過負荷と過電流の違いについて

三菱電機サーボの例　↓のハイスピード、ハイトルクモータHFシリーズのグラフを見て下さい
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/servo/lineup/contents/mr_j3/contents/feature/index.html
ココでの問題は縦軸のトルク　
最大トルク３５０％と記載されています
電流＝トルク＊定数　＜回答（１）さんの式を変形するとこうなります
つまり３５０％トルク発生時は約３５０％の過電流になります　＜必ずしもイコールとは限りません

また、グラフには短時間運転領域と連続運転領域とがあります
連続運転領域とは基本的に定格電流１００％の運転です
短時間運転領域とは３５０％過電流の運転です
名前の示す通り短時間までは過電流で運転します
短時間とは具体的に何分かですが概ね３０分程度になります

但し、３５０％で運転出来るのは概ね２～３秒程度です
概ね１２０％過負荷程度で３０分運転になります
放熱状態に左右されますので単純には計算できません
場合に拠っては１００％でも長時間連続運転出来るとは限りません

以上の事はサーボモータに限らず三相誘導モータにも当てはまります
http://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/65/148/index.html
所謂、サーマルリレーの特性も同様の原理です


過電流：定格電流の１００％以上の電流
過負荷：過電流の状態が継続してモータが過熱した状態

式を持ち出しただけでは、その項目、つまり抵抗がどう変わるかは説明出来ず、滑ってしまうと思う。
値が変わるから、定格電流なのか過負荷電流なのかの説明も難しいと思う。

なので、モーターの原理から説明が必要と思う。
単純にサーボは考えない、交流直流も考えない。
電圧も一定値を与えるとする。

モーターの電流は回転してないとき、即ち起動の瞬間が最大になる。大型モーターではこれを緩和する起動回路を設ける。

モーターが回転し、そして負荷がカラな場合は？
電流が殆ど流れない。
何故かというと、モーターの中で?逆起電力?が発生して打ち消し合ってしまうから。
　　http://www.eneene.com/omoshiro/10hatuden/
　　モーターと発電機の構造は全く同じです

　　☆磁石の中で銅線に電流を流す → 銅線に磁力が生まれ磁石と反発／引合い → 回転する → モーターの原理
　　★磁石の中で銅線を回わす → 導線に電流が発生 → 発電機の原理　但しモーターとして流す電流と向きが逆

　　モーターは回るから！！その中では☆★が同時に起きている。

?モータが回ってないとき　　逆起電力はゼロ。最大の電流
?回って無負荷のとき　　　　逆起電力は最大。正逆ほぼ等しく打消合う → 電流は殆ど流れない
?適当な負荷で回るとき　　　上二つの中間ぐらいの逆起電力で差っ引いた電流も中間的

普通に回るときは当然?。
機械抵抗が大きくなった過負荷は?かまたは近い状態。したがって電流が流れ過ぎてコイルの抵抗で消費され発熱、最悪焼けてしまう。

実はこの流れすぎ状態では電圧は低下する。起動回路を設けるのはモーター自身も焼ける危険あるが、短時間でも電圧低下すると系統同じで繋がる他の敏感な機器にとっては瞬時停電になってしまうから。

理解するには資料の?フレミングの法則?で頭が混乱するが、出来なくとも『逆起電力があるから』とだけ言うのは実に簡単。

小生が過去に関わっていた、工作機械（マシニングセンタ）の
送り軸のサーボを例に説明させて頂きます。

?
送りの起動加速時にはサーボアンプは瞬間400%とかの負荷を発生
できますが、ここでは過負荷にならないように調整されています。
パラメータをいじって、起動の加速度を滅茶苦茶に大きくしたり、
機械をぶつけたりするとオーバーロード＝過負荷でエラー停止し
ます。

?
一方で、意地悪して早送りで加速－停止を、何回も何回も連続で
続けると、負荷が積算してモータコイルが焼損してしまう前に、
サーマルリレーがトリップしてエラー停止します。

質問者さんが使用されているサーボの取扱説明書に、過負荷と過電
流アラームについて、何某かの説明が記載されていませんか。
ひょっとしたら、上記??の理由がそれぞれあてはまるかもしれま
せん。

過負荷時は無理やりモーターを回そうとするので、ご推察のとおり電流も大きくなります。まあ発熱とかで条件は変わりますが大雑把に言えば電流が大きくなります。
短絡、地絡は故障です。
これまた大雑把に言うと、
・短絡とは電線同士が接触する状態(具体的には火花が出たりアーク放電して、普通はヒューズが切れるかブレーカが落ちるが、可燃物があれば火災の危険もある)
・地絡とは絶縁が悪くなって機械表面を触ると感電したり、電子回路が誤動作したり故障します。もちろん火災なども起こります。

電圧については、電線の抵抗により過負荷では多少電圧も下がります。
細い線を使っていなければ、数パーセントしか電圧は落ちないと思います。
短絡では一気に大電流が流れるのでゼロに近くなります。
地絡の場合は電源回路によって色々条件は変わりますが、電圧は変わらないこともあります。(電車なんてレール側はモロ地絡してます・・・直流ではなんの施設だったか忘れましたが、観測上不具合があるんで常磐線はわざわざ一部区間を交流に切り替えてます)

モーターなどの過負荷の保護として過電流保護リレー(サーマルリレー)がよく使われています。これは一定時間過負荷が続くとブレーカーを切る回路です。
短絡についてはヒューズかブレーカーで直ちに切ります。
地絡については数十ミリアンペアで(その程度の電流でも人間は死ぬので)ブレーカーを切ります。

この関係の本はよく読みますが、あんまり実物は詳しくないんですが。

お礼

2011/07/08 18:04

回答ありがとうございました。
サーボアンプでアラーム分けしているの理由として
過負荷は動作時に、ある一定の負荷（サーボアンプにより過負荷の範囲内（定格電流の何％とか））がある一定時間かかった時に発生するもの
過電流は過負荷を超える電流が流れたときに発生するもの
そういう考え方でいいのですか？
また質問になってしまいました、すいません。
ありがとうございました。

質問者

電気屋でないので、機械的な考察でアドバイスします。

サーボモータ等のモータ類は、
電気エネルギー（仕事量）⇒機械（運動）エネルギー（仕事量）
に変換する物です。
そして、モータの動力計算は、
◇ モータ動力＝電圧×電流×定数
☆ モータ動力＝回転数×トルク×定数
で導き出され、
電圧×電流×定数＝モータ動力＝回転数×トルク×定数
となり、
電圧×電流×定数＝回転数×トルク×定数　の計算式が成り立ちます。

≻ 過負荷は機械抵抗が大きくなれば発生するものだと認識しているのですが
は、回転数×トルク×定数　が大きくなった事を意味します。
（一般的には回転数が一定である時の考察が多く、トルクが大きくなる事になります）
すると、電気的には、電圧が一定での使用が一般的なので、
　　　　電圧×電流×定数＝回転数×トルク×定数
の右辺が過負荷で大きくなると、左辺も大きくなりますから、右辺の電圧が一定なら、
電流が大きくなります。これが、過電流です。
詳細には、モータ動力を超える負荷（回転数×トルク×定数）を過負荷と言い、
モータ動力を超える負荷（回転数×トルク×定数）＝電圧×電流×定数　の電流の事を
過電流と言います。
（電圧が一定なので、電流が定格の範囲を超えるので、モータが高温になり焼き付いたり、
他の電気機器類が損傷したりします）
（また、機械系も定格を超えるので、破損の危険があります）

エネルギー（仕事量）的には、同じとなります。サーボモータ類の使用例では。

≻ 過負荷と過電流と同じものという考えでいいのでしょうか？
ＹＥＳです。
サーボモータのアンプの電流値で、負荷率の測定をしたりします。
前欄の式から、定格電流値の##％ ≒ 定格負荷の##％として。
当然、過電流は定格電流の100％を超えるもので、過負荷は定格負荷（モータ動力値）
の100％を超えるものです。
機械工学的な方でないのなら、物理の仕事量やエネルギーの内容を再読し理解を深めて
下さい。

それと、分けてはいません。
回路等も、少し余裕をもって構築しているので、100％に近いオーバー値では短時間では
あまり問題になりませんが、長時間では回路やモータに問題が生じたり、ブレーカー等が
働きます。

ＰＣのコピー機能が不調になり、再立ち上げし以下を追加します。

　↓　高校物理１　力学編（機械/運動エネルギー）
http://laboratory.sub.jp/phy/01.html

　↓　高校物理２　電磁気編（電気エネルギー）
http://laboratory.sub.jp/phy/02.html

喧嘩を売るつもりはありませんが、
オームの法則的な内容や、逆起電力の説明も詳細には必要ですが、
まだ、その内容を説明する時期ではないと判断しました。
理由は、より複雑で難解になるため。

お礼

2011/07/08 18:21

回答ありがとうございます。
過負荷と過電流と同じものという考えでいいのでしょうか？
サーボアンプでアラーム分けをしている理由として
回路を保護するために分けているというような感じなのでしょうか？
過負荷では壊れるとこまでいかないがこのままだと壊れる
過電流は壊れてしまう寸前
そんな感じなんでしょうか？
質問ばかりですいません。
ありがとうございました。

質問者