モーターの力率: 定義、計算、およびモーターコアがそれに与える影響

モーターの力率は実際に何を測定するのか

三相モーターが 400 V で 75 kW の実電力を消費する場合、線電流はその力率に依存します。 0.85 PF では、その電流は約 127 A です。0.80 PF では、同じ 75 kW に 135 A が必要です — シャフト出力を追加することなく、電流が 6% 増加 。この差の背後にある比率（キロワット単位の実電力をキロボルトアンペア単位の皮相電力で割ったもの）がモーターの力率です。 AC モーターの場合、これは cos φ (電圧と電流の間の位相角の余弦) に等しくなります。

モーターは、トルクを生成する前にステーターとローターコアに磁場を構築するために磁化電流が必要なため、常に 1 未満の PF で動作します。この無効成分は機械的な仕事をしませんが、巻線、電源ケーブル、および上流の変圧器を通過します。これは誘導電動機の動作上避けられない部分ですが、設計や材質にも影響されます。

モーターの力率の計算方法

計算は簡単です。 PF = 有効電力 (kW) / 皮相電力 (kVA) 。三相モーターの場合、皮相電力は S = 1.732 × V × I / 1000 です。ここで、V は線間電圧、I は線電流です。

上の例を使用すると、400 V で 135 A を消費するモーターの皮相電力は 1.732 × 400 × 135 / 1000 = 93.5 kVA になります。測定された実電力が 75 kW の場合、その力率は 75 / 93.5 = となります。 0.80 。同じマシンが 0.90 PF に耐えられる場合、同じ有効電力の電流は約 120 A に低下します。

3 つの量は直角三角形を形成します: S² = P² Q²。無効電力 Q は、モーターが磁気回路の磁化に費やす部分です。部分負荷では、実電力は励磁電流よりも早く低下するため、PF は急激に低下します。 0.86 PF と銘打たれたモーターは、半負荷で 0.55 ～ 0.65 を簡単に測定できます。

典型的なモーターの力率値

銘板PFは全負荷時の値です。サイトの測定値は実際の動作負荷を反映しているため、実際の数値は多くの場合これより低くなります。以下の表は、標準的な低電圧三相誘導モーターの全負荷範囲の目安を示しています。

モーターを指定する場合は 2 つのパターンが重要です。まず、磁化電流と固定損失が総入力に占める割合が小さくなるため、モーターが大きくなると PF が高くなります。第 2 に、低速のマシン (6 極および 8 極設計) は、追加の極により多くの励磁アンペアターンが必要となるため、同等の 2 極または 4 極モーターよりも PF が低くなります。同じロジックがオーバーサイジングにも当てはまります。20 kW で動作する 75 kW モーターは、同じ仕事をする適切なサイズの 22 kW モーターよりもはるかに低い PF を示します。

モーターコアが力率に与える影響

力率は巻線だけで決まるわけではありません。無効電流に最も大きな影響を与えるのは、モーターの磁気回路、つまりステーター コアとローター コアです。コアの材質、積層の厚さ、および組み立て方法によって、巻線が供給する必要がある磁化電流の量と、その過程で鉄が損失するエネルギーの量が制御されます。さらに詳しく見てみると、 モーターコアの構造 つながりが明確になります。

ケイ素鋼のグレードと鉄損

電磁鋼板のグレードによって、透磁率と鉄損の両方が設定されます。より高いグレードの 非結晶方向性 (NGO) ケイ素鋼 ステーターとローターのヒステリシスと渦電流損失を低減します。鉄損が低いということは、磁化電流と損失電流によって消費される入力電流が少なくなることを意味し、負荷時の PF が高くなります。材料の選択は、モーターが消費する無効電力に直接、測定可能な影響を与えます。

高級非結晶方位 (NGO) ケイ素鋼のサプライヤー、会社 - 無錫 新規 中国の高級非粒子指向性 (NGO) シリコン鋼のサプライヤーおよび会社として、New Ruichi/Cailiang は卸売の高級非粒子指向性シリコン鋼を提供しています。 製品を見る→

積層厚さと絶縁性

モーターコアは、通常厚さ 0.35 ～ 0.50 mm の電磁鋼板から打ち抜かれます。積層を薄くすると渦電流は減少しますが、加工コストは高くなります。積層間の絶縁コーティングも同様に重要です。隣接するシートが接触すると、循環電流が発生し、損失が増加します。だからこそ AC モーターのステーターとローターの積層 生産工程全体を通じて、制御されたコーティング、正確な打ち抜き、厳密なバリ制御が必要です。

AC モーターのステーターとローターの積層サプライヤー、会社 - 無錫 New Ruichi Techn 中国のACモーターステーターおよびローター積層のサプライヤーおよび会社として、New Ruichi/Cailiangは卸売ACモーターステーターおよびローター積層を提供しています。 製品を見る→

コアの組立方法

積層体が完成したスタックになる方法によって磁路が変化します。インターロックされたコアは経済的で寸法的に安定していますが、すべてのインターロック機能により局所的な応力が発生し、層間に電気的短絡が発生します。溶接されたコアは機械的に強いですが、各溶接ビードは積層スタックを横切る潜在的な導電性ブリッジとなるため、溶接の位置と長さを厳密に管理する必要があります。これらの詳細を制御すると、 レーザー/TIG溶接積層コア 層の絶縁を維持し、損失を低く抑えます。性能の差は非常に大きいため、現在では多くのモーターメーカーが製品を購入しています。 完成したモーターコアアセンブリ 緩いラミネートの代わりに。

レーザー/TIG溶接積層コアのサプライヤー、会社 - 無錫 New Ruichi Technology 中国のレーザー/TIG溶接積層コアのサプライヤーおよび会社として、New Ruichi/Cailiangはレーザー/TIG溶接積層コアの卸売を提供しています。 製品を見る→

モーターの力率が低いと思った以上にコストがかかる理由

PF が低いと機械出力は低下しませんが、同じキロワットの供給に関連するあらゆるコストが上昇します。

• 線電流が大きいため、ケーブル、ブレーカー、変圧器を大きくする必要があります。
• 公共料金メーターとモーターの間のすべての直列要素における I²R 損失が大きくなります。
• 電圧降下が大きくなり、モーターのトルクが低下し、スリップが増加します。
• 公共需要料金または PF ペナルティ。通常は 0.90 または 0.95 未満でトリガーされます。

算数の確認も簡単です。 400 V での 75 kW の負荷は、0.85 PF で約 127 A を消費します。 0.80 PF では、電流は 135 A に達し、約 6% 高くなります。 0.70 PF では約 155 A に達します。 22%高い 。この余分な電流によりケーブルと巻線が加熱され、電圧降下が発生し、上流の機器の定格を下げることになります。同じ負荷が 0.85 PF から 0.95 PF に改善されると、皮相電力需要が 88 kVA から 79 kVA に削減されます。 10%削減 多くの公益事業が商業および産業用アカウントに使用する請求金額です。

力率改善のオプションと制限

コンデンサは標準的な補正デバイスです。これらは、モーターの遅れ励磁電流を相殺する先行無効電力を供給し、モーターの端子、分電盤、または変電所の中央に設置できます。適切なレベルは、リアクティブな需要がどこで発生するかによって異なります。

可変周波数ドライブ (VFD) は画像を変更します。ドライブ内の DC リンクは無効エネルギーを内部で供給するため、VFD 給電モーターのグリッド側 PF は、モーター自体が低い PF で動作している場合でも、通常 0.95 を超えます。固定速度モーターの場合、コンデンサのサイズ設定には注意が必要です。先行する PF に過剰に補正すると、端子電圧が上昇し、スイッチング過渡現象、リレーの誤動作、コンデンサの故障が発生します。通常、0.92 ～ 0.95 付近の補正目標は、1 に到達しようとするよりも安全です。

高調波により、別の制約が追加されます。 VFD およびその他の非線形負荷は、コンデンサでは補正できない力率歪みを生成します。場合によっては、コンデンサバンクが高調波周波数でトランスのインダクタンスと共振し、歪みを低減する代わりに増幅してしまうことがあります。基本的な電力品質測定により、最も一般的な間違いを防ぐことができます。

メーターの修正は原因ではなく症状を治療します。コアに高い損失や過剰な励磁電流が流れるモーターは、取り付けられている静電容量に関係なく、無効電流を引き続けます。設計または再構築の段階でコアの材料と組み立て方法を変更すると、その発生源での無効な需要が削減されます。 OEM や自動車修理工場が 製造能力 効率性の全体像の一部として、中核サプライヤーの評価を向上させます。

バイヤーとデザイナーがチェックすべきこと

コンデンサを追加する前に、銘板を信頼するのではなく、実際の負荷の下で動作する PF を測定してください。電圧と電流を記録し、シャフト負荷を推定し、結果をモーターの全負荷動作と比較します。この演習では、コンデンサによって隠れていた、過大なコアや高損失のコアなどの問題が明らかになることもよくあります。

• 実際の負荷で動作する PF を確認します。銘板の値は全負荷値です。
• コアに指定されているケイ素鋼のグレードと積層厚さを問い合わせてください。
• モーターの目標効率と PF に基づいて、コアの組み立て方法 (接着、インターロッキング、またはレーザー/TIG 溶接) を選択します。
• モーターのサイズをデューティに合わせてください。軽負荷で動作する過大なモーターは、動作寿命全体にわたって低い PF と低い効率に悩まされます。

モーターの力率は請求の詳細以上のものです。これは、モーターの磁気回路が入力電流をトルクにどの程度効果的に変換するかを反映します。コアが適切なシリコン鋼グレード、積層厚さ、組み立てプロセスで作られている場合、モーターに必要な無効電流は単に少なくなります。その違いはメーター室で測定可能であり、その違いは中核サプライヤーの生産ラインから始まります。