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 3. モータの出力について知ろう!

モータの出力を説明しますモータ出力の計算式を説明します入力と出力の比率=効率を説明します

モータ出力とは?

○電気エネルギーから機械エネルギーへの変化
モータは、電気エネルギーを機械エネルギーへ変化させる装置です。モータの軸から出せる動力を、モータの出力といい、キロワット[kW]の単位で扱います。
1Wは、1ジュール [J]=1ニュートン・メートル[N・m] の仕事を1秒間にする能力です。従前使用されていた1馬力は、750W弱です。

○モータの所要動力と負荷
カタログや銘板にkWで表されているモータの出力とは、モータによる動力のことです。このモータの特性を示す動力は、最大出力の値ではなく、モータの定格電圧、定格周波数での良好な定格出力の値です。
モータの用途に応じて、回転速度と、必要なトルクが定まると、モータ出力をどのくらいにすべきかが定まりますので、逆に、モータの出力を選ぶことで、モータで動かしたい回転速度とトルクとを選ぶことができます。

○入力と出力の関係
モータの出力は機械的な動力です。この動力を得るには、モータに電力を供給しなければなりません。電力は、電力会社から、工場などに三相交流で供給されています。交流の場合、電気機器のコイルの働きで、供給される電力の一部は電力会社に戻されます。残りの有効電力が、モータへの入力となります。モータに入力される有効電力による入力エネルギーと、モータ出力に変換されて動力となった出力エネルギーの比率が、モータの効率です。このモータの効率は、年々進歩しています。

モータ出力説明写真

モータ出力の計算式について

○モータ出力の計算式
モータは、負荷に力を加えて回転させます。羽根やベルトを、その負荷となるトルクよりも大きいトルクを加えて回すのです。
モータの動力により、負荷が、Tトルク[N・m]の力を加えながら半径1[m]の円周を2π動いたとします。この1周で、モータは、円周の距離2π×T[J]の仕事をします。モータが1分にn回転[rpm]すると、1秒でn/60回転します。これらより、モータ出力P[W]は、次式になります。

モータ出力P[W]=(2π×T×n)/60=0.10471×T×n ※式(1)

○モータ出力の比例関係
モータ出力は、トルクに比例します。大きいトルクを必要とする場合には、モータ出力を大きくします。また、モータ出力は、回転数に比例します。このため、高速回転が必要な場合には、モータ出力を大きくします。
実際には、モータ出力は、トルクと回転数の積に比例しますので、低トルクで高速回転や、高トルクで低速回転の場合には、モータ出力は中程度で十分となります。

○所要動力算定式との関係
0.1047の逆数は、1÷0.1047で約9.5501となります。上式(1)のモータ出力をkWにするために、両辺を1000で割り、定数の0.1047を逆数として分母に移すと、次式になります。

モータ出力P[kW]=(T×n)/9550 ※式(2)

これが、各社のモータカタログで一般化されているモータ出力の式で、式(2)と式(1)の示す関係は同一です。


入力と出力の比率=効率について

○有効エネルギーと出力エネルギーの比
モータの入力となる電力は、電圧と電流をかけた値です。交流電力の場合には、電力会社から供給される電力(皮相電力)の一部が無効電力として電源に戻され、有効電力がモータに与えられます。皮相電力に対する有効電力の割合を力率といいます。モータ自身のエネルギー損失の少なさを効率といいます。モータの運転にともない、有効エネルギーの一部は、機械の発熱、摩耗、振動などの損失になります。効率とは、モータの動力となった出力エネルギーに対する有効エネルギーの割合で、モータの動作による損失が小さいほど、効率が高くなります。モータ出力と、定格電流及び定格電圧との関係から、力率と効率の積の値を求めることができます。

○モータの使用現場における効率の意味
効率の高いモータほど、省エネであり、電気料を安くすることができます。標準的なモータに自前の減速機を付加するのと、最初からギヤードモータを選定することの比較でも、減速後の動力に対する効率の比較が有効です。

○効率をめぐる国内外の動向
電力消費量における誘導電動機の消費量が高いことから、主要国はエネルギー政策として誘導電動機の効率向上に取り組み、規格化しています。日本では、1999年に省エネ法が改正され、高効率モータの採用が推奨されています。米国、中国、欧州でも効率基準値が定められています。

入力と出力の比率=効率について説明写真

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