三相モーターが単相運転、電流は何倍か?

三相モーター1相がマグネットの接点不良などが原因で欠相した場合
電流が√3(1.73)倍になる話
は聞いた事があるでしょう?
ある本でも三相時と単相時の要求負荷が同じとしてつまり要求電力が
同じならば√3V3I3=V1I1としてここでV3=V1ならば√3I3=I1つまり
単相時電流I1は三相時電流I3の√3倍になる解説を読んだ事があり
ます...ただ複雑になるのでこれは回転数も変化しないとした場合です。

実際は回転数が少し低下するので√3倍にはならないのです。
私も工場勤務中にボイラー給水ポンプが単相運転した事がありそう
ならないのは経験的に感じていました。
以前約2倍になると記事にしましたがその理由を最後に説明します。
これは三相モーターが単相状態となった場合の3台分の計測した値で
確かにどれも値が約2倍になっています。(某社発表データーより)
(A機でT相が1.83倍、B機でR相が2.03倍、C機でT相が2.05倍)
回転の落ち方が微妙に異なるからいくらか違いが発生します。

誘導電動機の基礎をまったく知らないでは話が見てこないのでまず
モーター(誘導電動機)の基本的性質を説明します。
今のビルでは巻線形三相誘導電動機を使うターボ冷凍機とかないので
扱う事になるのはかご形誘導電動機(空調機、ポンプ)と思ってください。
ただ構成パーツが少し異なるだけでモーターの回転原理は同じなので
その現場で巻線形があってもかご形誘導電動機を理解してる人はすぐ
に巻線形誘導電動機も理解できます。下説明はかご形について。

ローターに発生した電圧E2により流れる電流I2との二次側回路の消費
電力を二次側入力P2といいます。
ステーター側を一次側、ローター側は二次側と丸暗記されてください。
このローターは太い導線(バー)をかご形に配置された構造になっていて
ここからこの方式のモーターをかご形誘導電動機と言うのです。
強い始動トルクを得るために回転子導体の抵抗を始動時は大きく速度
が上昇したら小さくするみごとな仕組みのかご形誘導電動機もあります。
こうする事で大きな始動トルクを得ます。(比例推移の特性を活用)

R=r2(1-S)/Sの抵抗で消費される電力を機械出力Pmといい皆さん
がよく"これは30KWのモーター"とか言うあの数値となります。
r2の抵抗で消費される電力は二次側銅損Pc2ですね。
最低限以下の関係式だけは電気主任として覚えておきましょう。
P2:Pm:Pc2=1:1-S:Sの重要な関係があり
(Sはすべりといい停止時(1)~定格速度(≒0.03)で変化)

誘導電動機の起動電流が高くなる理由を等価回路上で解釈すると
二次側電流はリアクタンスx2と合成抵抗r2/Sで制限されます。
モーター起動時、つまり回転数0ではS=1でインピーダンスr2+X2
への電圧印加で電流が流れます。この状態が起動電流です。
一般的には運転電流の5倍程度ですがあくまで一瞬の状態であり
回転上昇によりSがどんどん小さくなる事でr2/Sが大きくなるため
インピーダンスが大きくなるわけで当然電流は更に小さくなります。
最終的にはS=3%(0.03)程度の時の電流値で落ち着きその状態
運転電流と言うのです。

下は私の勤務する現場にある屋外モーターですがプレートでSPEC
を確認してすべりを計算してみましたが3%、誘導電動機はどれも
この程度のすべりだと思います。屋外なので文字色は消えてます。
同期電動機は同期速度で回転するためすべりはなし、ただこれは
扱いが難しいのであえてビル設備程度で使う事はないと思います。

モーターの効率的運転は空調機ならばVベルト交換やベアリングへ
のグリースアップなど機械的な保守管理が絶対に欠かせません。
機械的メンテナンスが満足してるならばモーターが15年以内で
故障する事もまずないです。
軸がロックしたりしてモーターにストレスがかかり故障するなどモーター
は機械的に連結させる負荷と運命共同体なのです。
以降内容は興味のある方のみで結構ですがモーターの基本的性質が
わかったところで三相モーターが単相運転した場合を検証してみましょう。
S1が正常時、S2が単相となり回転変化した時として、結果約2倍に
なるという答えが得られ冒頭のモーター実験結果を納得できます。

三相モーターは単相運転するとその三相電源アンバランスにより不平衡
状態となる事で逆相トルクが発生して回転数が低下
します。
(逆相トルクとはモーターを逆転させようとする力)
①は逆相電流による入力減少分を考慮した二次入力の計算式で③式
は三相状態⇒単相状態でも要求負荷は同一なので三相運転時電流I
による二次入力と=にして変化後の正相電流I1を逆算しました。
(逆相電流による回転磁界は滑り2-sで回転しています)
尚、1線断線時は正相電流(I1)と逆相電流(I2)は等しくなります。
更にこの正相電流I1を√3倍すれば単相状態の線電流となります。
④ですべりが3%⇒4%に回転数が変化したらどうなるか?を検証!

次に回転数が低下しないとしてすべりが3%のままでは上の④式に代入
して計算とすると√3×1.007倍のつまり回転数が低下しないとするなら
単相運転時は√3(1.73)倍の電流
とこの計算でも成立します。

一番ヤバイいのは停止状態からマグネットの1相が壊れてる状態、始動トルク
が発生しないため三相拘束と同じ状態で定格の7~8倍大電流が流れてしまう
つまりシャフトが拘束(ロック)されたのと同じ状態です。
確かに保護回路は動作しますが相応に大きな電流は実際流れるので老朽化
したモーターでは焼損するかもしれません。
ただこれは漏電と違い事前取替という絶対に発生させない策があるのです。
三相モーターは単相運転防止のため10~15年経過したマグネットは無条件
に交換されるべきです。

家庭にある単相モーターでは1相の電圧がなくなると回路を構成しなくなるの
で停止するだけでこういう問題は発生はしません。

取替は電気工事士を合格された程度の器用さがあるならどうという事はない
けど取付ネジが時々硬くて回せない場合があります。
適切な大きさのドライバーで体重をかけてもダメならば絶対に無理ですから
そのまま継続するとネジ山がつぶれてそれこそ面倒な事となります。
専用のインパクトドライバーを即使用される様にしてください。
古いマグネットだと同じ型番はなく代替の新しいタイプとなるので念のため
補助接点の構成とか取付ピッチは確認されてから作業を行いましょう。

最初は70%締めですべてビスを通したら100%締め、指で配線を引っ張り
緩みがないか確認、実際にモーター運転状態でマグネット二次側にて電源
電圧があるか各相間で確認できて作業は終了した事になります。
(負荷電流が流れてる状態のマグネット二次側電圧が肝心

三菱のマグネットを注文した時はNEWとなり取付ピッチが異なるのでスペーサー
が付属していました。すべてのメーカー製品でこういうサービスはないかも?
もしないと1箇所ネジを入れるネジ溝を盤側に切らないといけません。
小穴を先に開けワッシャを入れてスクリュービスでネジ込むのはこういう盤は
厚みがある上、ガチ硬いから私では無理ですね。(握力の強い男性なら可)
とにかくきちんと盤に物が固定できさえすればいいわけではあります。

盤にネジの溝を切るためのタップとはこういうのです。
大雑把に説明するとネジサイズより1mm程度小さな穴を盤にドリルで開けた
らその穴にこれでネジ溝を手で回しながら切っていくツールです。
この説明だけで器用な方なら一人で練習して習得できる方もいらっしゃると
思いますが職場には一人はこういう事が好きな先輩はいるはずなので実技
でその方にならっておいてください。
電気を扱う人はパーツ取替をした時、稀にこの作業が必要となる事があります。

その前に盤の様な厚みのある金属面にドリルで穴を正確にケガする事なく開け
る事ができるかです。

電気の知識はあるがまったく工具の使い経験のない方はこうした回転道具
を使う場合ケガをする可能性があるという事です。

ツルツルした金属面に回転するドリルの刃先を当てたら滑ってしまうでしょう。
もちろん上手くなったらそれでもできない事はないけどこういうのを使うべき。
ドリルに限らず電動工具というのは未経験の場合は事前に練習しておかない
とイザ本番では相当痛い出血ケガをしますから注意されてください。

作業をする前に刃先が丸くなっていないか?切れない刃先では論外です。
それとドリルの刃先はまっすぐ当てて回転させないといけません。
こんなケガが発生するのか?という原因は基本作業の無視から起きます。
そのまま体重をかけ両脇は締め腕力で押すというより自重を利用します。
腕力は刃先の挿入角度とドリル自体がぶれないために私は使います。
同じドリルを使いながら楽に穴を開けられる人とそうでない人の差とはけして
腕力があるからという様な事ではありません!穴を開けてくれるのは工具。
私は金属面よりコンクリートに穴を開けるのが得意ですがコンクリートに穴
を開ける場合は金属用ではなくコンクリート専用の刃先が必要となります。

後軍手は布辺を刃先に巻き込んだら指ごと持っていかれ大ケガをするの
で古い軍手は使わないか私はドリル作業では軍手は使わないですね。
後電気作業では軍手は絶対使わないでください。とにかく軍手というのは
私達の様な機械や電気を扱う人が使用する物ではありません。

手のひらに耐久性に優れた天然ゴムをコーティングしてあり、強力なすべり
止め効果と優れたグリップ力を発揮するという評判ですが私はこの類を各
作業では使います。又低圧の電気作業でもまったく感電とかはないです。
厳密には低圧でも専用のぶ厚い低圧電気用絶縁手袋を使うのが基本です
があれは厚みがあり過ぎて指先作業をするのが極めて困難だから軍手
とかを使う人がいるのですが、それならまだこういうのがいいと思います。

日常のビル管理程度では5~6mm程度の穴を開けたり、その大きさのネジ
溝を切れるならば何をするにしても困る事はないと思います。
テナントからコンクリ壁にホワイトボードを固定してほしいとあればドリルで
穴を開けプラグをハンマーで打ち込んでから固定金具をねじ込みます。
壁構造によってはアンカーというので固定しますがまず壁を叩いて取付壁
が空洞かどうか知る事から始めます。
アンカーを使う作業はそうないけどプラグを使用して物を固定する事は設備
のお仕事をしていたら時々あります。そうこれらは日常大工の世界
日常大工の上手な方は設備業は天職と言えますね

ビルや工場で電気主任技術者をするにしても設備員の一人としてある程度
の日常大工の腕前は練習してでもできないといけません。


10円SLOTのミリオンゴッドで5/11に6125枚出せました。
最終的には23連荘でSTOPしたから即やめで帰りました。
冬の自己最高約2万枚出した枚数には及びませんでしたが時の運
から私へのプレゼントとして自分への投資に使う事にしました。
(両親に1万円づつ、彩音に1万円あげて残りは私のために)

会社で買ってもらう場合は理由とか申請書を書くのが面倒なので前から
興味があってほしかったこれを自費で購入してみました。
楽天で最安店を探しましたがこの価格なら満足ですね!(定価3万円)
本音を言えばこういう買っても電気担当しか使えない様な物は法的
な理由以外では購入許可が会社では簡単に降りないのです。

普段はテスターとして接地抵抗も2点で簡単に測定できるというツール
このスマートな大きさだからこれにしたんです。
GETできたら前に紹介した対地電圧値が見れる検電器と同じ様に使用
感覚をレポートしたいと思います。たぶん気になってる人はいるはず?
私は仕事がら漏電調査とかよくするのでそれに役に立てれないかとか
前から疑問に思っていた本でしか頭の中でしか理解できてない事や
対地電圧とか接地抵抗についてこれで更に研究したいと思います。
私わからない事は自分で知らべないと納得できない性格です。

好奇心を感じる測定器がまだあるのでまた予期せぬ臨時収入が入
ったら購入するかもしれません。自分のお給料からは買いません。


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