誘導電動機の種類：簡単なガイド

多くの巨大工場設備の心臓部には、パワフルで信頼性の高い主力製品がある。誘導電動機.これはACモーターの一種で、シンプルで丈夫、そして安価に作れることで有名だ。電磁誘導と呼ばれる物理学の巧妙なトリックを使用して動作します。この記事は、これらのモーターがどのように動作するのか、または異なる誘導モーターのタイプが何であるかを疑問に思ったことがあるあなたのためのものです。主な種類を学び、毎日どこで使われているのかを見てみましょう。

インダクション・モーターとは？

誘導モーターは、交流（AC）を使用して作動する電気モーターです。その主な仕事は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換すること、つまり電気を運動に変えることです。優れた発明家であるニコラ・テスラは、このタイプのモーターのアイデアを思いつきました。ステーターと呼ばれる静止部分と、ローターと呼ばれる回転部分である。ステーターとローターの間には直接的な電気的接続はない。

魔法は電磁誘導と呼ばれる原理によって起こる。ステーターの巻線に交流電流を流すと、磁場が発生して回転する。回転する磁石のようなものだ。この回転磁界はローターを通過し、ローター内に電流を誘導する。この誘導電流が独自の磁場を作り出す。この2つの磁界が互いに押したり引いたりすることで、ローターが回転し、機械的エネルギーが生み出される。これが、ローターにブラシや物理的な接点がない誘導モーターの仕組みです。

誘導電動機の主な2つのタイプとは？

IHの種類を語るとき、私たちは通常2つの大きなグループに分ける。そのグループ分けは、使用する交流電源のタイプによる。主な2つのタイプは単相誘導モーターと三相誘導モーター.

大きな違いは電源である。単相モーターは単相電源で作動し、これはご家庭にあるような電源です。三相誘導モーターは三相電源が必要で、これは商業用や工業用で一般的です。この電源の違いにより、誘導モータの構造や性能が変わります。三相モーターは一般に、より強力で効率的です。

単相誘導モーターについて話そう

では、最初のタイプを見てみよう。単相誘導モーターはどこにでもある。扇風機、冷蔵庫、洗濯機、小型ポンプが家にあれば、おそらくこのどれかがあるはずだ。標準的な家庭用電圧で運転できるため、人気がある。そのため、日常的な電化製品に最適です。

基本的な単相誘導モーターは自己始動しません。つまり、単相交流電源に接続しただけでは、ローターはうなりを上げて振動するだけで、回転はしない。十分な始動トルク（モーターを動かすのに必要なねじり力）がないのだ。これを解決するために、エンジニアたちはモーターを始動させるための「一押し」を与える賢い方法を考え出した。このタイプのACモーターは、常に特別な始動回路を必要とする。

単相ステーターはどのようにして動きを生み出すのか？

では、なぜ単相モーターは自己始動しないのか？それは、モーターから発生する磁界がステーターは回転磁場ではない。その代わり、ステーターの磁場はパルス状になっている。強くなっては弱くなり、また強くなるが、ステーターの周りを回転することはない。この脈動磁場はローター一旦回転して動き出すが、止まっている状態から発進させることはできない。

これを解決するために、モーターは少なくとも一時的に回転フィールドを生成する方法を必要とする。これは、始動巻線と呼ばれる2つ目の巻線をステーターに追加することによって行われる。主巻線は走行電力を供給する。スタート巻線は、1つ目の磁界とずれた2つ目の磁界を発生させるためだけに使用される。この差が弱い回転磁界を作り出し、モーターが回転を始めるのに必要な初期トルクを与える。

単相モーターの種類とは？

単相モーターは始動に助けが必要なため、いくつかの種類があります。それぞれのタイプは、始動トルクを生み出すために異なる方法を使用します。最も一般的な誘導モータには、分割相モータ、コンデンサ始動モータ、および隈取磁極モータがあります。

スプリットフェーズ・モーターはシンプルで安価である。主巻線とは異なる特性を持つ始動巻線を使用し、位相のずれを生じさせる。モーターが速度に達すると、スイッチによって始動巻線が切り離される。コンデンサ・スタート・モーターは、さらに一歩進んでいる。始動回路にコンデンサを使用します。このコンデンサはより優れた位相シフトを作り出し、モーターに非常に高い始動トルクを与えます。コンプレッサーのように、始動に大きなパワーを必要とする機械に最適です。最後に、隈取磁極モーターは非常にシンプルで低トルクです。ステーターに小さな銅リングを使用し、第2磁界を作ります。高出力を必要としない小型ファンなどに使われています。

なぜ三相誘導モーターは強力なのか？

三相誘導電動機である。これは産業界の主力製品です。私の経験では、大型機械に信頼性が高く効率的な電力が必要な場合は、この誘導モータを使用します。大型ポンプやコンベアからファクトリーオートメーションまで、あらゆるものに使われています。

そのパワーの秘密は、三相交流電源にある。このタイプの交流電流は、3つの電流が完全にタイミングを合わせて流れる。この電力を三相モーターのステーターに供給すると、驚くべきことが起こる。巻線が自然に真の回転磁界を作り出すように分布しているのだ。コンデンサーも始動巻線も必要ない。このため、三相誘導モーターは自己始動し、非常に効率的で、滑らかで一定のトルクを発生させることができる。ステーターの磁界は強力で、電源を入れた瞬間から回転します。

三相モーターの2つの種類とは？

三相モータの世界でも、ロータには主に 2 つの設計があります。すなわち、リスケージロータとスリップリングモータ（巻線ロータモータとも呼ばれる）です。誘導モータの大半は、シンプルで頑丈なリストケージ設計で広く使用されています。

リス・ケージ式ローターは、鋼鉄製の円筒にローター・バーと呼ばれる銅やアルミニウムの太い棒を通したものである。棒は両端でつながっている。ハムスターやリスの檻のような形をしており、これが名前の由来です。スリップリングモーターは違います。ローターには、ステーターと同様、実際のワイヤー巻線がある。これらの巻線は、スリップリングとブラシを介して外部抵抗器に接続されています。このセットアップにより、モータの速度とトルクを制御することができ、特殊な作業用に非常に高い始動トルクを得ることができます。このような多相誘導モータの設計はあまり一般的ではありませんが、特定の重負荷に非常に有用です。この交流多相設計は複雑です。

さまざまなモーターとその用途を選ぶには？

適切な誘導モータを選ぶには、そのモータが必要とする作業によります。ほとんどの家庭用および軽商用には、単相モータが適しています。単相誘導モータは、標準的な家庭用電圧で動作するため、家電製品に使用されています。家庭でドリルプレス、小型エアコンプレッサ、または水ポンプに電力を供給する必要がある場合、これらのモータが使用されます。

工場での重作業では、ほとんどの場合、三相誘導モーターを目にします。三相誘導モータが使用されるのは、効率が高く、力率が高く、より大きな電力を供給できるからです。リスケージ型とスリップリング型のどちらを選択するかは、必要なトルクによって決まります。通常の始動トルクが必要なほとんどの用途では、リストケージ誘導機が最適です。大型クレーンのように、非常に重い負荷で始動する必要がある場合は、スリップリング型非同期モータを選択するのがよいでしょう。また、三相モータの電気接続はより複雑です。この交流誘導モータは、真の産業用ツールです。

誘導モーターにおける極の役割とは？

誘導電動機の極とは、固定子の巻線によって作られる磁極のことである。磁極は常に対になっている（2極、4極、6極など）。磁極の数はモータの回転数に直接関係する。固定子の磁界の速度は同期速度と呼ばれる。

誘導モーターは極数が多いほど同期速度が遅くなります。60Hzの電力で動く2極モーターの同期速度は毎分3600回転(RPM)です。同じ電力で動く4極モーターは、1800 RPMで動きます。ローターの実際の回転数は、常に同期回転数よりわずかに低い。この差は「スリップ」と呼ばれ、モーターがローターに電流を誘導し、トルクを発生させるためのものである。ステーターによって生成される界磁が最高速度を設定する。

誘導モーターは力率が良いのか？

最後に力率について触れておこう。簡単に言えば、力率とは電気モーターがどれだけ効率よく電気を使うかを示す指標である。完全な力率は1.0です。誘導モーターは、特に全負荷で運転していない場合、力率が悪くなることがあります。これは、仕事をするために実際に使用する電流よりも多くの電流を消費することを意味します。

一般家庭にとっては大した問題ではありません。しかし、何百台ものモーターを使用する商業用および工業用アプリケーションでは、力率が低いと多くのエネルギーを浪費し、電気代が高くなる可能性があります。三相誘導モーターは一般に、単相モーターよりも力率が優れています。パワーエレクトロニクスを使用する可変周波数ドライブのような最新技術は、モータの回転数を制御し、力率を大幅に改善するのに役立ち、この強力な誘導モータをさらに効率的にすることができます。モータの負荷トルクは力率に大きな影響を与えます。