【電気電子工学】三相誘導電動機-原理編

電気電子工学

電動誘導電動機の原理

YouTubeにアップされていた原理解説動画

youtubeとかでわかりやく解説してある動画を見つけました。誘導電動機がどうような仕組みで動いているのかを3Dモデルを使って解説されているので、脳内に原理のイメージが湧くと思います。

 

誘導電動機の仕組みとは?

 

 

誘導電動機の原理

誘導電動機(ゆうどうでんどうき、Induction Motor、IM)は、交流電動機の代表例である。 固定子の作る回転磁界により、電気伝導体の回転子に誘導電流が発生し滑りに対応した回転トルクが発生する。

引用:「誘導電動機」

https://ja.wikipedia.org/wiki/誘導電動機

理解を深めるために以下の図を使って解説していきます。

固定子コイルによって、NからSに向かって磁界が発生しています。そういう図ってことをまず理解してください。(図が雑ですいません)

電磁誘導とは

電磁誘導(でんじゆうどう、英語: electromagnetic induction[1])とは、磁束が変動する環境下に存在する導体に電位差(電圧)が生じる現象である。また、このとき発生した電流を誘導電流という。

引用:「電磁誘導」

https://ja.wikipedia.org/wiki/電磁誘導

コイルに電流が流れると磁界が発生します。これを電磁誘導と言います。

右ねじの法則を使うと磁界が上向きにかかっていることがわかります。つまり交流電流を流すと、時間によって磁界の向きが変化することも想像できると思います。この原理を利用して、誘導電動機が成り立っているのです。では先ほどのモデルに導体にそれぞれ異なる向きで電流を流したときにかかる力についてみてみましょう。

フレミング左手の法則により、ローレンツ力が反時計周り方向に働き、中の回転子が回転するという仕組みです。またさらに回転を加えるためには、固定子コイルによって発生する磁界の向きをタイミングよく反転させることで回転速度をコントロールできます。

三相誘導電動機の原理

簡易モデルを用いて解説

では本題の三相誘導電動機の原理を解説していきます。まず三相誘導電動機のモデルを以下のように簡略化して表すことにします。

↑の色のついた丸はそれぞれ位相の異なる電流が流れる導線をを表しています。この導線に以下の位相が120°ずれた三相交流電流を流すことで、それぞれの導線にて流れる電流の向きを変化させます。

 

 

このとき、導体に電流が流れるので以下のような磁界が発生します。

それぞれの導線の磁界を合成すると以下のようになります。

時間ごとに各導線に流れる電流の向きが変わるので、合成磁界が回転します。この原理が三相誘導電動機に置いて非常に重要なポイントとなります。ここで回転子をローレンツ力によって回転させるために、回転磁界の中に以下のようなモデルの回転子を組み込みます。

このような回転子が組み込まれています。よって磁界が回転することによってローレンツ力が回転方向にかかって、モーター(回転子)が回転するという原理になっています。

 

参考文献:「三相誘導電動機(三相モーター)とは?」

三相誘導電動機(三相モーター)とは?
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