単相全波整流によるDCモーターの駆動について

質問

先日、AC100Vの全波整流（平滑回路は設けていません。）により
300W程度のブラシ付きDCモーターを駆動したところ、
モーターに掛かる負荷の増加に伴い、モーター端子間電圧の減少が見られました。
（テスターの計測で120V→90V程度の変化です。）

この電圧低下要因としては、なにが考えられるでしょうか？

回答No.3

LCR707

ＡＣ１００Ｖを整流した全波整流波形の実効値は１００Ｖですが、その平均値は約９０Ｖになります。
従って、モーターではなく抵抗器をつないだ場合、テスターの直流レンジで測った値は約９０Ｖになります。

モーターをつないだ場合は少し特殊で、モーターの回転数に応じた発電電圧が電機子に生じます。ダイオードを介して電源をつないでいるため、モーターの電圧は、全波整流波形と発電電圧の電圧の高いほうをたどる波形になります。つまり、全波整流波形の谷の部分が、発電電圧で埋められた形です。

このため、モータの回転数が低い場合、モーターの電圧は９０Ｖ位ですが、回転数が高くなると、谷の部分が埋まって平均電圧が上昇します。
数式を立てて直流とサイン波の交点を求め、１／４周期分積分すれば、平均値を求める式ができます。ちなみに、交流のピーク電圧が１４１Ｖで、発電電圧が１１２Ｖのとき、平均電圧が１２０Ｖになる計算です。

蛇足ですが、この発電電圧が端子に現れる特性を利用して、それをサンプルホールドし、指令電圧と比較して、サイリスタ等のゲートパルスの位相を制御してモーターの回転数を一定に保つ方式の速度制御回路が、昔から使われています。

お礼

当方モーターにあまり馴染みがなく、起きている現象がいまいち腑に落ちなかったのですが、大変勉強になりました。
ありがとうございました。

回答No.2

Nebusoku3

(1)電源部分の内部抵抗とモーターにつないでいる(2)ケーブルの抵抗、(3)更に整流器の電圧降下が影響しているものと思います。

ご存知のようにDCモーターですから
無負荷で回転しているとき　→　インピーダンスは最高
規定の最大負荷時に　→　インピーダンスは最低
となるわけです。（とまっている時の測定直流抵抗は　≒ ０Ω）

要するに負荷が増えれば増えるほど（回転数も落ち）モーター側のインピーダンスは小さくなり、電流も増えます。

軽負荷時のモーターのインピーダンスを R(ml)　電流が仮に　１Aとし
銃負荷時のモーターのインピーダンスを R(mh)　電流が仮に　３A　流れるとします。（３００W/100V)
電源側の総合内部抵抗（ケーブルも含める）　を　r とします。

誤差や損失を考慮せずに仮の計算をします。
整流器から直後の電圧　＝　１００　ｘ √２　≒　１４０　（V)
１４０ ｘ R(ml)/（R(ml)＋r） ＝　１２０（V)
１４０ ｘ R(mh)/（R(mh)＋r） ＝　９０（V)　　”R(ml) ＞R(mh)”
のような現象が起きていると思います。

※実は各部の数値が分かれば内部抵抗も計算できますがそれは必要ないでしょう。
理屈的には上記の様な事が起きているという事で宜しいでしょうか。

お礼

ご丁寧な回答を頂きまして有難うございます。
参考にさせて頂きます。

回答No.1

lv4u

電源部の内部抵抗により、負荷の増加で電圧降下が発生しているのではないでしょうか？

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
参考にさせて頂きます。