可変周波数電源の普及により、モーターの始動問題は簡単に解決できるようになりましたが、通常の電源では、かご型回転子非同期モータは常に問題を抱えてきた。非同期モータの始動性能と運転性能を分析すると、始動トルクを増加させ、始動時の電流を低減するためには、ロータ抵抗を大きくする必要があることがわかる。一方、モータが運転しているときは、ロータの銅損を低減し、モータ効率を向上させるために、ロータ抵抗を小さくする必要がある。これは明らかに矛盾している。
巻線形回転子モータの場合、始動時に抵抗器を直列に接続し、運転時に取り外すことができるため、この要件は十分に満たされます。しかし、巻線形回転子非同期モータは構造が複雑で、コストが高く、メンテナンスが不便であるため、その用途はある程度制限されます。そのため、かご形回転子のスロット形状から着想を得るようになりました。非同期モーターそして、「表皮効果」を利用して、始動時の抵抗を大きくし、運転中の抵抗を小さくするという目的を達成しようとします。深溝型および二重かご形回転子モーターは、このような始動性能を備えています。今日は、深溝型回転子モーターについてお話ししましょう。
深溝非同期モーター
表皮効果を高めるため、深溝非同期モータのロータの溝形状は深く狭く、溝の深さと幅の比は10～12の範囲です。電流がロータバーを通過する際、バー底部と連鎖する漏洩磁束は、溝開口部と連鎖する漏洩磁束よりもはるかに大きくなります。したがって、バーを溝の高さに沿って並列に接続された多数の小さな導体とみなすと、溝底部に近い小さな導体ほど漏洩リアクタンスが大きく、溝開口部に近いほど漏洩リアクタンスは小さくなります。
始動時、回転子電流の周波数が高く、漏れリアクタンスが大きいため、各小導体における電流分布は漏れリアクタンスに依存します。漏れリアクタンスが大きいほど、漏れ電流は小さくなります。このようにして、エアギャップの主磁束によって誘起される同一の電位の作用下では、バー内のスロット底部付近の電流密度は非常に小さくなり、スロット開口部に近づくほど電流密度は大きくなります。
表皮効果により、電流の大部分が導体バーの上部に集中した後、スロット下部の導体バーの役割は非常に小さくなり、導体バーの高さと断面積が減少することに相当するため、回転子抵抗が増加し、始動時の大きな抵抗の要求を満たします。モータが始動し、モータが正常に運転されている間は、回転子電流の周波数が低いため、回転子巻線の漏れリアクタンスは回転子抵抗よりもはるかに小さくなり、前述の小さな導体における電流の分布は主に抵抗によって決定されます。
各小導体の抵抗は等しいため、導体バー内の電流は均等に分布し、表皮効果はほぼ消失し、回転子導体バーの抵抗は再び小さくなり、直流抵抗に近づきます。このように、回転子抵抗の正常動作は自動的に低下し、銅損の低減と効率向上という効果が得られます。
スキンエフェクトとは何ですか？
表皮効果は、交流電流が導体を通過する際に、導体の表面に集中する現象です。この現象を表皮効果と呼びます。高周波の電子が導体内を流れる場合、電流や電圧は導体全体の断面積に均等に分布するのではなく、導体の表面に集まります。
表皮効果は回転子抵抗だけでなく、回転子漏れリアクタンスにも影響を及ぼします。スロット漏れ磁束の経路から、細い導体を流れる電流は、細い導体からスロットへの漏れ磁束のみを発生させ、細い導体からスロット底部への漏れ磁束は発生しないことがわかります。これは、スロット底部が電流とリンクしていないためです。このように、同じ電流の場合、スロット底部に近いほど発生する漏れ磁束は多く、スロットに近いほど発生する漏れ磁束は少なくなります。表皮効果によって導体内の電流がスロットに押し込まれると、同じ電流によって発生するスロット漏れ磁束が減少するため、スロット漏れリアクタンスも減少することがわかります。したがって、表皮効果は回転子抵抗を増加させ、回転子漏れリアクタンスを減少させます。
表皮効果の強さは、回転子電流の周波数とスロットサイズに依存します。周波数が高く、スロットが深いほど、表皮効果は顕著になります。同じ回転子でも、周波数が異なれば表皮効果も異なり、回転子パラメータも異なります。そのため、通常運転時と始動時の回転子抵抗と漏れリアクタンスは厳密に区別し、混同しないようにする必要があります。同じ周波数では、深溝回転子の表皮効果は非常に強いですが、表皮効果は通常の構造のかご形回転子にもある程度影響を与えます。したがって、通常の構造のかご形回転子であっても、始動時と運転時の回転子パラメータは個別に計算する必要があります。
深溝ローターの漏れリアクタンス非同期モーターローターの溝が深い形状のため、表皮効果によって漏れリアクタンスは低減されますが、低減後もローターの漏れリアクタンスは通常のかご形ローターよりも大きくなります。そのため、深溝モーターの力率と最大トルクは通常のかご形モーターよりも若干低くなります。
投稿日時：2024年7月5日