DC モーター速度計算ツール
電気的パラメータからDCモータの速度、トルク、電力、効率を計算
公式
参考: Chapman, Electric Machinery Fundamentals
仕組み
この計算機は、供給電圧、逆起電力定数、および電機子抵抗からDCモーターの速度とトルクを決定します。電気技師、ロボット設計者、オートメーションの専門家はこのツールを使用して、さまざまな負荷下でのモーター性能を予測します。正確な速度予測により、負荷がかかるとモーターのサイズが小さくなることや、エネルギーやコストを浪費するオーバーサイズのモーターを防ぐことができます。
クリシュナンの「電気モータードライブ」（2001）の支配方程式は、RPM = (V-I×Ra) /Keです。ここで、Vは電源電圧、Iは電機子電流、Raは巻線抵抗、Keは逆起電力定数です。NEMA MG-1 セクション 12 によると、標準的な DC モータの速度調整は、無負荷状態と全負荷状態で 5 ～ 15% の範囲です。Ra=2Ω、Ke=0.01V/ (ラジアン/秒) の12Vブラシ付きDCモーターでは、負荷が0Aから3Aの場合に約 8.3% の速度低下が見られます。
温度は性能に大きく影響します。銅の巻線抵抗はIEC 60034-1あたり0.393％/°C増加します。つまり、85°Cの動作温度のモーターは、25°Cの場合よりも電機子抵抗が23.6％高くなります。この抵抗の増加だけでも、一般的なアプリケーションでは負荷速度が12〜18％低下します。永久磁石強度の製造上の許容誤差により、逆起電力定数はデータシートの値と± 5 ～ 10% 異なります。
計算例
倉庫用コンベアは、24Vのブラシ付きDCモーター（Ke=0.05V/（ラジアン/秒）、Ra=1.2Ω、定格連続5A）を使用します。モーターは 4A の負荷電流で 2000 RPM を維持する必要があります。
ステップ 1 — 無負荷時速度の計算: 無負荷:RPM = V/Ke × (30/π) = 24/0.05 × 9.549 = 4584 RPM
ステップ 2 — 4A での負荷速度の計算: 電圧降下:I×Ra = 4 × 1.2 = 4.8 V 使用可能な電圧:24-4.8 = 19.2V 負荷速度:19.2/0.05 × 9.549 = 3667 RPM
ステップ 3 — 速度規制の検証: スピードドロップ:(4584-3667) /4584 × 100 = 20% これは NEMA の標準的な 5 ～ 15% の範囲を超えており、モーターのサイズが小さすぎることを示しています。
ステップ4 — 4Aで2000RPMに必要な電圧を計算します。 必要な逆起電力:2000 × π /30 × 0.05 = 10.47V 必要な電源:10.47 + 4.8 = 15.27V
結果:24V 電源では十分なヘッドルームが得られます。4A負荷時の実際の速度は3667 RPMで、2000RPMの要件を 83% 上回ります。これは、温度ディレーティングと経年劣化に対する余裕があります。
実践的なヒント
- ✓モーターを無負荷状態で稼働させ、端子電圧をシャフト速度で割って実際のKeを測定します。データシートの値は、メーカーの許容範囲ごとに± 10% のばらつきがあります
- ✓NEMA MG-1-12.44によると、周囲温度が40°Cを超えると、連続電流を1°Cあたり1％ディレーティングして、20,000時間以上の定格寿命を維持できます
- ✓Ra値が1Ω未満の場合は、4線式のケルビン抵抗測定を使用してください。標準のマルチメータでは、接触抵抗によって誤差が5～ 15% になります。
よくある間違い
- ✗温度ディレーティングを無視:85°Cの巻線温度では、Raは 23.6% 上昇し (IEC 60034-1)、負荷速度は 25°C の計算値と比較して15～ 20% 低下します。
- ✗ネームプレート速度を無負荷速度として使用：NEMA MG-1は定格負荷時の定格速度を指定します。無負荷速度は、モータクラスによって異なりますが、通常5〜15％速くなります
- ✗ブラシの電圧降下を軽視：クリシュナンの「電動モータードライブ」ガイドラインによると、カーボンブラシは1〜2V（ブラシあたり0.5〜1V）の降下をもたらし、実効電源電圧を低下させます
よくある質問
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