正弦波(サインカーブ)と誘導電動機の回転磁界の関係

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正弦波(正弦曲線)

正弦波(サインカーブ)
3相から1相を取り出したバージョン。上記は電流で考えてほしい。

上記のカーブはいわゆる正弦波と呼ばれサインカーブとも呼ばれる。交流の電流でも電圧でもこの形をしている。

サインカーブについて詳しくは別途紹介するが、式で表すとy=sinθになるからサインカーブと呼ばれる。0度から360度で1周期となっており、これが1Hzになる。東日本の電源周波数は50Hzなので1秒間にこの正弦波(正弦曲線)を50回繰り返す。

回転磁界との関係

誘導機では固定子による回転磁界が発生する。

この回転磁界は固定子コイルに電源を供給することで磁界が発生する。正確には電流を流すと磁界が発生。

上記の正弦曲線は三相交流のうち分かりやすく一相分を取り出したものだが、固定子コイルに交流電流を流すと磁界が発生する。三相交流の場合120度ずつ電気角がずれている為、電流は時間と共に正転・反転を繰り返し、磁界も同様に正転・反転を繰り返す。これにより交流電流は三相合わせた合成電流(合成磁界)となり、時間と共に方向が変わり、結果として固定子は動いていないものの合成磁界が回転しているように見え、回転磁界が発生している。

コイルに流れた電流はその各々の時間に伴った向きで流れ、右ねじの法則に伴い合成磁界となり方向が決定される。この合成磁界が瞬く間に変化し回転磁界(すなわち同期速度)となる。

時間の経過と共に固定子に流れる電流の位相が変化し、コイルに流れる電流の方向が変わる。

このようにして三相電源の供給によって電流及び磁界の方向が時間によって変化するが、この合成磁界の方向が変わる為磁界が回転しているように見え、回転磁界は同期速度と呼ばれて数式で次のように表される。

Ns=120f÷p rpm/min 一分間に回転する速度

fは周波数(Hz)・pは極数

この回転磁界速度(同期速度)を秒速に直すと単純に60で割れば良いので、

Ns=2f÷p rpm/s 一秒間に回転する速度

通常使用される事が多いのは一分間の回転数である。(電動機の銘版も一分間の回転数が記載されている)

磁極

ところで磁極には2極や4極、8極なんて電動機もあるが、磁極とは何か。

固定子コイルに電流を流す事によって磁界が発生し回転磁界が生まれるが、磁界(磁石)には当然N極とS極がある。これらを磁極と呼ぶ。

2極の電動機では、一相分のコイルの入口と出口×三相分であり、回転磁界が一回転するには単純に三相交流の一周期分となる。つまり、電源周波数が50Hzならば一周期1Hzあたり磁界は1回転する。周波数は一秒間に50Hzなので磁界も一秒間あたり50回転する。(ただし2極の場合

磁極であるN極とS極は必ず組になるため、磁極数は必ず偶数となる。

なので最小でもN極(1極)とS極(1極)合わせて2極となる。

それでは4極ではどうか。

4極ということはN極S極のセットが2つあるということである。

2極の場合他の相とは120度ずれているが、4極の場合さらに半分となり60度ずつコイルがずれるように配置されている。

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