かご形誘導電動機とは何か、そしてその動作原理とは？

電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械を電動機と呼びます。電動機は、設計がシンプルで使いやすく、低コスト、高効率、低メンテナンス、そして信頼性に優れています。三相誘導電動機は、他のタイプの電動機とは異なるタイプの電動機です。主な違いは、回転子巻線から電源への電気的な接続がないことです。回転子回路に必要な電流と電圧は、固定子巻線からの誘導によって供給されます。これが、誘導電動機と呼ばれる理由です。この記事では、三相誘導電動機の一種であるかご形誘導電動機について説明します。

かご形誘導電動機とは何ですか？

定義：かご形誘導電動機は、誘導電動機の一種です。運動を生み出すために、電磁力を利用します。出力軸は、かごのような形状をした回転子内部部品に接続されています。そのため、かご形と呼ばれています。円形の両端キャップは回転子バーで接続されています。これらは、固定子によって発生する起電力に基づいて動作します。この起電力は、積層金属板と巻線でできた外側のハウジングによっても発生します。あらゆる種類の誘導電動機の主要部品は、固定子と回転子の2つです。かご形誘導電動機は、電磁誘導効果を引き出すシンプルな方法です。4極かご形誘導電動機を以下に示します。

かご形誘導電動機の動作原理

リス型誘導電動機の動作原理は電磁気学に基づいています。固定子巻線に三相交流電流が供給されると、同期速度と呼ばれる回転速度を持つ回転磁界（RMF）が発生します。このRMFによって回転子バーに電圧が誘起され、電流が流れます。この回転子電流によって自己磁界が発生し、固定子磁界と相互作用します。原理によれば、回転子磁界は発生源に逆らうように動き始めます。RMFが回転子のモーメントを捉えると、回転子電流はゼロになります。すると、回転子とRMFの間に相対モーメントは発生しなくなります。

したがって、ローターにかかる接線力はゼロとなり、一時的に減少します。ローターのモーメントが減少した後、回転磁場とローター間の相対運動が再構築されることで、ローター電流が再び誘導されます。これにより、回転のためのローターの接線力が回復し、回転磁場に追従するようになります。この場合、ローターは一定速度を維持しますが、その速度は回転磁場の速度および同期速度よりも遅くなります。ここで、回転磁場とローターの速度の差は、スリップとして測定されます。ローターの最終周波数は、スリップと電源周波数を乗算することで得られます。

かご形誘導電動機の構造

かご形誘導電動機の製造に必要な部品は、固定子、回転子、ファン、ベアリングです。固定子は、機械的にも電気的にも120度離れた三相巻線と金属製のハウジングおよびコアで構成されています。交流電流によって発生する磁束に対して低抵抗の経路を確保するため、巻線は積層鉄心に取り付けられています。

ローターは、与えられた電気エネルギーを機械的な出力に変換します。ローターは、シャフト、コア、短絡された銅棒で構成されています。電力損失の原因となるヒステリシスや渦電流を回避するため、ローターは積層構造になっています。また、コギングを防ぐために導体は斜めに配置されており、これにより良好な変換比が得られます。

ローターの背面に取り付けられたファンは、熱交換によってモーターの温度を一定の範囲内に保つのに役立ちます。モーターには、スムーズな回転を実現するためにベアリングが使用されています。

かご形誘導電動機とスリップリング誘導電動機の違い。

利点

かご形誘導電動機の利点は以下のとおりです。

シンプルで頑丈な構造。

初期費用と維持費が低い。

一定速度を維持する。

過負荷耐性が高い。

シンプルな初期設定。

高い力率。

ローターの銅損が低い。

高効率。

デメリット

かご形誘導電動機の欠点としては、以下のような点が挙げられます。

モーター

高い始動電流

電源電圧の変動に非常に敏感

軽負荷時の力率が低い。

速度制御は非常に難しい

ローター抵抗が低いため、始動トルクが非常に低い。