直流電動機の界磁抵抗レアショートと過負荷の関係を徹底解説！設備保全担当者の疑問を解決
直流電動機の界磁抵抗レアショートと過負荷の関係を徹底解説！設備保全担当者の疑問を解決
この記事は、工場の設備保全を担当されているあなたが抱える、直流電動機の界磁抵抗レアショートと過負荷に関する疑問を解決するために書かれました。専門用語が多く、少し難解に感じるかもしれませんが、一つ一つ丁寧に解説していきますのでご安心ください。具体的な事例を交えながら、なぜ界磁抵抗の異常が過負荷トリップを引き起こすのか、そのメカニズムをわかりやすく紐解いていきます。
当方、工場の設備保守の仕事をしているものです。直流MOTの過負荷トリップが発生し、分からないことが有る為質問させていただきます。操業中、あるロールが回転不能との連絡を受け、アナログサイリスタ盤を確認した処、ＯＬ表示が点灯していました。同じ仕事をするMOT（容量、型式も同じ）が他に２台あるので、盤面電流計にて電流値を確認しながらMOT運転すると、OL表示が点灯していたMOTのみ43A（他２台は-22A）。当該MOTの巻線抵抗、絶縁抵抗、界磁抵抗を測定した処、界磁抵抗が通常１０Ωの処、２．５Ωとなっていました。界磁抵抗レアショートが過負荷原因として、MOT取替えて運転良好となりました。そこで質問なんですが、界磁抵抗レアショートが何故、ＯＬに繋がるのか理解できません。(私の中ではOL=機械的に重いと思っていました）詳しい方、何卒ご教授宜しくお願い致します。
今回の質問は、直流電動機（MOT）の過負荷トリップの原因を特定するために、界磁抵抗のレアショートがどのように影響するのか、という点に焦点を当てています。設備保全の現場では、このような電気的なトラブルの原因を正確に理解し、迅速に対応することが求められます。この記事では、この疑問を解決するために、以下の3つのステップで解説を進めます。
- 直流電動機の基本原理と界磁抵抗の役割
- 界磁抵抗レアショートが過負荷を引き起こすメカニズム
- 具体的な対策と予防策
1. 直流電動機の基本原理と界磁抵抗の役割
直流電動機（MOT）は、電磁石の原理を利用して電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置です。モーターの回転は、磁界と電流の相互作用によって生み出されます。この原理を理解することが、今回の問題解決の第一歩となります。
1.1. 直流電動機の構造
直流電動機は、主に以下の主要な部品で構成されています。
- 固定子（ステーター）：磁界を発生させる部分で、界磁巻線が巻かれています。
- 回転子（ローター）：回転する部分で、電機子巻線が巻かれています。
- 整流子：電機子巻線に流れる電流の向きを切り替える役割を果たします。
- ブラシ：整流子に接触し、外部回路との電気的接続を行います。
1.2. 界磁巻線の役割
界磁巻線は、固定子に巻かれたコイルであり、直流電流を流すことで磁界を発生させます。この磁界が、回転子の電機子巻線に流れる電流と相互作用し、トルク（回転力）を生み出します。界磁巻線の抵抗値（界磁抵抗）は、発生する磁界の強さに影響を与え、モーターの回転速度やトルクを制御する上で重要な要素となります。
界磁抵抗が正常な状態であれば、モーターは設計通りの性能を発揮します。しかし、界磁抵抗に異常が発生すると、モーターの動作に様々な問題が生じる可能性があります。
2. 界磁抵抗レアショートが過負荷を引き起こすメカニズム
界磁抵抗のレアショートは、界磁巻線の一部が短絡（ショート）を起こし、抵抗値が低下する現象を指します。この現象が、なぜ過負荷トリップを引き起こすのか、そのメカニズムを詳しく見ていきましょう。
2.1. 界磁抵抗レアショートによる磁束の変化
界磁抵抗が低下すると、界磁巻線に流れる電流が増加します。これは、オームの法則（V = IR）に基づいています。電圧（V）が一定の場合、抵抗（R）が小さくなると、電流（I）は大きくなります。界磁電流が増加すると、発生する磁束も増加します。
2.2. 過負荷トリップの発生メカニズム
界磁磁束が増加すると、モーターの逆起電力（Back EMF）が低下します。逆起電力は、モーターが回転することによって発生する電圧であり、印加電圧と逆方向に作用します。逆起電力は、モーターの回転速度に比例して大きくなります。逆起電力が低下すると、電機子電流が増加しやすくなります。
電機子電流が増加すると、モーターのトルクも増加します。しかし、過剰なトルクは、モーターに過負荷を与え、最終的には過負荷保護装置（OL：Over Load）を作動させ、モーターを停止させる原因となります。
今回の事例では、界磁抵抗が通常10Ωのところ、2.5Ωまで低下していました。この大幅な抵抗値の低下により、界磁電流が増加し、磁束が増加、逆起電力が低下し、電機子電流が増加した結果、過負荷状態となり、OL表示が点灯したと考えられます。
2.3. その他の影響
界磁抵抗レアショートは、過負荷トリップだけでなく、モーターの効率低下、過熱、絶縁劣化などの問題を引き起こす可能性もあります。これらの問題は、モーターの寿命を縮め、設備のダウンタイムを増加させる原因となります。
3. 具体的な対策と予防策
界磁抵抗レアショートによるトラブルを未然に防ぐためには、定期的な点検と適切な対策が不可欠です。ここでは、具体的な対策と予防策について解説します。
3.1. 定期的な点検
定期的な点検は、異常の早期発見に繋がります。以下の点検項目を参考に、計画的に点検を実施しましょう。
- 界磁抵抗の測定：テスターを使用して、界磁抵抗値を定期的に測定します。測定値が規定値から大きく外れている場合は、異常の可能性があります。
- 絶縁抵抗の測定：絶縁抵抗計（メガオームメーター）を使用して、界磁巻線の絶縁抵抗を測定します。絶縁抵抗が低い場合は、絶縁劣化の可能性があります。
- 電流値の監視：運転中のモーターの電流値を監視し、異常な電流上昇がないか確認します。
- 異音・異臭の確認：運転中に異音や異臭が発生していないか確認します。これらの異常は、トラブルの兆候である可能性があります。
- 温度測定：赤外線サーモグラフィなどを用いて、モーターの温度を測定します。過熱している場合は、何らかの異常が発生している可能性があります。
3.2. 適切な対策
点検の結果、異常が発見された場合は、適切な対策を講じる必要があります。
- 界磁巻線の交換：界磁抵抗レアショートが確認された場合は、界磁巻線を交換します。
- 絶縁補修：絶縁劣化が確認された場合は、絶縁補修を行います。
- 負荷の見直し：モーターに過大な負荷がかかっている場合は、負荷を見直します。
- 冷却対策：モーターの冷却が不十分な場合は、冷却対策を講じます。
3.3. 予防策
トラブルを未然に防ぐためには、予防策も重要です。
- 適切な選定：モーターの選定は、使用条件に適したものを選びます。
- 適切な運転管理：モーターの運転条件を適切に管理し、過負荷運転を避けます。
- 環境整備：モーターの設置環境を適切に管理し、湿気や異物の侵入を防ぎます。
- メンテナンスの実施：定期的なメンテナンスを実施し、異常の早期発見に努めます。
これらの対策と予防策を組み合わせることで、直流電動機のトラブルを最小限に抑え、設備の安定稼働に貢献することができます。
今回の質問に対する回答をまとめると、界磁抵抗レアショートは、界磁電流の増加、磁束の増加、逆起電力の低下、電機子電流の増加を引き起こし、最終的に過負荷トリップを発生させる原因となります。定期的な点検と適切な対策を講じることで、この問題を解決し、設備の安定稼働を実現できます。
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4. まとめ
この記事では、直流電動機の界磁抵抗レアショートが過負荷トリップを引き起こすメカニズムについて、詳細に解説しました。設備保全の現場では、このような電気的なトラブルの原因を正確に理解し、迅速に対応することが求められます。今回の解説が、あなたの業務の一助となれば幸いです。定期的な点検と適切な対策を講じることで、設備の安定稼働を実現し、生産性の向上に貢献しましょう。
もし、今回の内容についてさらに詳しく知りたい、または他の疑問点がある場合は、お気軽にご質問ください。あなたの設備保全業務をサポートできるよう、これからも情報発信を続けていきます。
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