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１１ 液体抵抗器
高圧電動機の起動、回転数制御で主流であった液体抵抗器。また汚水ポンプで多用されていたセルビウス制御方式
は、もはや主流ではなく、ＶＶＶＦ方式に移行しつつあります。
しかし、現在、処理場には数多くの液体抵抗器が保有されています。構造が簡単なため、今後も保守が続けられてななか更新できないと思います。
今後は、汚水ポンプについては、ＶＶＶＦ方式が増加すると思いますが、
（１）高価である。
（２）電子部品の塊で構造が複雑である。
（３）電子部品が多様されているので製品寿命も液体抵抗器に比べ短い。
（更新時期までに電力回収等投資が回収できない可能性がある。）
（４）ＶＶＶＦ駆動の電動機にかご形電動機が使用され、故障時のバックアップ起動ができない。
（液体抵抗器が故障しても、巻き線型電動機を使用しており、純手動の起動が可能である。）
（５）高調波の発生が多い。
（最近のＶＶＶＦは高調波対策ができているが、高価）
等の欠点があり、全てにとって変わる訳ではないと思います。ただ、液体抵抗器のメーカーの製造意欲は減退しています。
液体抵抗器（例 １７５０ｋＷ電動機用）
| 項目 |
三菱 |
日立 |
東芝 |
西原環境衛生 |
| 外形寸法 |
Ｗ１３５０×Ｈ２４００×Ｄ１７３０ |
Ｗ１３００×Ｈ２３００×Ｄ１６００ |
Ｗ１１７０×Ｈ１９５００×Ｄ１５５０ |
Ｗ１８００×Ｈ２３００×Ｄ１２００ |
| 重量（液なし） |
１３００ｋｇ |
１８００ｋｇ |
７２０ｋｇ |
１８００ｋｇ |
| 電解液 |
１５５０Ｌ |
１４００Ｌ |
８６０Ｌ |
６００Ｌ |
| 冷却水量 |
２００Ｌ／分 |
５００Ｌ／分 |
２８０Ｌ／分 |
５１０Ｌ／分 |
| 駆動容量 |
０．２ｋＷ |
０．４ｋＷ
（油圧ポンプ） |
０．４ｋＷ |
０．４ｋＷ
（コンプレッサ） |
| 駆動方式 |
電極可動式
（モータ） |
電極可動式
（油圧） |
電極可動式
（モータ） |
電解液可変式
（空気圧） |
| 外部制御信号 |
正逆パルス |
４～２０ｍＡ |
正逆パルス |
正逆パルス |
| インチング運転 |
サーボの正逆
（ギヤあり、頻度注意） |
連続可 |
サーボの正逆
（ギヤあり、頻度注意） |
連続可
（電磁弁の開閉） |
| インチング運転 |
サーボ（又は電動機）
の正逆（ギヤあり） |
連続可 |
サーボ（又は電動機）
の正逆（ギヤあり） |
連続可
（電磁弁の開閉） |
| 動作時間 |
約２６秒 |
１５～６０秒 |
３０～４０秒 |
約２分 |
| 循環ポンプ容量 |
１．５ｋＷ |
１．５ｋＷ |
０．７５ｋＷ |
１．５ｋＷ |
| ２次短絡用 |
２ノッチ
（コンダクタ方式） |
３ノッチ
（カムコン方式） |
７ノッチ
（カムコン方式） |
２ノッチ
（コンダクタ方式） |
| 製造状態 |
製造中止
保守のみ |
この方式は製造中止
保守のみ
日立・東芝共用（ＯＥＭ） |
日立・東芝共用（ＯＥＭ） |
製造中止
保守のみ |
１ 液体抵抗器の設計例
（１）仕様
電動機 １７５０ｋＷ
同期速度 ３００ｒｐｍ
定格２次電圧 ２３００Ｖ
定格２次電流 ４６５Ａ
定格スリップ １．９０％
（２）負荷
雨水ポンプ用
（３）速度制御範囲
７０～１００％（２０５～２８５ｒｐｍ） 同期速度比（６６．５～９５％）
（４）計算
①１００％Ｒ
Ｒ100＝Ｅ２／（√３×Ｉ2）＝２３００Ｖ／（√３×４６５Ａ）＝２．８５６Ω
②電動機回転子抵抗 ｒ0＝０．０５５Ω／相
③液体抵抗器の必要抵抗
最小抵抗値 ＲLmin＝（R100×S1）／（１－S1）－ｒo＝２．８５６Ω／（１－０．０５）＾2－０．０５５Ω
＝０．１０３２Ω
最大抵抗値 ＲLmax＝（R100×S2）／（１－S2）－ｒo＝２．８５６Ω／（１－０．３３５）＾2－０．０５５Ω
＝２．１０８５Ω
抵抗比 K＝RLmin／RLmax＝２．１０８５Ω／０．１０３２Ω＝２０．４倍
④冷却容量
最大２次損失
PLmax＝０．１４８×P（S＝３３．３％）＝２５９ｋW
冷却容量 ２６０ｋW
⑤液温上昇
θ＝８６０×PLmax／（K×F）＝８６０×２５９ｋW／（１１００×１０）＝２０．２℃
K＝冷却器の熱伝導率１１００ｋCａｌ／m2・H・℃
F＝冷却器の伝熱面積 １０m2
２ 分路用抵抗器の動作頻度
運転方式
（１）速度運転制御方式から２次短絡運転へ切り替える場合は、分路抵抗に負荷抵抗が流れる。
（２）２次短絡運転より、速度制御運転へ切り替える場合は、負荷電流は流れない。
２次短絡運転時は、８８－１、８８－３がＯＮとなっており、速度運転時への切替時は８８－１を
ＯＦＦすることにより分路抵抗へは電流は流れません。
２次側短絡時の突入電流（分路抵抗を設けない場合）
液体抵抗器の抵抗値最小位置から短絡した場合、約１５６％の先頭電流が流れます。
Ｉ2Ｐ＝α×Ｉ2×（ｒ0×ｒ1）／ｒ0
＝０．９８×Ｉ2×（０．０５５Ω＋０．０３２６Ω）／０．０５５
＝１．５６×Ｉ2 Ａ
ｒ1＝（Ｒ100×Ｓ2）／（１－（Ｓ2－Ｓ1））＾２－ｒ0
＝（２．８５６Ω×０．０３）／（１－（０．０３－０．０１９））＾2－０．０５５
＝０．０３２６Ω
３ 分路抵抗器の使用頻度
２０分に１度の繰り返し使用可能
液体抵抗器の改善案
ＶＶＶＦが主流になりつつある現在では、やや陳腐に思える液体抵抗器です。
しかし、容量の大きい雨水ポンプで可変速が必要な場合にＶＶＶＦではコスト的に合いません。
また、雨水ポンプは、確実に排水を行わなければならない設備です。
現在、ＶＶＶＦ用電動機にかご形が主に使用されておりＶＶＶＦが故障した場合に、起動するすべがありません。
この点で、まだ液体抵抗器が生き残る場所があるように思います。
注
ＶＶＶＦ用電動機にかご形が採用される主な理油
①ブラシ清掃等のメンテナンス性が向上し、構造上堅牢。
②既存の巻線型電動機をＶＶＶＦに変更する場合、スパイクノイズ等の耐圧を考慮していない。
最新のＶＶＶＦは改善されているが、巻線型はスパイクノイズに弱い。
③電動機の製造コストは巻線型に比較してかご形が安価である。
液体抵抗器は、原理的に簡単な構造なので次のような構成でも
いいのでは、と考えています。（開発会社募集中）
（１）案１の液体抵抗器の動作
①排水電動弁を開くと準備完了水位（起動水位）まで低下します。
②起動時、排水電動弁を閉じて、給水電動弁を開けると増速します。
③定格運転位置で給水電動弁を閉じます。
④速度を下げたい場合は、排水電動弁を開けます。
⑤目標の回転数になれば、排水電動弁を閉じます。
⑥増速する場合は、給水電動弁を開けます。
⑦水位の上げ下げで、上部のタンクの液位が低下した場合
下部のタンクから電解液をポンプで規定液位まで揚水します。
⑧電動弁は基本的に、水位計で動作しますが、壊れても起動でき、オーバーフローし電解液が
循環するだけ、停止時は強制的に排水電動弁を開けると準備完了水位となります。
（２）この液体抵抗器の応答性を上げるための考慮点
①水量を正確に行いたいため電動弁は、高速開閉ができること
なお、電磁弁は動作が速いが信頼性に欠けるため使用しない。
②電解液給水・排水管のサイズは太くします。
ただし、最大流量で給水して、負荷が増えても電動機に過電流が発生しない口径とします。
③電解液の給水は波打ち防止のため底部から給水します。
④電解液の上部補充タンクは、深いと水圧変動で流下量の変動が大きく
なるので浅く、面積を広くします。
（３）案２の液体抵抗器の動作
①排水電動弁を開くと準備完了水位（起動水位）まで低下します。
②起動時、排水電動弁を閉じて、ポンプで液位を上昇させると増速します。
③定格運転位置でポンプを停止します。
④速度を下げたい場合は、排水電動弁を開けます。
⑤目標の回転数になれば、排水電動弁を閉じます。
⑥増速する場合は、またポンプで水位を上げます。
（４）案１と案２の比較
案１がいいと考えていますが、設置場所を選ぶため、信頼性がやや劣りますが、
次の案２の方式でもよいと考えます。
電極固定式では、西原環境衛生（株）の液体抵抗器で「フローマッチャー」との名称がありますが、
コンプレッサによる加圧して液位を変化させており、この案より複雑な制御を行っています。
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