モータの選定

Question

直径８００ｍｍ長さ２５００ｍｍの円柱ドラム形状の物を横に寝かせて
左右両端に円の中心に軸とピローをつけて三相誘電モータで回転させる
機械を製作したのですがモータが回ってくれません。
ドラムの中には水と石を入れております。
機械の名は回転バレルです。

ドラムはステンレス８ｔで重さ５７０ｋｇ
中に入れる水２２０ｋｇ石１８０ｋｇ＝計４００ｋｇ
モータは４ｐ７．５ｋｗで７．５のインバータもつけています。
減速比１：３です。
中に水と石をいれない空運転なら回転します。
インバータを外してラインスタートさせると中にものが
あっても回転しますが５０Ａのブレーカがすぐに落ちます。
スターデルタ起動もしてもらいましたがダメでした。

電気屋さんは減速比を１：６にすれば回ると言うのですが
本当でしょうか？（計算をしていってるのじゃなくて現物をみて勘で
言ってるだけのように見えます）
この工場では１０馬力以上のモータは使えないと言われました。

自分でも計算してみたいのですがさっぱりです。
Ｔ＝１／２＊ＤＷ　1/2*0.8*970=388nm
Ｐ＝ＴＮ／９７４＊１／９．８　388*1800/974*1/9.8=73.1kw
減速比３だから73.1/3=24.4kw
減速比６なら73.1/6=12.1kw
全然自信ありません。

減速比を変えるだけで回りますでしょうか？

Answer

やはり長尺ものの研磨ですか。
製品重量もあるので１/６では困難だと思いますよ。
また回転数が早いので全然研磨出来ません。
直径800mmなら回転数を28rpm前後に設定するといいです。
P=T×28/974×0.8＝7.5kW
T=326kgmまで
内容物総重量326/0.4=815kgまで
風袋や余裕を見て製品500kgあたりを想定していたのではないでしょうか？
19Φ×2000mmの棒鋼100本程度ですね。

Answer

ドラムの内面は、突起物が無く、摩擦係数が0.2程度と考え（前提）です。

そして、水220kg（比重；1）石180kg（比重；2.6仮定）にて、容積を出します。

すると、石は水より重く底に沈み、且つ、長さ2500mmで割ると、それ程の高さ
となりません。因って、その重心は、半径の400mmとして便宜上計算します。
又、水は、流動性があるので、モータのトルク確認から外します。

さて、モータが7.5KWで、4Pで1800rpm、減速比が1/3であるなら、
モータのトルクは、
7.5KW ＝ 2π×（1800rpm÷3）×Ｔkg･m ÷（102×60）の計算式にて、
Ｔkg･m ≒ 12.1kg･mとなります。
そして、負荷の方は、ドラム内面の摩擦係数0.2とすると、
tan-1（0.2）で、約11.3°傾けますと、ドラム内面の石が滑り始め
負荷が最大になります。その負荷は、
半径400mm×tan11.3°×石の重量180kg ＝ 14387kg･mm ＝ 14.387kg･m
となります。
以上の計算により、
モータのトルク12.1kg･m ＜ ドラム負荷最大トルク14.387kg･m
となり、モータはドラムを少し傾けはしますけど、回転はさせれません。

又、減速比を1/3から1/6に変更すると、計算上は廻りますが、安全率（余裕率）
が全く無く、廻らない可能性もあります。<微妙です>
できれば、回転数は落ちますが、減速比を1/12に（1/9も可かな？）

減速比1/6でも可を確認する場合は、回転開始時点で回転を補助して、
ある程度回転が継続するなら、多分大丈夫と思います。

その他に、電圧と電流のＶ・Ａ値（Ｗ数）を今一度確認して下さい。

電圧と電流のＶ・Ａ値（Ｗ数）確認は、
＊ 現状の動作パワーが簡易的に判るので、
　 一時、回転を補助した後の電流値を確認する
＊ 7.5KWに対しての安全率は、幾らあるか？
　 ブレーカーのアンペア数と電圧で、今一度確認を
の意味があります。

http://www.iae.or.jp/energyinfo/energykaisetu/situmon0022.html
のＶ・Ａ値とＷの関係資料を添付します。

Answer

内容物だけの加速で見ると、
T=石180kg×0.4m×sin35°≒42kgm
P=42×1800/974　≒78kW
減速比6でも13kWなので無理ですね。
しかも300rpmでは毎秒5回転ですよ？
こんな状態ではもし動いたとしても、石が内面にへばりつくだけで意味がありません。
研磨したいのなら45rpm以下にすべきでしょう。
１/40ならTmax=72kgm
P=72×45/974＝3.3kW
これならドラムのモーメントも軸受け抵抗も余裕ですね。
いったい目的は何なのですか？

ちなみに毎秒5回転というのは大型トラックが時速60km走行時のタイヤの回転数に相当します。本気でこんな装置を考えてるなら、設計も製造も技量不足で大事故の元ですよ？

Answer

結論から言えばモータが小さすぎますね
それくらいの負荷を駆動するには経験的に３０ｋｗ程度になると思います
もちろん、減速比を大きく取れば５．５ｋｗでも回せますが
↓のサイトのダウンロードページにインバータ自動選定ソフトがあります
それで選定してみてください
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/inv/index.html
http://www.e-mechatronics.com/
http://www.fujielectric.co.jp/fcs/jpn/new/frenic-mega/index.html

因みに
７．５ｋｗで回す方法は無くも無い
１　加減速時間を１００秒以上にします（上記ソフトでの結果はそのようになります）
　　でも、周波数が低い時間が長くなり過ぎてビクともしない時間が長くなり
　　トリップする恐れがある
　　最低周波数を２０Ｈｚとかにして工夫すればそれなりには可能になる

２　ワークを入れずカラで回してそれなりに加速が完了してから投入する
　　コンクリートミキサー車みたいな構造にして回転軸付近から投入すれば可能
　　この方式なら加速時間は短くできる

３　一番簡単な方法は投入するワークを半分以下にする（恐らく１／３以下）

>減速比を変えるだけで回りますでしょうか？
そもそも誰がそんな計算したのでしょう？

電源容量を無視して２２ｋｗ以上のモータ＋インバータに交換すれば可能でしょうが
回転軸やベアリング、及び機械フレームがそのトルクに耐えるかどうかです
多くの場合、フレーム剛性が足りずとっても怖い事になります
ベアリングはそれなりに過負荷耐量は持っていても
フレーム剛性に余裕が有る設計は少ない

Answer

回りだしたら回るかもしれませんが、起動トルクが足りないのですね。

減速はチェーンとスプロケットですか？
それなら意外と安く試せるかも。

モータの選定について知りたい