分巻直流モーター制御について

質問

分巻直流モーター制御についてですが、

モーターのアーマチュアに直列に可変抵抗と並列に可変抵抗をつけ、直列に繋がった抵抗を可変したとしてもモーター側にかかる電圧は変わるけど電流は同じになりますよね？また、並列に接続された抵抗を可変した場合モーターにかかる電圧は同じで電流の方だけが変わると思うのですが、そこで、モーターの回転速度とトルクを別々にコントロールできないでしょうか？

アーマチュアに流す、電圧は同じで電流だけ下げるとどうなりますか？
また、アーマチュアに流す電流は同じで電流だけ上げるとどうなりますか？
また、フィールドコイルの方に流す電圧のみを変えた場合どのような動きになるのでしょうか？

実際に分巻きタイプの直流モーターが無い為、実験できないのでわかる方教えてください。
よろしくお願いします。

回答No.4

KEN_2 · ベストアンサー

補足質問に回答します。
この掲示板のルールに抵触しますので、残念ですが回答は今回までとさせていただきます。
他に疑問があれば、別途新たに質問を立ててください。

>では、ここでは詳しくは書けませんが、上のような回路で抵抗値をずらすことで
>モータの回転を上げたり落としたりしているものがあるのですが、（もちろん電
>源側の電圧は一定のままで100Vです）これは電圧も電流も同じなのにどういう原
>理で変化をつけているのでしょうか？

多分先のワードレオナード方式の応用で電機子に加える電圧を可変する方法と考えられます。
内部で直列抵抗を可変することでコイルの電圧・電流が可変されますので、回転数制御は可能です。

>オームの法則で計算すると可変抵抗の方を変えてもモーター側
>は電圧も電流も変わらないですよね？

いいえ。
直列抵抗の片側を可変するとモーター側の電圧も電流も変わります。
オームの法則で直列接続の分圧です。

>逆起電力とかが関係してきて可変抵抗を変えることで、モーター側の抵抗値が変
>わり速度の変化が出るということなのでしょうか？
前の説明が適切ではなかったのを反省します。
逆起電力は回転数に比例して増加します。
つまり印加した電圧に対して回転数が上がりますが、比例して逆起電力が増加しますのでバランスした回転数が最大回転数となります。
可変抵抗で界磁巻線の磁界強度（磁束）を可変すると、回転数が変化して逆起電力も追従して変化します。

>実は、今まで、普通に回っていたモータが回転スピードはほとんど変わらないの
>ですがトルクが急激に落ち少量の負荷をかけるだけで止まってしまうのですが、
>これはモーター側の故障かなと思い・・・・
現品を見ていないので断定できませんが、電機子のブラシの磨耗やスリップリングのカーボン付着で負荷がかかると回転が落ちる現象は直流モーターではかなりあります。
　↑　　↑
＊これが本来の質問でしたね。電機子とブラシ清掃とで回復するのでは？？

お礼

KEN_2さん、色々ありがとうございました。
>オームの法則で計算すると可変抵抗の方を変えてもモーター側
>は電圧も電流も変わらないですよね？
いいえ。
直列抵抗の片側を可変するとモーター側の電圧も電流も変わります。
オームの法則で直列接続の分圧です。＞えっと、並列接続の方での意味で話したつもりでした、直列では電圧は分圧するので変わりますね。

電機子とブラシ清掃は一応してみたのですが駄目でした。
制御について勉強不足なので、色々回答あった事を調べてみてわからない事があれば新しく質問立てて質問することにします。
また機会があればよろしくお願いします。

回答No.3

KEN_2

ANo.1,2 です。での逆起電力のコイル抵抗の違いは別に置いて、
理科で豆電球と電池の接続で抵抗の直列・並列接続の違いを授業でありませんでしたか？
物理ではオームの法則は基本中の基本です。
（無ければ文部省のゆとり教育方針は大きな間違いですねー（苦笑)）

直流の電圧・電流・抵抗は『オームの法則』で全て成り立ちます。
電圧は抵抗に流れる電流に比例する。
逆に電流は抵抗に印加する電圧によって比例する。
つまり、抵抗に電圧を印加すると電圧が発生するのを式にすると、
Ｅ＝ＩｘＲ、　E；電圧（V)、I；電流（A）、R；抵抗値（Ω）となります。
Ｉ＝Ｅ/Ｒ、Ｒ＝Ｅ/Ｉ　は式を変形しただけです。

よって、上の並列接続の場合は、
モーターコイルに印加される電圧は並列抵抗があっても100Vで変化せず。
可変抵抗（６００Ω）でも可変抵抗（１００Ω）でも可変抵抗に流れる電流は変化するがモーターコイルに流れる電流は一定で変化せず。

直列の場合は、
可変抵抗（６００Ω）とモーターコイルの直列抵抗の合成で電流は決定される。
可変抵抗（１００Ω）とモーターコイルの直列抵抗の合成で電流は決定される。
よって、可変抵抗が６００Ωの場合より１００Ω場合は電流は増加する。

＊以上が基本です。ここが理解できなければ、先の『分圧と分流』と『オームの法則』を確認して理解してください。
『オームの法則』
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%A0%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87

補足

KEN_2さん、何度も回答ほんとうにありがとうございます。

並列の場合はそれぞれにかかる電圧が一緒100Vになるのでモーターコイルが100Ωだとしたら
そこに流れるのは１Aで片方の抵抗値が変わったとしてもそっちの電流値と合成電流が変わるだけでモーターコイルの100Ωは変わってないのだから常に１Aしか流れないと言うことですね
ようやく理解しました、ありがとうございました。

では、ここでは詳しくは書けませんが、上のような回路で抵抗値をずらすことでモータの回転を上げたり落としたりしているものがあるのですが、（もちろん電源側の電圧は一定のままで100Vです）これは電圧も電流も同じなのにどういう原理で変化をつけているのでしょうか？
片方の抵抗を少なくしたり大きくしたりすることでモーター側に流れる電気を流しやすくしたり流しにくくしたりすることで回転を制御していると教えられていたものですから、オームの法則で計算すると可変抵抗の方を変えてもモーター側は電圧も電流も変わらないですよね？
逆起電力とかが関係してきて可変抵抗を変えることで、モーター側の抵抗値が変わり速度の変化が出るということなのでしょうか？ちなみに界磁巻線側は常に100Vのままです。

実は、今まで、普通に回っていたモータが回転スピードはほとんど変わらないのですがトルクが急激に落ち少量の負荷をかけるだけで止まってしまうのですが、これはモーター側の故障かなと思い、モーターコイル抵抗（電機子巻線）を計測してみたのですが正常の時の値と変化が無く断線や溶着なども無いと思われます、界磁巻線の方はただ断線チェックしただけです、また、入力の電源も問題ありません、機械的なベアリングや磨耗なども見受けられませんでした、後考えられるのは制御している所がおかしくなったのかなと思い制御の仕組みがいまいちよくわからなかったので質問しました。

回答No.2

KEN_2

ANo.1 です。
お礼ありがとうございました。
今後の理解のためと将来必要となる知識のサイトを紹介と、直流モーターの場合の基礎的な考え方のみを説明します。

モーターの直流抵抗は回転していなければ、直流回路の抵抗で並列・直列で考えてよいのです。
下記の「分圧と分流」で電圧と電流の関係が理解できると考えます。
ではモーターが定常回転している場合のコイルの抵抗ですが、磁界の束の中をコイルが磁束を横切りますので、発電機として電力を発生して供給している電圧・電流の電力を制限する働きが逆起電力として発生し見掛け上抵抗増加します。
よって、直流モータの抵抗値が40Ωであったとしても、回転中は70Ωにも100Ωにもなるのです。
コイルとインダクタンスや、フレミング左手の法則でモーターが回転すると右手の法則で逆起電力が発生して回転数と電流値が定常時状態になるのです。

下記のサイトは分かり易い解説サイトです。参照までに読まれたら・・・・
電気の基礎
http://denkinyumon.web.fc2.com/denkinokiso/index.html
分圧と分流
http://denkinyumon.web.fc2.com/denkinokiso/bunatubunryuu.html

補足

再度回答ありがとうございました。

ん～、頭が固いせいか、いまいちよくわかりません。
停止中と回転中ではコイル抵抗が変化すると言うことですよね、

　　　　　　　　　--可変抵抗（６００Ω）---------
入力100V--　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　------
　　　　　　　　　---モーターコイル（回転中）----

の場合と

　　　　　　　　　--可変抵抗（１００Ω）---------
入力100V--　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　------
　　　　　　　　　---モーターコイル（回転中）----

の場合ではそれぞれにかかる電圧は１００Vで、モーターコイルに流れる電流は上の場合と下の場合とでは違うと思うのですが、変わってくればこれで回転速度の変化はつけれると思うのですがなぜ出来ないのかがどうしても理解できません。

直列の場合も

入力100V　-----可変抵抗６００Ω----モーターコイル（回転中）-----

の場合と

入力100V　-----可変抵抗１００Ω----モーターコイル（回転中）-----

の場合は電圧のみ分圧して電流は一緒になるのでは？

直流モーターの場合、100Vで0.001Aの電気が流れた場合と、100Vで1Aの電気が流れた場合ではトルクと速度の関係がどうなるのか知りたく質問させてもらいました。
普通は入力の電圧が上がれば電流も比例して上がり電圧が下がれは電流も下がりますが、モーターに並列のボリューム式の抵抗と、直列上にボリューム式の抵抗をつけて、入力電圧は同じで分流の特性を使って電流値のみコントロールできないものかと思ったのですが。

実際にこれと同じような制御をつかったモーターの設備があります、新しいものはACモーターでインバーター制御に変わっていますがなので回転速度のコントロールは出来ると思うのですがトルクに関しては回転速度同じでトルクだけ上げるようなことはギアなどを使わない限りDCモーターでは無理なのでしょうか？

参考サイトありがとうございます、電気の事に対して知識がまだ浅く初心者なので参考になります。

回答No.1

KEN_2

申し訳ないですけれど、前提条件から考え直してください。
１．直列に繋がった抵抗を可変するとモーター側にかかる電圧は変わるけど電流は同じになりません。電圧に比例して電流は下がります。
２．並列に接続された抵抗を可変した場合モーターにかかる電圧は同じで電流の方だけが変わりますが、抵抗に流れる電流が変わりだけでモーターの電流は変化しません。
オームの法則の基本になります。

＞アーマチュアに流す、電圧は同じで電流だけ下げるとどうなりますか？
>また、アーマチュアに流す電流は同じで電流だけ上げるとどうなりますか？
誤記は別として、電圧一定では電流は変化しません。
また、電流が一定では電圧は下がりません。

>また、フィールドコイルの方に流す電圧のみを変えた場合どのような動きになるのでしょうか？
電圧変化によって回転が変化します。
回転を制御したければ、供給電圧制御するか、PWM制御で印加電圧幅を可変します。

分巻整流子電動機
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E5%B7%BB%E6%95%B4%E6%B5%81%E5%AD%90%E9%9B%BB%E5%8B%95%E6%A9%9F

お礼

回答ありがとうございました。

モータコイル（電機子巻線）が抵抗値（直流でも抵抗値のあるコイル４０Ω程を使っている）を持っているので、直流回路では直列上に抵抗を並べた場合それぞれの抵抗値のかかる電圧の和が入力の電圧と等しくなり、その間のどこをとっても電流は一緒で、並列の場合は電圧がどちらの抵抗の所で測っても一緒で、電流がそれぞれの抵抗の所の和と入力の電流値が等しくなると理解していたのですが、分流の意味で、並列に接続された可変抵抗の抵抗値が大きくなるとコイル抵抗の方に沢山電流が流れ、逆に可変抵抗の値が小さくなれば可変抵抗の方に流れる量が増しコイル抵抗の方に流れる電流が減るので回転が遅くなると思うのですが、基本的なところがこんがらがってきました。

１．直列に繋がった抵抗を可変するとモーター側にかかる電圧は変わるけど電流は同じになりません。電圧に比例して電流は下がります。＞抵抗側とモーターコイル抵抗側とでは電圧と電流それぞれ変わってくる言うことでしょうか？コイル抵抗として考えるから間違っているのでしょうか？

とりあえず、電機子巻線じゃなく、界磁巻線の方の電圧に変化をつければトルクは別として回転速度を制御できると言うことですねありがとうございました。