モーターの省エネ効果に関して

質問

例えばモーターなどの誘導負荷のもので定格100V±10％のものがあったとして、100V一定に動いている状態と105V一定で動いている状態で比較したときに100Vの方が省エネになるのでしょうか。誘導負荷製品は電圧が上がれば電流が減り、電圧が下がれば電流が上がると記憶しており、それに対しての省エネはほぼ無しと考えていました。ただモーターの発生トルクは電圧の二乗に比例するという点で見ると発生トルク自体が100Vより105Vの方が大きく同様に発熱も100Vの方が少ない為、省エネになるという人もいてどっちが正しいのかわからない状態です。
省エネにならないのであればその理由、省エネになるのであればその理由が知りたく素人にもわかるように説明していただけると助かります。※100Vなのでかなり少ないかと思いますが省エネになるかならないかその理由が知りたくよろしくお願いします。

回答No.4

lumiheart · ベストアンサー

結論：省エネにはならない

理由：
＞誘導負荷製品は電圧が上がれば電流が減り、電圧が下がれば電流が上がる
この理屈は正しい
但しその条件は発生出力が同じ場合に限られる

以下は全て３相モータの解説です（単相モータも概ね同様なハズだけれど資料が無い）

恐らくネット上で一番信頼出来て分かり易い解説
「電源の電圧変動で機器特性はどう変化するか」
https://jeea.or.jp/course/contents/07303/

トルクが上がるので「すべり」が減って回転数が上がる　＝　発生出力が上がる

この「すべり」とは何か？ですが
一般的なＡＣモータは誘導モータです

「誘導電動機の速度—トルク特性の見方」
https://jeea.or.jp/course/contents/07115/

チンプンカンプンでしょうけれど、これを一言で済ませれば
５０Ｈｚで１５００ｒｐｍ回るハズが滑って１４５０ｒｐｍ
６０Ｈｚで１８００ｒｐｍ回るハズが滑って１７５０ｒｐｍ
になるって事です

定格電圧で回すと定格トルクが発生して定格滑りで回転する
定格より高い電圧で回すと滑りが減って回転数が上がる
５０Ｈｚ１４５０ｒｐｍのハズが１４６０ｒｐｍとかに上がる

回転数が上がってしまうと出力は上がってしまう
https://www.washimo-web.jp/Technology/Statics/No09/Statics09.htm

回転数の２乗で比例してしまうファン／ポンプ類は説明がうっとおしいんで
回転数に単純比例する搬送台車とかなら
https://cyclo.shi.co.jp/apps/powerCalculation/daisya.htm
回転数が上がっても発生出力が上がらないようにするには
台車に乗せる負荷質量を減らせばよい
回転数が1割上がったら、負荷質量を1割減らせば発生出力は同じにできる

尚、以上はあくまで誘導モータの事例です
同期モータは電圧に関係ありません
電圧が上がろうが下がろうが定格範囲内なら出力変動はありません

同期モータって何？ですが
https://jeea.or.jp/course/contents/07111/
所謂、ブラシレスＤＣモータ
プリウスの駆動モータで有名になりましたが
現代では普通の家庭用エアコンのコンプレッサとかにも使用されてます
https://www.fujitsu-general.com/jp/news/2000/02/00-N02-05/index.html
エアコンのカタログにわざわざブラシレスＤＣモータとは記載してなくとも
省エネエアコンの多くは既にそうなってる
https://panasonic.jp/aircon/products/21x.html#spec
エアコンだけでなく冷蔵庫も洗濯機も

回答No.3

ohkawa3

回答(2)再出
ただ単純に消費電力を下げることができればよいのか、モーターの機械的出力による仕事を保った上で消費電力を下げたいのか、モーターの電気－機械エネルギー変換効率の最大点を狙いたいのかなど、最適化を目指す指標によって答えは変化すると思います。
CO2濃度を環境基準以下に保つための換気扇のような例では、換気扇を回さなくても環境基準を維持できるのであれば、スイッチを切ることが最良の方法であって、電源電圧を加減することは選択肢として優先順位が下がります。
電力費を低下させたいのが目の前の目的と思いますが、真の事業的目的や真の要求品質を明確にしたうえで、慎重に検討なさることが重要と思います。

ちゃんと設計されたシステムであれば、電源電圧が±10％程度変化してもパフォーマンスに大きな変化がないように考慮されているはずです。電源電圧に対する特性変化が大きいシステムであれば、電源電圧変動に対する製品品質のロバスト性を向上させることを先に考慮なさることをお勧めします。

回答No.2

ohkawa3

＞誘導負荷製品は電圧が上がれば電流が減り、電圧が下がれば電流が上がると記憶しており
どこか、ご記憶違いがあるようです。
ある程度の容量の誘導電動機の場合、「すべり」は小さいので、回転数は、ほぼ周波数で決まります。電源電圧が数％上下しても、回転数の変化は僅かです。回転数の変化が僅かであれば、負荷トルクの変動も僅かであって、電源電圧の変動に伴う負荷パワーの変化は僅かです。ということは、電動機が消費する有効電力の変化も僅かです。
一方で、電動機が発生する無効電流は、電源電圧にほぼ比例して変化します。
両者から導かれることは、電源電圧が高いほど力率が低下するということです。

「すべり」が大きい状態の誘導電動機であれば、電源電圧の変動に伴って回転数も変化しますので、電源電圧の増減にともなって消費電力も変化します。

電源電圧がいくらの場合が消費電力が少ないか 或いは 効率が最も高いかは、電動機の電源電圧-回転数特性、電源電圧-入力電流特性、負荷の回転数-トルク特性などを総合的に評価して判断する必要があると思います。

回答No.1

fujiyama32

モーターの定格容量(ｋW)によると思いますが、定格電圧の110％
を加えますとモーターに定格負荷を加えて場合、モーターの効率(％)
が0.5～1.0％程度良くなると言われています。
ただし、回転速度もごく僅かに高くなりますので、定格負荷の条件
を守るためには加わるトルクを下げる必要があります。
この条件の状態であれば、効率が良くなった分、損失が減ります
ので、省エネになると言えます。
実際には、電圧変動や運転条件を考慮してモーターに定格負荷を
加えるようなことは無く、負荷の軸動力(ｋW)を少し上回る
モーターを選定して運転されます。
モーターの効率が加わる負荷の軸動力が軽くなりますと、効率も
変わります。
この他、モーターに加わる負荷がファンですとファンの負荷特性
「回転速度－トルク特性」を考慮する必要があります。
一般的なファンのファンの負荷特性は「二乗低減トルク特性」です
ので電圧が高くなり回転速度がごく僅か高くなった分、二乗的に
高くなった分大きなトルクがモーターに加わることになります。
また、モーターに流れる電流も大きくなります。
モーターから考えますと効率も多少変化します。また、モーター
の消費電力(ｋW)が増加します。
1)モーターの消費電力(ｋW)が増えた分、効率が変わらないとして
　も損失が増加します。
2)ファンとしては回転速度が増えた分、風量が比例し増加します。
　ファンとしてはより大きな仕事をしている状態です。

これらを総合的にどのように評価するのかなどを含めて、省エネに
なるのか、ならないかを判定する必要があるでしょう。