターの直接起動による大電流は、三相短絡が電力網に与える影響にほぼ匹敵し、しばしば力率振動を引き起こして電力網の安定性を失わせます。 　　②起動電流には多量の高次調波が含まれており、これが送電網の回路定数と相互作用して高周波共振を引き起こし、リレー保護の誤動作や自動制御の故障などを招く。 　　スムーズスタート時には起動電流が大幅に低下するため、上記の影響は完全に回避できます。 　　 ⒊ モーターの絶縁を損傷させ、寿命を短縮する　　①大電流によって発生するジュール熱が、導線の外側の絶縁体に繰り返し作用し、絶縁体の老化を促進し、寿命を短くする。 　　②大電流が生み出す機械的な力によって導線同士が摩擦し、絶縁寿命が低下する。 　　③高圧スイッチが閉じる際の接点の振動により、モーターの固定子巻線に操作過電圧が発生し、時には外部電圧の5倍以上に達することもある。このような高い過電圧は、モーターの絶縁に甚大な損傷を与える。 　　スムーズスタート時は、最大電流が約半分に減少し、瞬間的な発熱量も直結時の約1/4程度となるため、絶縁寿命が**延長されます；ソフトスタート時にはモーター端子の電圧をゼロから調整でき、過電圧による損傷を完全に防ぐことができます。 　　 ⒋ 電動力によるモーターの損傷　大電流はモーターのステータコイルやロータのケージバーに大きな衝撃力を与え、締め付けが緩む、コイルが変形する、ケージバーが破断するといった故障を引き起こします。 　　ソフトスタート時は、最大電流が小さいため、衝撃力が**軽減されます。 　　 ⒌ 機械装置への損傷　全圧で直接始動する場合、始動トルクは定格トルクの約2倍になります。このような大きなトルクが静止している機械装置に突然加わると、歯車の摩耗が進んで歯が壊れたり、ベルトの摩耗が進んでベルトが切れたり、ファンブレードの疲労が進んでファンブレードが折れたりすることがあります。 　　

超大形電動機は価値が非常に高く、製造においても中心的な役割を果たしています。わずかな故障で大きな経済的損失を招くため、十分な保護を施すことが非常に必要です。例えば、モーターの場合、そのあらゆる部分の絶縁が完全に均一であるとは期待できません。どこかに弱点がある可能性があり、出荷時の試験では問題なく合格できても、長期間の負荷によってその弱点が徐々に現れ、結果として寿命が短くなってしまいます。ソフトスタートを採用すれば、**モーターの使用寿命を延ばすことができます。これら2つの方法のうち、どちらがコスト的に有利でしょうか？これは明らかだ。

この投稿は、2011年1月11日10時11分に守侯によって最終的に編集・返信されました。13# yaakaakさん、では、通常のソフトスタートの場合、初期費用は通常のスタート方式の場合と比べてどのくらいになりますか？

返信 14# 守侯 半分ソフトスタート??????????????????????????????????????

1、起動直後はすべりが最も大きくなり、逆起電力も最大となる。逆起電力によって消費される磁束を補うために電流を増やさなければならず、その結果、起動電流は非常に大きくなる。 2、直流電動機の起動電流の式はIst＝（Un－Ea）/Raであり、起動時にはn＝0なのでアームチェア電圧Ea＝nCeФ＝0となる。またRaは変わらないため、定格電圧をそのままアームチェアの両端に加えると、電流は定格電流の10～30倍にも達する。したがって、一般的には出力が非常に小さい直流電動機のみが直結起動が可能であり、それ以外のものは直結起動を許されない。 3、誘導電動機については先ほどの説明が的確です。主に起動直後に誘導電動機のスリップが最も大きくなり、ローター内で最大の電流が誘導されます。この電流によって固定子磁界を相殺する磁束が生じ、固定子磁界は一定の磁束Φ＝WI/Rmを維持しようとします。ここでWやRmは変わらないため、Φを増加させるには電流Iを大きくしなければなりません。