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DCモーターとACモーターの違い。特徴の比較

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今日は「DCモーターとACモーターの違い。特徴の比較」についてのメモです。

機械設計において駆動関係の選定をする際に、DC・ACどちらのモーターにしようか選ぶ必要があります。その機械に「どんな駆動力が必要か」を考えると、DCモーターが適しているのか、ACモーターが適しているのか選定が出来るかと思います。

今日はDCモーターとACモーターの違いについて纏めています。この記事におけるDCモーターについての注意点ですが、DCモーターにはブラシ付きとブラシレスがあります。この記事ではその違いはあるものの回転原理や特性等の基本的性質は同じであるため、いずれも「DCモーター」として記述しています。

Free-Photos / Pixabay

DCモーターとACモーターの違い

DC・ACモーター及びその他モーターの駆動電源の違いは以下の通りです。

  • DCモーター:直流モータ(direct current motor)
  • ACモーター:交流モータ(alternating current motor)
  • 三相交流を利用するモータ(3相モータ)
  • 単相交流を利用するモータ(単相モータ)

 

モーター駆動電源の違い【直流電源と交流電源で何が違うのか】

DCモーターは「直流の電源で動作」し、ACモーターは「交流の電源で動作」します。

※解りやすかったのでお借りしました

DCモーターに使われる直流電源は「+(プラス)と-(マイナス)が一定」であり、交流は「一定時間毎に+(プラス)と-(マイナス)が入れ替わります。

 

DCとACの電源は一般的にどんなもの?

  • DC:バッテリーなど
  • AC:家庭用の100V(単相交流)や工場用の高圧200V(三相交流)など

 

DCモーターとACモーターの特性

各モータの速度や力などは、DC・ACモーターの特性により考え方が異なります。そのため、回転して力を伝える事には変わりありませんから、回転速度やトルクをどのように調整するかなどのモータを制御するということを考えた際に、どのような特性が欲しいのかを考え選定するのが適切だと考えます。

 

回転速度及びトルク特性に対するDCモーターとACモーターの「性格」

※注記 各モーターの性格です。外部機器による意図的能力変化を省いた単純な「性格」です。

 

回転速度の違いについて

DCモーター

  1. 負荷が一定であれば電圧の上下で回転数が変わる
  2. 電圧と逆起電力のバランスで回転速度が決まる
  3. 負荷の変動により速度が変動する

ACモーター

  1. 周波数に応じた一定の回転速度を保つ
  2. モーター単体での速度を変更することが難しい
  3. 回転速度のムラが少ない

 

トルクの違いについて

DCモーター

  1. 負荷を増やすと回転速度は低下するがトルクが増える
  2. 起動トルクが高い
  3. 速度「0rpm/min」でも電流に比例したトルクを発生する

ACモーター

  1. トルクのムラが少ない

 

結局、性格を見たらDCモーターの方が良いのでは?

上記の内容からDCモーターはトルク制御性能が優れており、速くて安定した応答が得られ、ACモーターに比べて優位であると思います。ACモーターは性格上、速くて安定したトルク応答が得られないのです。しかし、ACモーターでも「ベクトル制御方式」という周波数を変化させた場合の「速度-トルク特性」は直流電動機と同等かそれ以上の性能を得ることができるのです。

 

ならACモーターに統一すれば良いのでは?なぜしないのか。

ACモーター駆動の制御回路に比べてDCモーターの制御回路はシンプルで結果的に小型軽量が可能という利点があります。特徴として同じサイズあたりで扱える電力・速度の点では優位にあるため、モーターの収納や重量がシビアな部分で使用されています。例えばOA機器などに多く利用されています。今は制御性のいいDCモーターは、メンテナンスの問題から最近はほとんどACモーターに変わってきています。

特にDCからACへの変化しているのは、産業系などの長期寿命を考慮しなければいけない分野で大型のもの、ロボットや搬送機械・各種ローコストオートメーションとなります。

 

【補足1】モーターサイズについて

DCモーターは「整流限界」により大型化が困難で、ACモーターは大型化が可能です。

 

【補足2】サーボモーターはAC・DCどっちのモーター?

サーボモーターは「DC・AC」共に存在する。

 

【補足3】交流電源からDCモーターを駆動したい場合はコンバータ

※信頼のマクソンジャパン株式会社様よりお借りしました。

交流電源からDCモーターを駆動するには、単相交流や三相交流を「コンバータ(整流器)」を利用して直流に変換すれば利用できます。また、電子回路を使用しているため、プラスとマイナスを逆に接続しても逆回転しません。正逆回転を行う場合は、基本的に三相駆動が必要となります。

 

【補足4】直流電源からACモーターを駆動したい場合はインバータ

※信頼のオリエンタルモーター株式会社様よりお借りしました。

直流電源からACモーターを駆動するには、直流を三相交流に変換するインバータを利用します。インバータによって電圧と周波数を制御し、狙った回転速度とトルクで運転します。

以上です。






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