エネルギー効率の高い 3- 相誘導モーター

三相誘導モーターとは何ですか?

三相誘導モーターは、産業分野で広く使用されている、効率的で信頼性が高く耐久性のある電気モーターです。このモーターは、三相交流によって回転磁界を発生させ、ローターを回転させて電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。その主な特徴は、始動トルクが高く、メンテナンス要件が低く、寿命が長いことであり、ポンプ、ファン、コンプレッサー、コンベアシステムなどのさまざまな産業用途に適しています。三相誘導モーターは構造がシンプルで、通常はステーター、ローター、ハウジングで構成されています。過酷な環境でも安定して動作し、機器の故障やダウンタイムを削減できます。効率が高いため、省エネや排出ガス削減にも優れており、現代の産業機器に欠かせない重要な製品です。

三相誘導電動機の構造

三相誘導モーターは、そのシンプルで強固な構造から産業用途で広く使用されています。主にステータとロータの2つの部分で構成されています。

1. ステーター
ステータはモーターの固定部分であり、主に次の 3 つの部分で構成されます。
ステータフレーム: これはモーターの外部構造で、ステータコアとステータ巻線を支え、保護します。フレームの外側には通常、熱を放散して冷却するためのヒートシンクが設けられています。モーターのサイズと用途に応じて、ステータフレームは鋳鋼、機械加工鋼、アルミニウム/アルミニウム合金、ステンレス鋼などの材料で作られます。
ステータコア：積層されたシリコン鋼板で構成され、磁束を伝導し、モーターの効率を向上させるために使用されます。
ステータ巻線：ステータコアのスロットに埋め込まれ、三相交流電流を通じて回転磁界を発生させ、ローターの回転を駆動します。
2. ローター
ローターはモーターの回転部分であり、ステーターの内側に設置され、ベアリングによって支持されて滑らかな回転を実現します。ローターの構造は、一般的にケージローターと巻線ローターの2種類に分けられます。
ケージローター：両端の導体バーと短絡リングで構成され、ケージのような形状をしており、構造がシンプルで、ほとんどの産業用途に適しています。
巻線型ロータ：巻線はスリップリングとブラシを介して外部回路に接続され、始動抵抗を調整できます。より高い始動トルクが必要な場合に使用されます。

ステーターフレームの役割
ステータフレームは、ステータコアとステータ巻線をサポートするだけでなく、次の機能も備えています。
モーターの安定性と耐久性を確保するために機械的強度を提供します。
ヒートシンクは、モーターの過熱を防ぐために、放熱と冷却を目的として設計されています。
さまざまな材料（鋳鋼、アルミニウム合金など）を選択することで、さまざまな作業環境やニーズに適応できます。

このシンプルで頑丈な構造設計により、三相誘導モーターは産業用途で優れた性能を発揮します。始動トルクが高く、メンテナンス要件が低く、寿命が長いという利点があり、さまざまな機械設備に欠かせない電源です。
 

三相誘導モーターの種類
三相モータは、回転子巻線（電機子巻線）に基づいて主に2つのタイプに分類されます。リスケージ型そしてスリップリング型（巻線型ローターモーター）。
1.かご形誘導電動機回転子の形状がリスのかごに似ていることから名付けられた誘導モーターは、広く使用されているタイプの誘導モーターです。
このモーターのローター構造はシンプルで強固であり、誘導モーターの約 80% がこのタイプです。ローターは、コアの外周に傾斜したスロットを備えた円筒形の積層コアで構成されています。この設計により、ステーターとローターの歯の間の磁気ロックを効果的に防止し、モーターのスムーズな動作を確保し、ノイズを低減できます。さらに、この設計により、ローター導体の長さが長くなり、ローター抵抗が増加します。
従来のローター巻線とは異なり、かご型ローターはアルミニウム、真鍮、銅製のローターバーで構成されています。ローターバーの両端はエンドリングによって永久的に短絡されており、完全な閉ループを形成し、必要な機械的サポートを提供します。ローターバーが短絡されているため、ローター回路に外部抵抗を追加することはできません。
かご形誘導モーターはスリップリングやブラシが使用されていないため、構造がよりシンプルで強固であり、産業界で広く使用されています。

2.スリップリング誘導モーター巻線型ローター モーターとも呼ばれるこのモーターは、独自のローター設計を備えています。ローターは円筒形の積層コアで構成され、コアの周囲にはスロットがあり、その中にローター巻線が配置されています。
このタイプのローターでは、巻線の極数がステーター巻線の極数と一致し、スター構成またはデルタ構成で接続できます。ローター巻線の端はスリップ リングを介して外部回路に接続されており、これがスリップ リング誘導モーターの名の由来です。
この設計により、スリップ リングとブラシを介して外部抵抗をローター回路に接続できるため、モーター速度を正確に制御し、3 相誘導モーターの始動トルクを高めることができます。この柔軟性により、スリップ リング誘導モーターは始動性能と動作特性の調整が必要なアプリケーションで特に役立ちます。

外部抵抗器を備えたスリップリング 3 相誘導モーターの電気図。

三相誘導モータの動作原理

3相電源がステータ巻線に接続されると、ステータ巻線は回転磁界（RMF）を生成し、その速度は同期速度（Ns）と呼ばれます。回転磁界を確実に生成するために、ステータ巻線は通常、120度（電気角）で互いに重なり合っています。
ファラデーの電磁誘導の法則によれば、回転磁界の変化率 (dΦ/dt) により、ローター回路に起電力が発生します。この起電力により、ローター巻線に電流が発生します。ローター回路は閉路であるため、この誘導起電力によりローター回路に電流が流れます。
電流を流す導体は磁場を生成するため、ローターの電流は新たな磁場を生成します。ステーターの磁場とローターの磁場の間には相対的な動きがあるため、ローターはこの相対的な動きを減らすために回転を始めます。つまり、ローターはステーターの回転磁場を「キャッチ」しようとして回転を始めます。
回転方向はレンツの法則によって決まり、モーターの回転子の方向は固定子によって発生する回転磁界の方向と一致します。回転子の電流は誘導によって発生するため、このモーターは誘導モーターと呼ばれます。
ただし、ローターの実際の速度は常に同期速度よりもわずかに低くなります。ローターはステーターの回転磁界に追いつこうとしますが、完全に「キャッチ」することはできないため、その速度は常に同期速度よりも低くなります。同期速度は、電源周波数とモーターの極数によって異なります。速度と同期速度の差はスリップと呼ばれます。

 

3-Φ誘導モーターの利点

シンプルで強力な構造: モーターはシンプルなデザイン、堅牢な構造、強力な耐久性を備えています。
シンプルな動作原理: モーターの動作原理は理解しやすく、操作も簡単です。
さまざまな環境に幅広く適応可能：さまざまな環境条件下で安定して動作します。
高効率: モーターは効率が高く、電気エネルギーを機械エネルギーに効果的に変換できます。
メンテナンスの手間が少ない: 他のタイプのモーターと比較して、誘導モーターはメンテナンスの手間が少なく済みます。
単励磁設計: 単励磁モーターであるため、誘導モーターは 1 つの電源のみを必要とし、同期モーターのように励磁用の外部 DC 電源を必要としません。
自己始動機能: モーターには自己始動機能があり、追加の始動補助装置なしで正常に始動して動作できます。
低コスト: モーターの製造コストと購入コストは比較的低いです。
長寿命: モーターは長寿命で耐久性に優れています。
小さい電機子反作用：モーターの電機子反作用が小さいため、安定した動作に役立ちます。

 

三相誘導モータの用途

誘導モーターは主に産業用途、特にモーター速度制御を必要としない用途で使用されます。

かご形誘導モータの用途
かご形誘導モーターは、複雑な速度制御を必要としない次のようなさまざまな用途に適しています。
ポンプと水中ポンプ: 液体の供給と抽出に使用します。
プレス機：材料をプレスして成形するためのもの。
旋盤: 金属やその他の材料を切断および加工するためのもの。
研削盤：ワークピースの研削および仕上げに使用します。
コンベアベルト: 材料の伝送と取り扱いに使用します。
製粉機：小麦粉を挽いて加工します。
コンプレッサー: ガスの圧縮と供給に使用します。
その他低電力機械：各種低電力機械・装置用。

スリップリングモーターの用途
スリップ リング モーターは、主に次のような高い始動トルクを必要とする高負荷アプリケーションで使用されます。
製鉄所：鉄鋼の加工と生産を行う。
クレーン: 重い物を持ち上げたり移動したりするためのもの。
吊り上げ装置: 材料を吊り上げ、輸送するためのもの。
スピンドル: 高トルクのスピンドルドライブを備えたマシン用。
その他の重機: 重機工場や高い始動トルクを必要とするその他の用途向け。

省エネ三相誘導モータパラメータ

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