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モーター始動トルク

DCモーターの始動（ストール）トルク、ストール電流、無負荷速度、および始動時のピーク電力を計算します。

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公式

Ts=Kt×V/R,Is=V/RT_s = Kt × V/R, I_s = V/R
Kt— トルク定数 (N·m/A)
R— 巻線抵抗 (Ω)

仕組み

この計算機は、モーター駆動負荷を静止速度から動作速度まで加速するために必要な始動トルクを計算します。機械エンジニア、コンベア設計者、産業オートメーションの専門家はこのツールを使用して、指定された時間制約内で静摩擦を克服し、負荷を加速できるモーターを選択します。始動トルクのサイズを小さくするとモーターが停止し、大きすぎると資本コストとエネルギーが無駄になります。

NEMA MG-1-12.38によると、始動トルクはブレークアウェイトルク (静摩擦) と加速トルクの合計 (T_Start ≥ T_Breakaway + T_Accel) を超える必要があります。加速度成分は、ニュートンの回転に関する第 2 法則 T_accel = J_Total × α に従います。ここで、J_Total は全反射慣性 (kg・m²)、α は角加速度 (rad/s²) です。トライボロジーハンドブック (Neale, 1995) によると、離脱摩擦は通常、走行摩擦の 1.5 ～ 3 倍に相当します。

NEMAモータの設計では、始動トルクを定格トルクのパーセンテージとして規定しています。設計Aは70～ 100%、設計B (最も一般的) は100～ 200%、設計Cは200～ 250%、設計Dは250～ 300% です。連続定格25 N・m の 10 馬力の設計 B モータは、ロック・ロータートルクが 25 ～ 50 N・m に達します。慣性負荷が高い場合、モーターは加速中に数秒間高いトルクを維持する必要があります。NEMA MG-1-12.50では、始動に10～15秒以上かかると熱限界値を超えます。

計算例

包装ラインのコンベアは、2.5秒で60 m/min（1 m/s）に達する必要があります。反射負荷慣性の合計は 0.8 kg・m²、モーターローターの慣性は 0.05 kg・m² です。分離摩擦には 12 N・m が必要で、ドライブドラムの半径は 0.15 m です。

ステップ 1 — 必要な角速度の計算: ω = v/r = 1.0/ 0.15 = 6.67 ラジアン/秒 = 63.7 RPM

ステップ 2 — 角加速度の計算: α = ω/t = 6.67 /2.5 = 2.67 ラジアン/s²

ステップ 3 — 加速トルクの計算: J_Total = J_Load + J_Motor = 0.8 + 0.05 = 0.85 kg·m² t_Accel = J × α = 0.85 × 2.67 = 2.27 N·m

ステップ 4 — 合計始動トルクの計算: T_Start = T_Breakaway + T_Accel = 12 + 2.27 = 14.27 N·m

ステップ 5 — NEMA ガイドラインに従って安全率を適用します。 マージンが 1.5 倍の場合:T_Motor_Min = 14.27 × 1.5 = 21.4 N・m 始動トルク 定格トルク 10.7 N·m 以上のモーターを選択してください (設計 B のローターが 200% ロックされていると仮定)

結果:1.1 kW モータ (定格連続最大 10-12 N·m、始動時は 20-24 N·m) でも十分な余裕をもって要件を満たします。2.5 秒の始動時間は、設計 B モーターの NEMA 温度制限内です。

実践的なヒント

  • ✓NEMA MG-1-12.50によると、巻線の過熱を防ぐために、始動時間を定格ロックローター時間の2倍（通常は10〜15秒）に制限してください。加速時間を長くするには、ソフトスターターを使用して電流と熱応力を軽減します
  • ✓分離トルクを実験的にテスト：工業試運転の慣例に従い、8時間以上停止した後に出力軸にトルクレンチを取り付けます。コールドブレークアウェイは、常に、温回転摩擦よりも50〜200％高くなります。
  • ✓スターデルタ始動の場合、使用可能なトルクはDOLトルクのわずか33％（電圧²の関係）です。低電圧スターターを使用する場合は、負荷始動トルクがモーターのロックロータートルクの25％未満であることを確認してください

よくある間違い

  • ✗ブレークアウェイの代わりに走行摩擦を使用する：トライボロジーハンドブックによると、静摩擦係数は動摩擦の1.5〜3倍です。8N・mの回転トルクを必要とするコンベアの場合、一晩停止した後に動作を開始するには12〜24N・mが必要になる場合があります。
  • ✗わかりにくい連続トルクとロックロータートルク：NEMA MG-1によると、設計Bのモーターはストール時に連続トルクの100〜200％を供給します。始動時の計算に連続トルクを使用すると、モーターのサイズが50〜100％小さくなります
  • ✗反射慣性に対するギア比の影響を無視すると、慣性は J_Reflected = J_load × (N_Motor/N_load) ² = J_Load/GR² のように変換されます。10:1 のギアボックスでは反射慣性が100倍減少し、必要な加速トルクが大幅に低下します。

よくある質問

NEMA MG-1によると、ストール（ロックローター）トルクはモーターの仕様であり、定格電圧で通電した場合のゼロ速度での最大トルクです。始動トルクはアプリケーション要件であり、加速を開始して完全に加速させるのに必要なトルクです。モーターのストールトルクは、アプリケーションの始動トルクを上回る必要があります。設計Bのモーターは、ストール対定格比が100～ 200% で、設計Dのモーターは高慣性負荷に対して250～ 300% です。
IEC 60947-4-1によると、スター接続では各巻線にV_Line/√3が適用され、トルクが（1/√3）² = DOL値の 33% に減少します。電流も 33% まで低下します。モーターが同期速度に近づくと、デルタに移行すると最大トルクが回復します。Star-Deltaは、始動トルク要件がモーターロックロータートルクの 33% 未満である場合にのみ適しています。通常、軽負荷または加速が遅い高慣性フライホイールがこれに該当します。
クリシュナンの「電気モータードライブ」によると、永久磁石DCおよびBLDCモーターは、ゼロ速度（ストール対連続比100％）で最大トルクを生成するため、始動トルクの高いアプリケーションに最適です。直列巻線DCモーターの始動トルクは 200～ 300% です。AC 誘導モーターの始動電流は NEMA MG-1 あたり定格電流の 5 ～ 8 倍であるため、過熱することなく始動時間を延長するには、低電圧またはソフトスターターが必要です。

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