ACモーターは運転中に過熱障害に悩まされることがよくあります。その根本的な原因は何でしょうか？産業用途では、どのような保護対策とソリューションを採用すべきでしょうか？

工業生産の「動力核」である交流モーターは、運転中に過熱故障が頻繁に発生する問題です。軽度の過熱でもモーターの効率低下や寿命短縮につながる可能性があり、重度の過熱では巻線の焼損や設備の停止を引き起こし、甚大な生産損失につながる可能性があります。交流モーターの過熱の本質は「発熱と放熱のアンバランス」にあります。つまり、モーター運転中に銅損や鉄損などによって発生した熱が適時に放熱されず、絶縁材料の許容限界を超える温度にまで達します。この問題を根本的に解決するには、まず過熱の根本原因を明らかにし、産業シーンの特性に基づいて的確な保護対策を策定し、「発生源の熱制御＋効率的な放熱」という二重の保証を実現する必要があります。

1. ACモーターの過熱の主な原因

交流モータの過熱の根本的な原因は、「異常内部損失」と「外部放熱不良」の2つに分けられ、そのうち異常内部損失が主な原因です。第一に、銅損過大は固定子巻線と回転子巻線の抵抗損失過大を指し、主に巻線のターン間短絡や端子接続不良が原因です。巻線絶縁層の経年劣化や損傷はターン間短絡を引き起こし、局所的な導体に電流が集中して大量の熱が発生します。端子接続不良は接触抵抗を増加させ、「ホットスポット」を形成し、継続的に発熱します。第二に、鉄損過大はモータコアのヒステリシス損失と渦電流損失の異常に起因するもので、電源電圧が変動する状況でよく発生します。電圧が高すぎるとコアの磁束密度が飽和し、ヒステリシス損失が急激に増加します。特に非同期交流モータでは、スリップ率の増加が回転子鉄損をさらに悪化させます。 3つ目は、過度の機械損失です。ベアリングの摩耗とローターのアンバランスが主な原因です。摩耗したベアリングは摩擦抵抗を増加させ、アンバランスなローターは回転中に余分な遠心力を発生させます。どちらも機械エネルギーを熱に変換し、モーターエンドカバーの温度上昇を引き起こします。

外部放熱不良は過熱の重要な要因であり、産業シナリオの動作環境と密接に関連しています。まず、放熱構造の閉塞。繊維工場や製粉所などの埃っぽいシナリオでは、モーターのヒートシンクとファンカバーが繊維や埃で覆われやすく、放熱経路が塞がれます。湿度の高い環境では、水蒸気がヒートシンクの表面に凝縮しやすく、埃の付着を促進し、放熱を二重に妨げます。次に、周囲温度が高すぎる。製鉄所や冶金工場などの高温シナリオでは、周囲温度が40℃を超え、モーターの設計最大周囲温度（通常35℃）を超え、放熱のための温度差が小さくなり、放熱効率が大幅に低下します。3つ目に、冷却システムの故障です。大型ACモーターに一般的に採用されている強制空冷システムや水冷システムでは、ファンの損傷、ウォーターポンプの故障、あるいは冷却パイプの閉塞などが直接的に放熱能力の低下を招き、急激な温度上昇を引き起こします。さらに、過負荷運転は産業用途において過熱につながる一般的な人的要因です。モーター負荷が定格電力を15%以上超えると、巻線電流が大幅に増加し、銅損が電流の2乗に比例して増加するため、短時間で過熱を引き起こす可能性があります。

2. 産業シナリオにおける標的保護とソリューション

2.1 予防：安全な運用の基盤を築く

上記の原因に対応するため、産業現場では「予防-監視-緊急対応」という3つの側面から保護システムを構築する必要があります。予防レベルでは、まずモーターの選定を最適化します。負荷特性に合わせて適切な出力のモーターを選択し、「小さな馬が大きな荷馬車を引く」事態を回避します。同時に、粉塵環境には全閉自冷式モーター（保護等級IP55以上）、高温環境には耐高温絶縁等級（F級、H級など、許容温度はそれぞれ155℃、180℃）のモーターなど、特定の状況に適したモーターを選定します。次に、設置とメンテナンスを強化します。設置時はモーターを水平に固定し、ローターのアンバランスを防ぎます。ヒートシンクやファンカバーの埃やゴミを定期的に（少なくとも月に1回）清掃します。ベアリングは毎年潤滑とメンテナンスを行い、老朽化した巻線絶縁層や摩耗したベアリングは速やかに交換します。端子接続部は、過度の接触抵抗を防ぐため、トルクレンチを用いて規格に従って締め付けます。

2.2 監視：隠れた危険を事前に検知する

監視レベルでは、過熱の危険を早期に検知するために、リアルタイムの温度監視システムを構築する必要があります。中小型モーターの場合、固定子巻線にPT100白金抵抗温度センサーを埋め込み、巻線温度を直接監視します。大型モーターの場合、ベアリングやエンドカバーなどの主要部品の定期検査に赤外線温度計を使用したり、オンライン温度測定装置を設置して温度データを中央制御システムにリアルタイムで送信したりできます。温度が閾値（例：クラスFモーターの場合140℃）を超えると、自動的に可聴・可視アラームが作動します。同時に、インテリジェントモーターコントローラーを介して電流と電圧のパラメーターを監視します。電流が定格値を10％超えると、負荷が自動的に低減されるか、モーターが停止して、過負荷による発熱を防止します。さらに、放熱システムの設計を最適化します。高温環境のモーターには、独立した冷却ファンまたは水冷ジャケットを設置します。粉塵の多い状況では、「正圧換気」方式を採用し、クリーンな圧縮空気をモーター内に導入して、放熱構造への粉塵の侵入を防ぎます。

2.3 緊急時の対応と長期的な最適化：継続的な運用の確保

緊急対応と長期的な最適化レベルでは、モーターが過熱警報を発した場合、直ちに機械を停止して点検する必要があります。マルチメーターを使用して巻線の絶縁抵抗をテストし、短絡の有無を確認します。振動検出器を使用してベアリングの摩耗とローターのバランスを確認し、障害の拡大を防ぎます。長期的には、モーターの全ライフサイクル管理ファイルを作成し、各メンテナンスと温度測定データを記録し、過熱パターンを分析し、頻繁に障害が発生する部品の交換計画を事前に策定します。同時に、古いモーターを高効率の省エネACモーターに交換することで、省エネ変革を組み合わせます。これらのモーターは最適化された巻線とコアの設計を採用しており、銅損と鉄損を20％〜30％削減し、発熱を根本的に低減します。要約すると、ACモーターの過熱保護は、シナリオ特性を組み合わせ、「精密な選択、強化された監視、最適化された放熱、標準化された操作とメンテナンス」などの体系的な対策を通じて、障害防止と効率的な操作という2つの目標を達成し、産業生産の継続性と安定性を確保する必要があります。

前の投稿

非同期 AC モーターが産業用ファンの第一選択肢となる理由

次の投稿

水冷ファンの冷却原理：物理的メカニズムからコアコンポーネントの分析まで