サーボモータの負荷電流について

質問

工作機械の制御設計をしています。
全体を説明すると面倒なので、一部分だけについてお尋ねします。
よろしくお願いします。

主軸用で3.5kWのサーボモータを使います。取説を見ますと、

定格電流　22.6A
主回路電線径　8m?
サーキットブレーカ　50A

と示されています。

今回、会社でコストダウンの要請が強くて部品の数を減らさなければならず、
今の構想ではサーキットブレーカは、60Aと15Aしかありません。

先輩は、「電流なんか半分くらいしか流れないよ」と言って、15Aのブレーカに
ぶら下げようとしているのですが、あまりにも根拠に乏しいと思うのです。

本当に22.6Aの半分11.3Aと考えて良いならば、同時動作する電動機の
負荷電流の合計を考えても15Aで問題はないのですが...。

そこでお尋ねします。

計算などでモータの負荷電流を求める方法ってあるのでしょうか？
それとも、そういったことは考えず、取説の通りに設置するべきでしょうか？

設計のノウハウみたいな部分になるのかもしれませんが、
アドバイス等ございましたら、教えていただけませんか。

どこの書き込むべきなのか、よく分かりませんが...。
皆さん本当にありがとうございます。

だんだん頭が整理されてきました。

１．定格電流に基いて算出される負荷電流値以上の許容電流をもつ電線を使用する必要がある。
２．電線はその電線の許容電流よりも小さい定格の遮断器で保護する必要がある。

ここで、１．についてですが、紹介して頂いた回答HPで問題の方を見ますと

http://www.denki21.com/H15nen.htm

需要率は100％とする。と書いてあります。
この「需給率」は、許容電流の算出に影響があるのですよね、きっと。

私の職場でも「負荷率」なるものを掛け合わせて計算しているケースがあります。
今回の場合は、負荷率50％に考えている訳です。

これがエスカレートすると、極端な話、
「どれだけ線を細くしても、その太さに相応しい遮断器で保護できていれば良い」
（機械の動作に問題が無ければ）
という考え方にもなりかねません。今の構想が、既に15AのAWG14なので
動力としては行き着くところまで来ているのですが...。

PLANET さんが教えて下さったように

> それ以外のことを自前でやるには事前試験を行って自社製品で起こりうる
> すべての運転について保証できるかの試験を実施しなければならず、
> クレームも自社で解決しなければならない問題も出てきます。

ここらへんを覚悟の上なら、それもありでしょうか。

勉強不足で誠に申し訳ありませんが、紹介して頂いた中に出てくる
「電気設備の技術基準の解釈」というのは、法的な拘束力を持つのでしょうか？

回答No.4

noname#230359 · ベストアンサー

>「電気設備の技術基準の解釈」というのは、法的な拘束力を持つのでしょうか？
電気設備の技術基準及び内線規程は所謂屋内配線を規定してます
装置内部配線までの拘束力は無いと考えています

>主軸用で3.5kWのサーボモータを使います。取説を見ますと、
>定格電流　22.6A
このスペックは正しいですか？
３．５ｋｗの定格電流は１５Ａ前後のはずです
（定格電流２２Ａ前後のモータは５．５ｋｗ相当になります）
これは汎用誘導モータの場合ですがサーボモータでもほぼ同様です
また、最大電流も３．５ｋｗは５０Ａ前後のはずです

工作機械の主軸の用途が問題ですが３．５ｋｗなら恐らくは
エンドミルかドリル、タップ程度と憶測できます
（フライスカッターでは容量不足と思う）
エンドミルの場合にワークを削っている場合で定格１５Ａに対して
５Ａ程度しか食わないのは良くあることです
５Ａしか流れないなら、
「それはモータの選定ミスで大き過ぎる」と突っ込まれそうですが
エンドミルの特性でワークに食い込んだ場合、瞬間的に５０Ａくらい
にまで上がる場合があります、
要するに瞬間的な負荷変動があっても安定してワークを削る為に
大きいモータを選定します

以上の事から
定格１５Ａのモータで定常時に１０Ａ以下しか流れない
１５Ａブレーカが瞬時電流でトリップするのは３倍以上の５０Ａ程度
従って、１５Ａブレーカで十分と言う説は成り立ちます

お礼

ご協力ありがとうございます。

> 電気設備の技術基準及び内線規程は所謂屋内配線を規定してます
> 装置内部配線までの拘束力は無いと考えています

そうですか。
という事は、遮断器で保護してさえいれば、電線を細める方向に関しては
自己責任という事になるのですね。

> >主軸用で3.5kWのサーボモータを使います。取説を見ますと、
> >定格電流　22.6A
> このスペックは正しいですか？

間違いありません。
詳細な型式は異なりますが、似たシリーズのカタログが下記にあります。
山洋電機　Q2AA22350

http://sanyodb.colle.co.jp/pdf/RQ.pdf

このPDFの20頁です。

> 工作機械の主軸の用途が問題ですが３．５ｋｗなら恐らくは
> エンドミルかドリル、タップ程度と憶測できます
> （フライスカッターでは容量不足と思う）

自分の機械の主軸しか知らないもので...。
簡単に主軸と書いてしまいました。

エンドミルとかフライスカッターをインターネットで見てみましたが
確かに、用途は問題ですね。

今回の場合、研削盤の主軸なので、工作物を回す軸になります。
上に挙げられた物とは、ちょっと趣がちがう感じがします。

> 以上の事から
> 定格１５Ａのモータで定常時に１０Ａ以下しか流れない
> １５Ａブレーカが瞬時電流でトリップするのは３倍以上の５０Ａ程度
> 従って、１５Ａブレーカで十分と言う説は成り立ちます

こういった考え方も「あり」というアドバイスでとても助かりました。

定格の値こそ異なりますが、定常時の負荷電流次第では
15Aのブレーカも「あり」ということで、もう一度考えてみます。

回答No.3

noname#230359

新しく記入させていただきます。

＞> 40A以上のブレーカーでOK
＞この「以上」
示したHPに、40Aのブレーカの記述があったので、40Aのブレーカの存在が前提でした。

＞許容電流34Aの電線を60Aのブレーカに繋げていては
先ほどの回答の60Aは、見間違えです。申し訳ないです。

＞それとも、この説明に出てくる「定格電流」とはあくまでも「取説」にある
＞定格電流を適用するべき公式でしょうか？
これは、当然です。

やっと見つけました
「電技解釈第１７０条によると、
低圧屋内幹線は、損傷を受けるおそれがない場所に施設すること。
電線は、低圧屋内幹線の各部分ごとに、電気使用器具の定格電流の合計以上の許容電流のあるものであること。ただし、その低圧屋内幹線に接続する負荷のうち電動機などの起動電流が大きい電気機械器具の定格電流の合計が他の電気使用機械器具の定格電流の合計より大きい場合は、他の電気使用機械器具の定格電流の合計に次の値を加えた値以上の許容電流のある電線を使用すること。

　電動機の定格電流の合計が５０Ａ以下の場合は、その定格電流の合計の１．２５倍　電動機の定格電流の合計が５０Ａを超える場合は、その定格電流の合計の１．１倍
また、過電流遮断器は、低圧屋内幹線の許容電流以下の定格電流のものであること。ただし、低圧屋内幹線に電動機が接続される場合は、その電動機の定格電流の合計の３倍に、他の電気使用器具の定格電流の合計を加えた値以下のもの」

となっています

http://www.fujielectric.co.jp/fcs/jpn/edc/catalog/dc9/pdf/d/dc9d1_4.pdf

ここの問１１の回答は、計算方法がずばり出ています。
http://www.denki21.com/H15seikai.html

この計算からすると、現状も合ってないような気がします。

お礼

ご協力ありがとうございます。

大変勉強になりました。が、新しい資料を見るたびに、
またそこに知らない事が書いてあって、終わりがありません。

今回はいろいろと探させてしまったようで、すみませんでした。
本当に助かりました。

ありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

PLANETです。
先の先輩のご指摘のとおりです。
１５Aのブレーカーで足りるという根拠が正しければサーボモーターの容量選定に誤りがあると思います。
電流の測定方法ですが、サーボモータードライバの電源入力でクランプ式のTＴＲＵＥ　ＲＭＳ（真の実効値）クランプ電流計で計測できます。
変化が速いのでオシロスコープなど併用します。
普通のデジタル電流計は使用できません。
考えられるとすれば瞬間的な負荷はかかるがブレーカーの感動時間内で済むため飛ばないからそれでいいと言っているかですが、かなりどんぶりで製品レベルで検討するようなレベルではなく、論外です。
現在のサーボはほとんどＰＷＭで駆動しますから電源波形は必ずしもきれいではありません。
基本的にはメーカーの指示している推奨品と推奨回路を守ることが安全です。
それ以外のことを自前でやるには事前試験を行って自社製品で起こりうるすべての運転について保証できるかの試験を実施しなければならず、クレームも自社で解決しなければならない問題も出てきます。
モーターの特性評価はかなり難しい測定です。
負荷条件や温度ディレーテングを使用範囲にわたり測定するのはほんとに厄介です。
安全性や信頼性をコストダウンのために安売りすると高いものにつきます。
どうしても１５Ａで大丈夫というのであれば数値根拠を求めてサインをいただいておいてください。
仕様を満足するため、メーカー規定は尊守することは大事です。

お礼

> 仕様を満足するため、メーカー規定は尊守することは大事です。

そうですよね。私もそう思います。
ありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

ブレーカの大きさは、電線の太さによって決まります。また、電線の太さは、許容電流によって決まります。

(1) その幹線に接続する電動機の定格電流の合計が 50A 以下の場合は、その定格電流の合計の 1.25 倍。
(2) その幹線に接続する電動機の定格電流の合計が 50A を超える場合は、その定格電流の合計の 1.1 倍。

22.6Aですから、その 1.25 倍、28.25A以上の許容電流を持つ電線を使用すればよいことになります。
VVケーブルを使用するとして、許容電流 34A の 5.5mm2 以上を使用すればよいことになります。
そうであれば、40A以上のブレーカーでOKですが、無いのなら60Aになります。
それ以下なんて言語道断です。
幹線を保護する過電流遮断器は、その幹線の許容電流以下の定格電流とするのが原則ですが、これは　8m?　なので大丈夫でしょう。

ただし書きがあったような気がします。一度調べてみてください。
＃明日でよければ家の本で確認します。
計算方法は、法令で決められています。きちんとその計算にそう必要があるのでは？

設置工事も電気工事士資格が必要で、電気工事士であれば、
その数値、計算方法はわかっているはずです。

http://www9.plala.or.jp/c-hokuto/page20.html

ごめんなさい
そのとおり、「電線保護」です。
急いでいて、とんでもない書き方をしました。
取り急ぎ　修正まで

参考URL：

http://www9.plala.or.jp/c-hokuto/page20.html

補足

ご返答ありがとうございます。

まず、

> ただし書きがあったような気がします。一度調べてみてください。
> ＃明日でよければ家の本で確認します。
> 計算方法は、法令で決められています。きちんとその計算にそう必要があるのでは？

教えていただくのは明日でも明後日でも構いません。
ぜひともお願いしたいです。

あと、勉強不足で話に付いていけない部分があります。
申し訳ありませんが、もう少しお付き合いください。

> VVケーブルを使用するとして、許容電流 34A の 5.5mm2 以上を
> 使用すればよいことになります。
> そうであれば、40A以上のブレーカーでOKですが、無いのなら60Aになります。
> それ以下なんて言語道断です。

サーキットブレーカの役割は、「電線保護」だと思っていました。
ですので、この部分が理解できません。
許容電流34Aの電線を60Aのブレーカに繋げていては、電線が燃えてしまうからダメ、
と理解していました。

> 40A以上のブレーカーでOK

この「以上」という考え方がどういう所から出て来るのか、教えていただけませんか？

> ブレーカの大きさは、電線の太さによって決まります。
> また、電線の太さは、許容電流によって決まります。
>
> (1) その幹線に接続する電動機の定格電流の合計が 50A 以下の場合は、
> その定格電流の合計の 1.25 倍。
> (2) その幹線に接続する電動機の定格電流の合計が 50A を超える場合は、
> その定格電流の合計の 1.1 倍。

定格電流をどのように考えるか？が一つのポイントなのかな、と思っています。

なぜなら、「取説に書いてあるほど電流は流れないよ」という考え方が根拠になって
取説にある定格電流の半分の電流値で計算をしているからです。
（現実に測定してみたら、電流値自体はその通りなのかもしれません。）

それが許されるのでしょうか？

それとも、この説明に出てくる「定格電流」とはあくまでも「取説」にある
定格電流を適用するべき公式でしょうか？