60Hzは3300Vなのに50Hzは3000V

モーターの仕様などを見ていると、
60Hzの電圧は440V, 3300V, 6600Vなのに、
50Hzの電圧が400V, 3000V, 6000Vになっています。

この違いは何に由来しているのでしょうか？

電気に詳しくなく理解できないため質問しました。

よろしくお願いします。

No.1 回答者： komaas88 回答日時： 2012/08/26 16:47

誘導電動機では周波数が高いと回転数はあがるけどトルクは低くなる。

コイルの交流抵抗が比較的高いから特に始動時に電流が流れにくくて始動しないというトラブルがあるようです。そのために６０ヘルツ用は多少電圧をあげて電流値をあげ、カバーしているのではないでしょうか。

No.2 回答者： ninoue 回答日時： 2012/08/29 11:04

大型機では50Hz/60Hz地区各々専用の設計をすれば、使用する電磁鋼板や銅線等の材料も少なくて高効率の設計が出来るでしょう。

標準品の場合も同様にしたのでは、殆ど同じような電圧出力容量極数を持った製品を２重に管理する必要が出て来てしまうので共用化が図られています。

設計上は出力トルクは凡そ磁束密度と負荷電流に比例します。
なるべく高い磁束密度で鉄損があまり増えない範囲で設計すれば効率的なモーターが製作できる事になります。
電圧は磁束密度*周波数に比例します。

また磁束密度に応じて必要とされる励磁電流や発生する鉄損が変化しますが、その関係はリニアではなく飽和特性があり、常用の範囲では凡そ磁束密度の二乗に比例して変化すると言われています。

周波数が変化しても同一電圧で使用したとすると、(最大)磁束密度は50Hzの場合には60Hzの場合よりも20%大きい値で使用することになります。

最適設計をされている場合、鉄損と銅損は略同じですか、50Hzの場合には同一電圧のままだと鉄損が1.4倍以上となり、励磁電流も大きい効率の悪いモーターとなってしまいます。

以上の妥協策としてモーター定格電圧としては50Hzの場合に磁束密度があまり大きくならないように例えば次のように定められています。
50Hzでは400V, 415V等、
60Hzでは400V,420V,440V等

トランスでも同様な定格電圧の定め方がされています。
50Hzでは400V, 420V、
60Hzでは400V, 420V, 440V等

これらについては各メーカーのモーターやトランス標準品カタログや、電磁鋼板の特性等について調べてみてください。

なお同様な問題を質問される場合、学問・教育の物理学カテゴリ
(或いは社会=>エネルギーの電力発電カテゴリ)が適しています。

No.3 回答者： komaas88 回答日時： 2012/09/05 23:00

NO.1　です。

特に自信がなかったので、学術的な説明を待っていました。

NO.2　氏　は詳しそうですが回答にはなっていません。これをいただいて

＞１）出力トルクは凡そ磁束密度と負荷電流に比例します。
２）電圧は磁束密度*周波数に比例します。

３）また磁束密度に応じて必要とされる励磁電流や発生する鉄損が変化しますが、その関係はリニアではなく飽和特性があり、常用の範囲では凡そ磁束密度の二乗に比例して変化すると言われています。

４）周波数が変化しても同一電圧で使用したとすると、(最大)磁束密度は50Hzの場合には60Hzの場合よりも20%大きい値で使用することになります。


＞出力トルク　
が何を意味するのかわかりにくいですが　モーターの仕様はたいてい出力馬力（Kw）で表し、これは軸トルクと回転速度（単位時間の回転数）の積で表されます。
トルクが小さくても回転数が大きければ出力が一緒の場合もあるということです。それで
回転数は周波数に比例しますから、トルクが同じなら６０ヘルツ仕様の方が出力は大きくなります。
それで　１）　と　４）から
同一電圧（同一電流）で同じ仕様のモーターをそれぞれの周波数で運転すれば、５０Hz　でも　６０Hzでも同じ出力で使えるということになりそうです。

（トルクは５０Hzが２０％高いが、回転数は６０Hzが２０％大きい）

そこで結局、NO。１　の回答になるのではないでしょうか。

智見の反論をお待ちします。