に何かを教える勉強会を去年からしています。これは私が担当し
た月に行った内容です。又電気に興味がある人によく質問される
ベスト３のこれが一つです。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？三相時と単相時の要求負荷が同じなら
√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..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。設備の仲間に質問されたらこ
の答え方でいいと思う、ただ何年かに1回はそれ違うでしょ？とい
う方に出会いますね。
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
を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
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10年以内で
故障する事はないです。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。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！
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。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。
職場の仲間に電気を扱えると思わせるには理屈だけではダメだから
電気主任技術者は取替作業ができる様になってください。語るだけ
なら学生と同じです。
ただビル管理をまじめに３年もしてる方なら十分に可能なので誰
でも練習したらできる程度です、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
即使用されてください、新しい型式ですと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。
電気を止めて作業するので素手の方が感覚もあり行い易いのです
が見た通り、端子とか意外と尖り指をケガをする事が往々にして
あります、だから素手ではされない方がいいです。後古い配線は
乱暴に扱うと端子の根元で折れる事もある、余裕があれば端子も
取替されたら最善ではあります。
取替が完了したらそれで終わりではありません。二次側各相間電圧
と各相の電流にばらつきがないか確認、30分運転後に温度の確認を
私はします。１か所だけ高温度があればその取付に問題がある。
見た目では完全な安全確認はできないです。定格電流内の使用で
室温25℃、端子部の温度が40℃もある場合何か問題があります。
許容温度で判断してはいけません、それはあくまでリミット！
余談ですが接点が正常なら一次と二次間の抵抗は0Ωです。前に
電気管理技術者協会の配布小冊子で抵抗を測定してマグネットの
良否を判定するというのを読んだ記憶がある、逆に接点が悪くて
抵抗値が上昇すると、そこには熱が発生するわけだから下の様に
温度を比較して見る事でもわかります。
ネジが回らず外せない、時々設備の先輩とかCRCを噴射させハン
マー＋普通ドライバーで叩く人がいるけど、ドライバーが破損し
たら大けがです。叩くならこういう貫通ドライバーを使います。
更にこれ叩くと内部カムが15度緩む方向に回転し硬いネジを回す
のに最高です。10個マグネットを取替したら１個くらいは人力
でネジが回らない事が多いので、こういう道具は準備して作業し
た方がいいです。最悪端子は切断してしまえばいいけど取付ネジ
ですと外せないので取替作業ができないです★正しい工具の使い
方をせずケガをし労災でもなると会社にも迷惑をかける事になる
安易に何でもいいから回せばいい、叩けばいい作業は素人レベル
ですから技術者希望の方は肝に銘じてください。
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？ない場合は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。個人的には三菱のマグネットをお勧め
します。容量と電圧さえ合えばフジ電機⇒三菱のにしてもまったく
問題はありません。7.5KWのマグネット取替した時に在庫に11KW
しかなく行ったら端子の大きさが異なるので取替は同じ容量の
製品でされた方が余分な作業が発生しません。MCBと違いマグネット
は大は小を兼ねる事はできますが経済的に無駄です。
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。
その後はネジを入れて物を固定できます。設備には一人はこうい
う事が好きな先輩はいるはずなのでその方にならってください。
片側は既存ねじ穴を使え、もう片側が合わないわけだから本来開
けるべき作業をしないでマグネットの裏に工業用アクリルテープ
を貼る方法でも全然問題ないレベルで実は固定できます。ただ
正規方法ではない、音を出せない場所が近くにある時に私はこの
方法で固定します。貼るという行為も専用材料はあなどれない！
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。
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＋振動ドリルが必要となります。
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。ケガは短絡と同じで一瞬に発生します。
あんな単純なミスで...後から聞けばね、だから気をつけましょう。
ホームセンターで500円くらいで買えます、分厚くなるほど指先
の感覚が鈍り精密作業が逆にできなくなる。実はダイソーの.......
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