水中ポンプの過電流について

投げ込みしきの水中ポンプ（２００Ｖ　3相0.75ｋｗ）を水中に入れて、運転すると過電流にて自己保護が働き停止します、そのときの電流は定格3.3Ａに対して5.3Ａ流れています。この状態にて出口側を絞っていくと（出る量を少なくすると）電流は3.3Ａまで落ちてきます。流量がたくさん流れている＝多く仕事をしているので、電流は多く流れる・・・・という説明は理解できますが、誘導電動機の電流、トルク曲線からすると、理解しがたいところがあります。上記の状態は始動トルクから停動トルクまでの間で電動機のトルクと負荷のトルクとがつりあっている・・・と考えればよいのでしょうか？？
よろしくお願いいたします。

No.7 回答者： fujiyama32 回答日時： 2012/03/14 11:06

2)モータの回転速度－トルク(電流)特性

次にモータメーカより使用しているモータの「回転速度－トルク
特性」と「回転速度－運転電流特性」を入手します。
モータの「回転速度－トルク特性」にポンプの「回転速度－トルク
特性」を書き込みします。

ポンプの回転速度－トルク特性は、一般的に遠心力を利用した
ポンプ(ファンも同様)の回転速度に対する負荷トルク特性は、
「二乗低減トルク負荷特性」であると言われています。

このことから y＝ax^2の二次曲線で、即ち、T＝a×N^2 で示すこと
ができます。なお、a は曲線の傾きです。

この二次曲線により、次の3通りの状態を考えます。
(1)ポンプを配管した直後の状態
(2)バルブを調整して適切な流量(モータの定格電流以下)に絞った状態
(3)更にバルブを絞って流量を下げた状態

次に「回転速度－運転電流特性」を考えます。
上の図のそれぞれのトルクに於ける回転速度の点(N1,N2,N3)から下
に垂線を下げて「回転速度－運転電流特性」との交点を付けます。
この交点から水平線を縦線(Y軸)に向けて引きます。
この交点(I1,I2,I3)が各回転速度に於ける運転電流(A)になります。

以上によりバルブを適切に絞ると(軸動力が減るため)負荷トルクが
減少し、結果的に運転電流が減少することになります。

質問者が述べられた通りで、ポンプのある回転速度に於いての必要
とする負荷トルクとモータがその回転速度で出力できる駆動トルク
が一致した点で回転速度が決まり、その回転速度で継続して運転
されていることになります。

No.6 回答者： fujiyama32 回答日時： 2012/03/14 11:03

図を作成しますと、より理解が深まると思います。

図解を貼り付け
ましたので参考にして下さい。

1)ポンプの流量－揚程/軸動力特性
ポンプメーカから使用しているポンプの「流量-揚程(圧力)特性」と
「流量-軸動力特性」を入手します。
なお、図解の「流量-揚程(圧力)特性」と「流量-軸動力特性」は
代表的な特性の例で示しています。
メーカや機種(品番)にて変化しますが、一般的な遠心力を利用した
ポンプはこの例のような特性を持っています。

この「流量-揚程(圧力)特性」に負荷特性(配管抵抗やバルブの抵抗
分)を書き込みします。
貼り付けました図にて次の3通りの状態を考えます。
(1)ポンプを配管した直後の状態
(2)バルブを調整して適切な流量(モータの定格電流以下)に絞った状態
(3)更にバルブを絞って流量を下げた状態

次に「流量-軸動力特性」を考えます。
上の図のそれぞれの流量(Q1,Q2,Q3)の点から下に垂線を下げて
「流量－軸動力特性」の交点を付けます。

この交点から水平線を縦線(Y軸)に向けて引きます。
水平線を縦線(Y軸)の交点(P1,P2,P3)が各流量に於ける軸動力(W)
(P1,P2,P3)になります。
このことから流量を絞りますと軸動力が小さくなることが判ります。


2)モータの回転速度－トルク(電流)特性
次にモータメーカより使用しているモータの「回転速度－トルク
特性」と「回転速度－運転電流特性」を入手します。
この図解については次の回答に貼り付けます。

No.5 回答者： misawajp 回答日時： 2012/03/13 15:21

＞なぜ流量が多く流れている状態で電流が多くなるかが理解できません

＞流量がたくさん流れている＝多く仕事をしているので、電流は多く流れる・・・・という説明は理解できますが

理解できていないではないですか

要はそのモータで全負荷起動すると過負荷になるだけのことです
過負荷にならない流量まで絞るか、モータを大きいものに取り替えるかです

No.4 回答者： FT56F001 回答日時： 2012/03/13 14:09

まず，定常状態で回転する誘導モータの特性をまとめてみます。

すべりが0の状態:
同期速度で回っている。
トルクは0。
電流は小さい。

すべりが限界の状態:
回転速度は下がる。
停動トルク(最大トルク)を出す。
電流は大きい。



次にポンプの特性です。容積形かターボ形で，
特性が違います。質問者さんのポンプはターボ形でしょうね。
(私もポンプは十分には分からないので，他の回答者さん，補足をお願いします)

ターボポンプのざっくりした特性を書くと，

吐出圧力[Pa]∝ρr^2ω^2－(ポンプ内部の抵抗(Q^2に比例))
軸トルク[Nm]∝ρQr^2ω
軸入力[W]∝ρQr^2ω^2
ポンプ出力[W]∝ρQr^2ω^2

ρ:流体密度[kg/m^3]，r:ポンプ半径[m]，ω:回転速度[rad/s]，Q[m^3/s]流量

ここで，ポンプの出口を絞って流量を下げると，
吐出圧力はある程度上がるが，回転速度で決まる一定値に落ち着く。
流量Qが絞られると，軸トルクは軽くなる。

ここから先，誘導モータのトルク-回転速度特性と，
ポンプのトルク-回転速度特性の交点で決まる話になります。

誘導機の場合，トルクが軽くなっても同期速度までしか速度は上がらず，
ポンプ内に閉じ込められた流体を軽くかき混ぜている状態になります。
その結果，電流が減った，という理解でしょう。

逆に，流量が多いときには，ポンプの中に多くの流体が流れ込み，
その流体に運動エネルギーを与えなければならないので，
ポンプを駆動する軸トルクが増加します。
この結果，回転速度は下がって，モータの電流も増えます。

No.3 回答者： komaas88 回答日時： 2012/03/13 13:51

ポンプ部の異常が考えられます。

通常は出口を絞れば負荷が大きくなって電流が大きくなるはずです。
可能性として、通常時にポンプ回転軸のスラスト（軸方向のガタ）が偏っていて、インペラ（羽根）の摺動抵抗が大きくなり（過電流が発生する原因）出力側の圧力変化がたまたまスラストを打ち消して抵抗を減らす方向になり、正常な回転を回復するのではないでしょうか。

ご参考まで。

No.2 回答者： foobar 回答日時： 2012/03/13 13:48

回転数はほとんど変わらず、流量が増大するとポンプ駆動を駆動するのに必要なトルクが増大し、（それに伴いすべりが増加、回転数は若干減少）電流が増大、ということになっているかと思います。

で、すべり0（同期速度）トルク0とトルク最大（対応したすべり）の間でポンプのトルクと釣り合う回転数で回転しているかと思います。

No.1 回答者： sentakuya 回答日時： 2012/03/13 11:00

電動機は始動すると全負荷電流の５倍程度の始動電流が流れ、電動機の速度があがるにつれて電流が減少し同期速度で最小の値となります。

これに対してトルクは全負荷トルクの１～２倍の値で回転を始め、次第に大きくなり最大トルク（停動トルク）に達し、この最大トルクの山を越してから急に小さくなり同期速度で零になります。

以上のアドバイスでよろしいでしょうか？

この回答へのお礼

ありがとうございます。私の説明不足のところがありました。
なぜ流量が多く流れている状態で電流が多くなるかが理解できません、流量が多く流れるのは回転速度が速いから？？＝すべりが少なくなる＝電流が少なくなる、のではないのか？？・・・トルク・電流曲線からすると？？

しかし、現状は5.3Ａも流れる？？

お礼日時：2012/03/13 11:31