スクリューコンプレッサーのモーターが頻繁に始動するか、それとも常に回転し続けるか

頻繁な始動がスクリューコンプレッサーのモーターに及ぼす悪影響

運転方式を検討する前に、まず頻繁な起動がモータおよび空圧機システム全体にもたらす悪影響を明確にする必要があります。モータは起動瞬間に定格電流の数倍に達する高い起動電流を発生させます。この大きな電流インパルスは、電力系統の電圧変動を引き起こして同一系統内の他の機器に影響を及ぼすだけでなく、モータ巻線の発熱を増大させ、絶縁層の劣化を加速させます。

さらに、頻繁な始動は、機械部品が静止状態から高速回転へと繰り返し加速する過程を経ることを意味します。これにより、ベアリング、ギア、ローターなどの主要部品の機械的摩耗が著しく増大し、設備全体の耐用年数が短縮されるうえ、その後の保守費用も上昇します。

「ずっと回り続ける」の二つの状態の解析

頻繁な始動には明らかな弊害がある以上、モーターを「常に回し続ける」ことが最善の選択といえるのでしょうか。これについては、空気圧縮機の制御方式を踏まえて個別に検討する必要があります。

• 商用周波数の負荷解除状態：従来の商用周波数駆動の空気圧縮機では、貯気タンクの圧力が上限に達すると吸気弁が閉じ、モーターは無負荷運転状態になります。このとき、モーターは常に回転し続けていますが、無負荷で動作しているため圧縮空気は生成されません。この方式により頻繁な起動を回避できますが、無負荷時にも一定量の電力を消費するため、エネルギーの無駄が生じます。
• 周波数変換による速度制御状態：インバータ式空気圧縮機においては、モーターは確かに“常に回転”していますが、インバータによってモーターの回転数をリアルタイムで調整することで、吐出空気量を前段の実際の消費空気量と高精度に一致させることができます。この運転状態は、頻繁な起動や無負荷運転による無駄を完全に解消するだけでなく、低負荷時の消費電力を大幅に削減できるため、現在最も理想的な運転方式といえます。

ガス使用状況に応じた運転戦略の選定方法

モーターの頻繁な起動・停止、定周波数での負荷解除、あるいは変頻運転による常時回転のいずれを選ぶかは、企業の実際の空気使用量の変動状況を評価することが鍵となります。

• ガス使用量は安定しており、連続しています：生産ラインの用気量が安定している場合、コンプレッサーは長時間フル負荷で運転することが可能であり、この状態ではモーターが連続運転するのが最も効率的であり、起動・停止や負荷解除の考慮は不要です。
• ガス使用量の変動が大きい：作業場における空気使用に顕著なピーク・ボトムの変動が見られる場合は、インバータ制御方式の採用を推奨します。モーターを常時運転させたまま需要に応じて回転数を調整することで、頻繁な始動による機械的衝撃を回避するとともに、商用周波数での無負荷運転時のエネルギー消費問題も解消できます。
• 使用量が極めて少ない場合、または間欠的に使用する場合：極めて少量のガス消費で、長時間にわたり使用しない運用状況については、システムが適切なスリープ時間を設定します。スリープ期間中はモーターを停止して電力を節約し、復帰時には再起動しますが、その際には起動頻度がモーターの許容安全範囲内に収まるよう確認してください。

日常運転と省エネルギー管理に関する提案

スクリューコンプレッサーの使用寿命を延長し、運転コストを低減するため、日常の管理において以下の対策を講じることを推奨します。

• 圧力帯域幅を適切に設定する：加荷・減荷制御を行う設備については、加荷圧力と減荷圧力の差を適切に設定する必要があります。帯域幅が狭すぎると頻繁な起動・停止や加荷・減荷が生じ、広すぎると供給空気圧力の変動が大きくなります。末端機器の圧力要求に応じて、バランスの取れた設定を行うことが求められます。
• 電気システムの定期点検：接触器やリレーなどの電気部品を定期的に点検し、制御ロジックに誤りがないことを確認することで、部品の経年劣化や故障によるモーターの異常な頻繁起動を防止します。
• 設備のアップグレード評価：既存の商用周波数駆動設備が著しく老朽化しており、かつガス消費量の変動が大きい場合には、長期的な省エネルギー効果を実現するため、インバータ駆動への改修や高効率な永久磁石式インバータ駆動機器への置き換えの実現可能性を総合的に評価することが有効です。