AC 誘導モータ特性

AC誘導モーターは、シンプルで頑丈で信頼性が高いため、現代産業の主力製品です。誘導電動機には2つの主要部品しかありません。1つ目は、ステーターと呼ばれる固定部分で、キャビティの周りの固定コイルで構成されています。キャビティに吊り下げられているのはローターで、これは円筒状のバー配置をキャッピングする一対のエンドリングです。これはしばしばリスケージと呼ばれます。これら2つのコンポーネントの電気的パラメータは、モーターの効率とトルクと速度の関係に関する情報を提供します。これは、アプリケーションに最適なモーターのサイズとタイプを決定するために不可欠です。このビデオでは、誘導電動機の動作の基本を紹介し、三相誘導電動機の等価回路モデルを決定する方法を示します。

三相AC誘導電動機は、各相が独自の固定子コイルのセットに接続されている三相電力を使用します。コイルは、供給された電力の各相に対して1つの磁場を生成するパターンに配置されています。結果として生じる正味の磁場は、固定子磁場と呼ばれ、一定の角速度で回転します。回転する磁束は、変圧器が一次コイルから二次コイルに電力を転送するのと同様に、ローターに電流を誘導します。かごのバーを通る電流は、誘導ローター磁場と呼ばれる独自の磁場を作り出します。これら2つの磁場間の相互作用は、回転子に力を発生させ、それが固定子の磁場に従う原因となります。まるで鉄の棒が周りの磁石を追うように。このバーのように、ローターが磁場に正確に従う場合、モーターは同期しています。ただし、誘導電動機では、回転子は固定子磁場に遅れをとっています。この遅れはスリップと呼ばれ、誘導モーターが非同期になります。したがって、誘導電動機は常に同期速度よりもゆっくりと回転します。トルクは、スリップが減少する、またはモーター速度が同期からブレークダウントルクと呼ばれる特定のポイントまで減少すると増加します。負荷が加わると、スリップが大きくなると回転速度が下がり、トルクが減少します。次の実験では、等価回路モデルを使用してモーターを記述するために、誘導モーターのさまざまな電気的パラメーターを測定する方法を示します。

次の各テストには、モーターのネームプレートに印刷されているローター定格の知識が必要です。定格電圧が 208 ボルト、60 ヘルツの場合、定格電力を馬力とワットの両方で記録します。また、定格電流をアンペアで記録し、定格速度を毎分回転数とラジアン/秒の両方で記録します。定格トルクは計算でき、定格出力を定格速度で割った値に等しくなります。ここでは、誘導モーターシャフトがDC発電機を駆動します。DC発電機の電気負荷は、発電機への機械的な電力に直接関係しています。そして、次に、誘導電動機の機械的負荷として機能します。まず、DC電源の電流制限を1.8アンペアに設定してから、オフにします。このDCテストでは、かご形誘導電動機には固定子端子のみがアクセス可能であるため、固定子巻線のみの抵抗を測定します。固定子端子AとBに電源出力を接続し、電源をオンにして出力電圧と電流を記録します。他の 2 相の組み合わせ B と C、および C と A についても、この手順を繰り返します。各位相の組み合わせについて、出力電圧を出力電流で割って抵抗を計算します。結果は、直列の 2 つの相の場合、位相ごとの抵抗 R1 はこの値の半分になります。固定子の巻線抵抗はモーターの電力定格によって異なり、このモーターでは6Ωです。

無負荷で誘導モーターをテストして、さらなる計算に必要な測定値を取得します。まず、DC発電機またはダイナモメーターのすべての端子を切断して、電力を発生せず、誘導モーターに機械的負荷がかからないようにします。三相電源をオフにして、装置を組み立てます。バリアックを0%出力に設定し、三相コンセントに接続します。三相電源をオンにし、各デジタル電力メーターが約208ボルトを示すまで、バリアック出力をすばやく増やします。両方のメーターからの電力、電圧、および電流の測定値を記録します。2つのデジタルパワーメーターで測定された電力の合計は、一緒に動作する3つのフェーズによって消費される電力です。このうち1/3は1相の電力です。モータートルクを記録し、無負荷トルクであるt-zeroを指定します。トルク測定装置が十分に校正されていない場合、t-ゼロは必ずしもゼロに等しくない可能性があります。次に、ストロボライトを使用して、同期速度の1,800RPMに近い無負荷時のモーターの回転速度を測定します。コースを調整し、シャフトが静止しているように見えるまで周波数ノブを見つけます。モーター速度は通常、ネームプレートの定格速度と同期速度の間にあります。ストロボ光の周波数をRPMから無負荷の角回転速度であるオメガゼロに変換します。バリアックを0%出力に戻し、三相電源をオフにします。装置の残りの部分はそのままにしておきます。

ロックローターテストは、モーターが固定されていて回転できない場合の電気的パラメータを測定します。この状態では、回転子と固定子の磁場の間の運動の最大の違いが発生します。このテストでは、無負荷テストの設定を使用し、DC発電機またはダイナモメーターのすべての端子を外します。三相電源をオフにし、バリアックを0%出力にした状態で、機械式クランプでDCモーター側のローターをロックします。ロックされたローターを除いて、装置は無負荷試験と同じです。三相電源と誘導モーターをオンにします。デジタルパワーメーターの定格電流までバリアック出力をゆっくりと増やします。両方のメーターからの電力、電圧、および電流を記録します。終了するには、バリアックを0%に戻し、三相電源をオフにします。

事実上、固定子巻線は変圧器の一次コイルと同じ機能を果たし、回転子は二次巻線と同等です。したがって、モーターは、変圧器と同様の等価回路を使用してモデル化できます。ただし、回路は理想的なトランス部分を削除するように簡略化されており、ロータ部品をステータの反射として参照しています。位相ごとの等価回路には、DCテストから計算された固定子巻線抵抗R1が含まれます。固定子は、リアクタンスX1と呼ばれる電流と電圧の変化にも反対を示します。回転子パラメータは、反射抵抗、R2プライム、回転子反射リアクタンス、X2プライムなど、固定子から反射されます。相互磁化リアクタンス、XMパラメータは、ローターとステーターの間のエアギャップ内の磁束と同等です。最後に、固定子と回転子の間で電力損失が発生し、コア損失等価抵抗RCとしてモデル化されます。これらの値はすべて、示されたテストから計算でき、テストプロトコルで詳しく説明されています。

AC誘導電動機は、そのシンプルさ、堅牢性、信頼性により、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。誘導電動機は、多くの場合、変化する機械的負荷の下での線形トルク速度に基づいて選択されます。負荷試験では、機械的負荷が変化すると、線形トルク速度特性がトレースされます。このテストでは、DC発電機またはダイナモメーターが誘導モーターに接続され、ローターに制御された負荷が供給されます。この装置は、300、200、または100オームの負荷抵抗R-Lで組み立てられています。電力、電圧、および電流の測定値は、接続されたメーターから記録されます。次に、負荷抵抗の有無にかかわらず、トルクの読み取り値と回転速度が測定されます。誘導モーターのトルク速度特性のプロットは、NEMAモーターの4つのクラスのこれらの曲線のようになります。電子顕微鏡は、サンプルを収容するために真空チャンバーを必要とし、小さな誘導モーターを備えた真空ポンプを使用します。チャンバー内の真空により、電子をサンプルに透過させ、サンプルからイメージング装置に電子を伝達することができます。最後に、旋盤やその他の機械工場の設備は、より強力な三相誘導モーターを使用する場合があります。誘導電動機は、そのシンプルさと機械的な整流の欠如により、故障の可能性を減らしながら頻繁な使用に耐えることができます。この頑丈さは、金属部品を製造する際の明らかな利点です。

JoveのAC誘導モーターの紹介を見ました。これで、動作の基本原理と、等価回路パラメータを決定するためのテストの実行方法を理解する必要があります。