最近、広東省、浙江省、江蘇省などでは、中小企業向けのデジタル化改造を支援する補助金政策が相次いで発表されています。例えば、珠江デルタ地域では中小企業のデジタル化改造プロジェクトに対し40%の補助が行われており、広東省の東西・北部地域では補助率が50%に引き上げられています。これらの政策では、「設備データ収集カバレッジ率」を検収指標の一つとして明確に定めています。
しかし、多くの中小企業では依然として10年以上使用している旧式モーターやインバーターが稼働しており、リアルタイムでの監視手段がなく、電流や温度などの重要な運転データが取得できていません。そのため、予期せぬ停止リスクが高まっており、センサーを後付けする方法が、老朽モーター設備のアップグレードにおける主流となっています。
老朽モーターのアップグレードの目的は、技術的手段により既存モーターの性能を向上させ、その性能を最大限に活用し、使用寿命を延ばすことにあります。
モーターの過負荷、回転停止(ジャム)、欠相などの故障は、多くの場合、電流の異常として現れます。従来の老朽モーターでは、異常音を聞いて故障を判断したり、手で筐体の温度を触って状態を推測するしかなく、正確な問題の特定が困難でした。
モーター運転中に電流を監視することにより、負荷状態をリアルタイムで把握し、過負荷や電気的故障を早期に検出し、電流異常による過熱・損傷を防ぐことができます。同時に、運転効率を最適化し、モーターの寿命を延ばすことが可能になります。
インバーター駆動モーターで一般的に使用される4種類の電流検出方式について、その原理・特徴・適用シーン・主要パラメータを以下に比較します。
方式の種類 | ホールオープンループセンサー | ホールクローズドループセンサー | 分流抵抗器(シャント抵抗) | 変流器(CT) |
---|---|---|---|---|
原理 | ホール素子が磁場を検出し、フィードバック補償なし | ホール素子+フィードバックコイルによるゼロ磁束補償 | 抵抗による電圧降下で電流を直接測定 | 電磁誘導原理(交流専用) |
精度 | ±1% | ±0.1%~0.5% | ±0.5%~1% | ±1%~2% |
応答時間 | ≤300ms | ≤10μs | ≤1μs | ≤100μs |
絶縁(電気的絶縁) | あり | あり | なし | あり |
直流測定対応 | 可 | 可 | 可 | 不可 |
コスト | 低 | 高 | 極めて低 | 中程度 |
適用シーン | 中小出力インバーター(エアコン、ファンなど) | 大出力・高精度システム(サーボドライブなど) | 低コスト・小電流用途(BMSなど) | 交流電流監視(電力系統側など) |
老朽モーター改造の要件(低コスト、低精度、設置の容易さ)を考慮すると、ホールオープンループ電流センサーが最も適した電流検出方式です。
ホールオープンループ電流センサーは、ホール効果の原理に基づく電流検出装置です。磁心のギャップ部に設置されたホール素子が磁場強度を検出し、電流を測定します。構造がシンプルでコストが低く、交流・直流電流の監視に適しています。
基本原理:
一次側電流(Ip)が発生させる磁場を磁心が集中させ、磁心ギャップ部のホールセンサーがその磁場の大きさと方向を検出します。ホールセンサーの出力電圧は信号処理回路を経て、被測定電流の大きさを正確に反映する出力信号となります。
技術的特徴:
HS1Vシリーズは、シンセン電子が独自開発した成熟したホールオープンループ電流センサー製品です。100%国産化を実現し、海外の主要センサーブランドと互換性があります。定格電流は50A~600Aで、一般的な三相モーター負荷をカバーします。精度は±1%で、モーターの一般的な状態監視ニーズを十分に満たします。
電源電圧は±12V~±15V、アナログ電圧信号出力で、PLCやDCSシステムと互換性があり、設備のデジタル化・スマート化アップグレードに容易に対応可能です。絶縁耐圧は交流3.6kV、瞬時耐圧6.6kVで、EN 50178、IEC 61010-1などの産業規格にも準拠しており、制御側の安全性を確保しています。
取り付け方式は貫通型で、母線を切断することなく設置可能で、サイズはわずか3×4×3cmと非常にコンパクトなため、インターフェースが予め用意されていない老朽設備の改造にも最適です。
代表的な応用シーン:
インバーター駆動モーター
ホールオープンループ電流センサーは、インバーター駆動モーターのシステムにおいて、主に以下の用途に使用されます。
電流検出とフィードバック
保護機能
運転電流をリアルタイムで監視し、過負荷やジャムなどの異常を検出してインバーターの保護機能をトリガーし、IGBTなどのパワー素子の損傷を防止します。
システム最適化
正確な電流フィードバックによりインバーター出力を最適化し、モーターの発熱やエネルギー消費を低減することで、エネルギー効率を向上させます。また、電流波形を継続的に監視することで、巻線短絡やインバーターのスイッチング故障などの異常を検出し、故障診断の根拠を提供します。
応用事例:
ある金物加工工場では、2012年製のインバーターを搭載した旧式プレス機15台が稼働していましたが、電流フィードバック機能がありませんでした。
改造内容:
インバーター出力側にHS1Vセンサーを追加設置し、電流信号をローカルのエッジデータ収集ボックスに接続、データを軽量MESシステムへアップロードしました。
実際の効果:
老朽モーターの改造には、ホールオープンループ電流センサー、特に国産センサーが強く推奨されます。その低コスト性、設置の容易さ、電気的絶縁性は、改造ニーズに完璧にマッチしています。中小企業にとって、「電流が見えるようになる」ことこそ、デジタル化への第一歩なのです。