三相誘導電動機の基本特性

三相誘導電動機は、工場や家庭で広く使用されている電気機器です。この記事では、三相誘導電動機の基本的な特性について説明します。

Contents

三相誘導電動機の構造
三相誘導電動機の動作原理
三相誘導電動機の特性
まとめ
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三相誘導電動機の構造

三相誘導電動機は、図1に示すような構造を持っています。機械的な部分は回転子と定子の2つの部分で構成され、電気的な部分はステータとロータの2つの部分で構成されます。

ステータには、3つの巻線があり、それぞれに交流電源からの電流が流れます。この電流により、ステータには交流磁界が生じ、この磁界によって回転子に力が伝わります。回転子には導体があり、これが回転することで電気エネルギーが機械エネルギーに変換されます。

三相誘導電動機の動作原理

三相誘導電動機の動作原理は、回転子に誘起される電圧によって説明されます。回転子の導体がステータの磁界に入ると、導体に電圧が誘起されます。この誘起電圧によって、回転子に電流が流れるため、回転子にも磁界が発生します。

このようにして、ステータの磁界と回転子の磁界が相互作用し、回転子が回転します。この回転子の回転速度は、ステータの磁界の周波数によって決まります。

三相誘導電動機の特性

三相誘導電動機には、いくつかの基本的な特性があります。

誘導電動機の回転速度と「すべり」

三相誘導電動機は、三相電源の位相の違いを利用して回転磁界をつくり、回転子を回します。回転子の導体面を貫く磁界が移動することで導体面にうず電流が発生し、そのうず電流と磁界との作用で導体を動かす力が発生します。そのため、回転子は必ず磁界の回転（同期速度）より遅れて回らないとうず電流が発生しないことになります。この回転の遅れが「すべり」です。

誘導電動機の諸特性

効率出力

三相誘導電動機は、効率と力率が悪いと出力が低下します。

欠相運転

三相誘導電動機の運転中に、三相電源のうちのどれかの電源が途絶えることを欠相と呼びます。欠相が起こると電動機の回転は低下し、負荷電流が増加します。

速度特性とトルク

三相誘導電動機の回転速度と、回転軸の周りに働く力の量である回転力（トルク）の関係を覚えておきましょう。

①トルク・・・出力が一定なら、回転速度に反比例する

②始動トルク・・・電源電圧の２乗に比例する

インバータ速度制御方式

三相誘導電動機の回転速度は電源周波数に比例します。そこで、交流電源をいったん整流して直流に変え、インバータで交流に戻す際に周波数を可変して電動機の回転速度を制御する方法がインバータ速度制御です。

トルク

三相誘導電動機のトルクは、回転子の磁界とステータの磁界の相互作用によって発生します。回転子の回転速度が遅い場合、トルクは低くなります。また、トルクは電流の大きさに比例します。つまり、電流が大きいほどトルクも大きくなります。

回転数

三相誘導電動機の回転数は、ステータの磁界の周波数によって決まります。周波数が高いほど回転数も高くなります。

効率

三相誘導電動機の効率は、入力電力と出力電力の比率で表されます。入力電力は、電源からの電力であり、出力電力は、回転子から発生する機械エネルギーによって発生します。効率は、出力電力が入力電力に比べてどの程度大きいかを示します。

始動トルク

三相誘導電動機の始動トルクは、回転子が回転し始めるときに必要なトルクの大きさを示します。始動トルクが大きいほど、回転子の始動が困難になる可能性があります。

無負荷電流

三相誘導電動機が空転状態で動作する場合、無負荷電流が流れます。この電流は、機械的な負荷がかかると減少します。無負荷電流が大きい場合、電気機器の効率が低下する可能性があります。

三相誘導電動機の基本特性をさらに詳しく見ていきましょう。

三相誘導電動機の励磁方式には、直流励磁と交流励磁の2種類があります。直流励磁は、コイルに直流電流を流して磁界を発生させる方法です。一方、交流励磁は、外部からの交流電流を使用して磁界を発生させる方法です。交流励磁は、直流励磁に比べて簡単な構造で済むため、一般的にはこちらが使用されます。

三相誘導電動機の回転速度は、磁界の周波数と極数によって決まります。極数は、ローターとステーターの磁極数のことで、一般的には2極、4極、6極、8極などが使用されます。磁界の周波数は、50Hzまたは60Hzが一般的です。回転速度は、回転数によって表され、n=120f/pの式で計算されます。ここで、nは回転速度、fは磁界の周波数、pは極数です。

三相誘導電動機は、起動時に大きな電流が流れます。このため、起動時に過負荷保護回路が必要です。また、逆転や断線などの異常発生時にも保護回路が必要です。適切な保護回路を設置することで、機器の安全性を確保することができます。

以上が、三相誘導電動機の基本特性についての説明です。初心者にとっては、これらの特性を理解することが大切です。三相誘導電動機は、高い効率と信頼性を持ち、広い範囲で使用されています。機器や電力系統の設計や運転において、三相誘導電動機を適切に選定するためには、これらの特性を理解することが不可欠です。

三相誘導電動機は、電力変換効率が高く、消費電力が小さいため、環境にも優しいエネルギー源として注目されています。また、三相誘導電動機は、産業界をはじめとして様々な分野で広く使用されています。

産業分野では、主に製造業で使用されています。例えば、工作機械やプレス機械、ポンプ、送風機、コンプレッサーなどに使用されています。また、建設分野でも、クレーンやエレベーターなどにも使用されています。

一方、家庭用電気製品でも、三相誘導電動機が使用されています。例えば、掃除機や洗濯機、冷蔵庫、エアコンなどにも使用されています。これらの家庭用製品に使用される三相誘導電動機は、小型で低騒音・低振動が特徴です。

三相誘導電動機は、これらのように様々な分野で使用されているため、その性能や特性を理解することは非常に重要です。さらに、三相誘導電動機の制御技術も進化しており、より高度な制御が可能になっています。今後も、より高い効率と信頼性を持った三相誘導電動機が開発され、幅広い分野で使用されることが期待されます。

三相誘導電動機は、機械的に非常にシンプルな構造を持ち、メンテナンスが容易であるため、長寿命で信頼性が高く、世界中で広く使用されています。

また、三相誘導電動機は、エネルギー効率が非常に高く、省エネルギーに貢献できます。そのため、省エネルギー法に基づく省エネルギー製品において、三相誘導電動機が使用されることが多く、省エネルギー政策に貢献しています。

さらに、三相誘導電動機は、逆転制御や速度制御が容易であるため、産業分野での自動化において、不可欠な役割を果たしています。これらの制御技術を駆使することで、より効率的な生産ラインを構築することができます。

以上が、三相誘導電動機の基本的な特性についての説明でした。三相誘導電動機は、その機能性や使い勝手の良さから、様々な分野で使用されている優れた機器です。今後も、さらに高い効率と信頼性を持った三相誘導電動機が開発され、ますます広く普及していくことが期待されます。

まとめ

①誘導電動機の回転速度は、電源周波数に比例する

②誘導電動機は「すべり」がないと回転しない

③出力が一定なら、トルクは回転速度に反比例する

④始動トルクは電源電圧の２乗に比例する

三相誘導電動機は、機械的な部分と電気的な部分で構成されます。動作原理は、回転子に誘起される電圧によって説明されます。三相誘導電動機には、トルク、回転数、効率、始動トルク、無負荷電流などの特性があります。これらの特性を理解することで、三相誘導電動機の動作原理や性能を理解することができます。

三相誘導電動機は、工業分野において幅広く使用されています。例えば、ポンプ、ファン、コンプレッサー、コンベヤー、エレベーター、クレーン、ミキサー、ロボット、自動車などの駆動に使用されます。三相誘導電動機の特性を理解することで、これらの機器の設計や運転条件の最適化に役立ちます。

三相誘導電動機は、電力系統においても広く使用されています。例えば、送電線から取り出した電力を、発電機やトランスフォーマーなどで電力変換した後、三相誘導電動機を介して負荷に供給することが一般的です。電力系統においても、三相誘導電動機の特性を理解することで、適切な選定や運転条件の最適化に役立ちます。

三相誘導電動機は、電気機器の中でも特に重要な役割を担っています。初心者にとっては、三相誘導電動機の動作原理や性能について理解することが大切です。三相誘導電動機の基本特性について、この記事で説明しました。しかし、三相誘導電動機には、さらに高度な特性や応用技術が存在します。これらについては、専門書や技術資料などを参照することをおすすめします。

最後に、三相誘導電動機の利点についてもう少し詳しく説明してみましょう。

まず、三相誘導電動機は、直流電動機に比べて構造が簡単で、重量が軽く、メンテナンスが容易です。また、ブラシやコミュテータなどの消耗品がないため、交換が必要ないという利点があります。

さらに、三相誘導電動機は、効率が高く、消費電力が小さいため、省エネルギーに貢献できます。そのため、環境に配慮したエコ製品において、広く使用されています。

また、三相誘導電動機は、逆転制御や速度制御が容易であるため、工場自動化などの分野で、重要な役割を果たしています。これらの制御技術を駆使することで、生産性の向上や品質の向上が実現できます。

以上が、三相誘導電動機の利点についての説明でした。三相誘導電動機は、その機能性や使い勝手の良さから、様々な分野で使用されている優れた機器です。今後も、さらに高い効率と信頼性を持った三相誘導電動機が開発され、ますます広く普及していくことが期待されます。