直流モーターの電圧を上げた場合の始動電流は

定格電圧12V 定格電流20A の直流モーターがあります。
このモーターに12V流したときの始動電流は20Aとします。

このモーターに24Vを流した場合、始動電流は10Aでしょうか?

12V x 20A = 240W
240W / 24V = 10A?

モーターが焼き切れるなどの考慮は不要です。

No.1 ベストアンサー 回答者： xpopo 回答日時： 2014/08/20 20:24

モータ始動時はモータが回転してませんので逆起電力はゼロVです。

従って起動時は電気子抵抗Raにモータ印加電圧が全て加わります。電気子抵抗は一定ですので、モータ電圧が２４Vになった場合は１２Vの時の電流の2倍流れることになります。従って２４Vを印加した場合の始動電流は　２０A×２＝４０A　になります。
モータの印加電圧をVｍ、電気子抵抗をRa、逆木電圧をEa、モータ電流をImとした場合、

　Vm＝Im×Ra＋Ea　　　（１）で表されます。

式（１）で逆起電圧Eaはモータの回転数をNm、逆起電圧定数をKeとして、

　　Ea＝Ke×N　　　（２）

で与えられます。

　モータ始動時は式（１）で回転数Nmはゼロですから、始動時のモータ電流Imは

　Im＝Vm／Ra　　　（３）

で計算できます。ここでモータ電圧Vmが１２Vの時に始動電流Imが２０Aだとすれば電気子抵抗Raは式（３）から、

　Ra＝Vm/Ia　　（４）

で求まりますので、式（４）にVm＝12V、Ia＝20A　を代入して、Raは

　Ra＝12V／20A＝0.6Ω

と求まります。モータ電圧Vmが24Vの時のモータ始動電流Imは式（３）を使って

　Im＝24V／0.6Ω＝40A

と言う風に計算されます。

No.2 回答者： ninoue 回答日時： 2014/08/21 16:51

定格12V20Aの直流機の始動電流が20Aとの事ですから、始動時には外部に起動抵抗が直列に加えられて起動電流を制限していると言う事ですね。

簡単の為に界磁損失は無視し、機械損、 電気子損が等しく、直流機の効率80%とします。
そうすると電気子損失は1.2V20A=24W, 電気子抵抗は　1.2V/20A=0.06Ω　の計算となります。

始動時の電流20A との事ですから、起動時全抵抗が12V/20A=0.6Ω、
起動時の外部直列抵抗が 0.6-0.06=0.54Ω と言う計算になります。

外部直列抵抗には複数個のタップを設け、直流機が加速するに従って各タップ間を短絡し抵抗値を小さくしていき最後は全て短絡して0Ωとなるようにします。

始動抵抗値を同じままとして24Vの電源に投入した場合、始動電流値は倍の値40Aとなります。

No.3 回答者： tetsumyi 回答日時： 2014/08/21 18:00

定格電流が２０Aの直流モータで起動電流が２０Aと言うことは普通あり得ません。

数倍の１００A程度は流れるでしょう。
仮に２０Aだったとすると、これは電圧を掛けた瞬間にモータ内部の磁気回路に逆起電力が発生し、電流を抑えるためにこの程度の電流に収まっていると考えられます。

そこでこのモータに２４Vの電圧を掛けるとどうなるか？
磁気回路が１２Vの逆起電力を発生できる設計のモータが、磁気回路が飽和することで２４Vの逆起電力を発生できるとは考え難い。
したがって電気回路としてはショート状態となって、４０Aどころか１００～２００Aの電流が流れる可能性が高い。

No.4 回答者： fxq11011 回答日時： 2014/08/22 18:26

直流モーターは原理的には発電機と同じ。

つまり、磁界の中で回転するコイルには起電力を生じる（電流が流れる）。
磁界の中におかれたコイルに電流を流すと回転する。
そして、発電機の起電力で流れる電流の向きと、モーターとして回転させるとき（回転の方向が同じなら）電流の向きは逆になります、モーターの逆起電力と言います。
定常回転のときは、この逆起電力が抵抗となり、電流が抑制されます。
モーターの始動直前にコイルに流れる電流はコイルの導線の抵抗により決まります。
始動電流？、起動直前の電流なら。
１２Vで２０Aなら導線の抵抗は０．６Ω
０．６Ωに２４Vかけると、電流は４０A
もちろん回転始めると同時に逆起電力が発生するため、一瞬だけです。
なお、界磁の磁力が同じなら、逆起電力は１２Vでも２４Vでも同じため（磁界の中でコイルが回転が条件、電流の有無は無関係）２４Vのほうがモーターとしての力が上回り高速回転になります。
起動電流はかける電圧に比例します。
逆起電力は（界磁の磁力同じなら）かける電圧に関係なく同じ.
従って定常回転では、回転子に流れる電流はかける電圧に比例する。
界磁も同じ電源からの電磁石の場合、起動電流は上記と変わりませんが、定常回転では、より強い磁界の中でより大きな電流が流れるため、トルクが大きくなり、無負荷では回転数に変換されます（もちろん回転が上がれば逆起電力も大きくなり限度はあります）。