今度は下図に示すような電磁石を用意しますかなり変な格好をしていますのでヨ ~ ク見て下さい取り敢えず直流電源を繋いで見ました緑矢印は磁力線の流れを示し赤い矢印は電流の流れを示します図 2 下記に馬蹄形磁石の磁力線の流れを示します同じ図 3 この様に空間を ( 一定の ) 磁

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あまめこのえ
5 years ago
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1 回転磁界の話皆様こんにちは普段お世話になっている誘導電動機ですが今回はこの仕組みの話 ( の一部 ) です誘導電動機の中では回転磁界が出来ていますがこれがどうして出来るのかが参考書を読んでも良く解りません小生のアタマが悪いのだ思いますが参考書に書いてある説明では無く別の考え方をすると理解することが出来ます回転磁界の原理が解ったところで仕事に役に立つとは思えませんがまぁ知らないより知っていた方が良い程度で御読み下さい又下記解説の中には胡散臭い部分が沢山有ります騙されないように注意深くお読み下さい平成鹿年骨月吉日貧電工附属サイタマドズニーランド大学学長鹿の骨記早速ですが下図を見て下さいこれが回転磁界の原理図 ( 概念図 ) です図 1 馬蹄形磁石回転ハンドル赤い色と青い色が N 極と S 極を示しますこのままでは当然の話として何の役にも立ちません馬蹄形磁石を手で回していたら電動機にはなりませんこの馬蹄形磁石の代わりのものを電気的に作りますつまり回転磁界をどうやって作るかと言う話へ続きます次ページへ続く -1-

2 今度は下図に示すような電磁石を用意しますかなり変な格好をしていますのでヨ ~ ク見て下さい取り敢えず直流電源を繋いで見ました緑矢印は磁力線の流れを示し赤い矢印は電流の流れを示します図 2 下記に馬蹄形磁石の磁力線の流れを示します同じ図 3 この様に空間を ( 一定の ) 磁力線が流れている事に両者の差は有りません従って上記の電磁石を手で回せば最初の馬蹄形磁石を回したことと同じ事になりますでも手で回したのでは意味がありませんのでこの位にして次に進みます -2-

3 今度はこの電磁石に交流電圧を加えて見ましょう電磁石の強さは流れる電流に比例します ( 厳密にはこうはなりませんが細かいことは無視 ) 交流電源ですから流れる電流の大きさ及び方向は変化しますこの変化に応じた磁力線の様子を見ましょう左のグラフはこの回路に流れる電流の変化を示したものですこの様に電流が変化する場合右の電磁石の磁力線はどの様に変化するかを見ます図 4 電流時間電流が A 点にある場合の磁力線の状態です電流値が 0 ですから磁力線も 0 になります図 5 A 点電流が B 点にある場合の磁力線の状態です電流値が最大値の半分の点です電流値が半分ですから磁力線の強さも半分になります図 6 B 点 -3-

4 電流が C 点にある場合の磁力線の状態です電流値が最大値になる点です電流値が最大値ですから磁力線の強さも最大になります図 7 C 点電流が D 点にある場合の磁力線の状態です電流値が最大値を通過して半分になる点です電流値が最大値の半分ですから磁力線の強さも半分になります図 8 D 点電流が E 点にある場合の磁力線の状態です電流値が 0 ですから磁力線も 0 になります図 9 E 点 -4-

5 電流が F 点にある場合の磁力線の状態です電流方向が A~E と異なり反対方向になります従って磁力線の向きも反対になります電流値の大きさは反対向きの最大値の半分ですから磁力線の強さも反対向きの半分になります図 10 F 点電流が G 点にある場合の磁力線の状態です電流値が反対方向の最大値になる点です電流値が反対方向の最大値ですから磁力線の強さも反対方向の最大になります図 11 G 点電流が H 点にある場合の磁力線の状態です電流値の大きさは反対向きの最大値の半分ですから磁力線の強さも反対向きの半分になります図 12 H 点 -5-

6 電流が I 点にある場合の磁力線の状態です A 点と同じです磁力線は 0 になります図 13 I 点図 14 C 点 B 点 A 点 D 点 E 点 F 点 I 点 H 点これらの事を一覧にすると下図になりますこの流れを見ていると解るのですが真ん中の空間に流れる磁力線が電流の流れに従って強くなったり弱くなったり向きが反転したりします G 点 A 点 B 点 C 点 F 点 E 点 D 点 G 点 H 点 I 点 (A 点と同じ ) -6-

7 今度は下図に示すように電磁石を 3 組用意します図 15 次に青の電磁石を時計回りに 120 度緑の電磁石を時計回りに 240 度回します下図のようになります図 16 時計の 12 時の位置 4 時の位置 8 時の位置これを一つの電磁石としてまとめます下図のようになります図がゴチャゴチャしていますがヨーク見て下さい図 17-7-

8 この回路に三相電源を加えます各相の電流は下図のようになります各相を R 相 S 相 T 相とします図 18 R 相 S 相 T 相 120 度 120 度 120 度この 3 つの回路の場合は時刻に応じて磁力線の大きさ及び向きを検証します各相の磁力線は下記で表します R 相 : 最大値その半分 S 相 : 最大値その半分 T 相 : 最大値その半分時刻 t 1 から t 7 は下記のタイミングで取ります図 19 R 相 S 相 T 相 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7-8-

9 時刻 t 1 のタイミングから検証を始めますグラフの値をよく見ると解りますが RST 各相の電流は次のようになっています R 相 : 順方向の最大値 S 相 : 逆方向の最大値の半分の値 T 相 : 逆方向の最大値の半分の値図 20 R 相 S 相 T 相 t 1 従って磁力線の分布は下記のようになります磁石の内部は省略しました空間の部分に注目して下さい図 21 この部分に注目することとは言うもののナンジャコリャ? -9-

10 と言うことで磁力線のベクトル和の話です詳しいことは良く解らないのですが磁力線も電流と同様にベクトルとして解析できます図 22 上記の図のようにベクトルを直行する 2 つのベクトルに分ける事が出来ますこの原理を利用して前ページの空間の磁力線を解析します下図に空間部分のみを記載します図 23 R 相による磁力線 S 相による磁力線 T 相による磁力線此処までは当たり前の話です S 相及び T 相の磁力線に注目します S 相による磁力線図度 60 度 T 相による磁力線これを上下で足すと ( -10-

11 前ページの図をもう一度記載すると図 25 この磁力線はお互いに打ち消し合ってゼロになるこの磁力線は足し算になる R 相に依る磁力線の半分の磁力線になる図 26 はの半分の大きさはの半分の大きさはの 2 倍の大きさはの半分の大きさ従って図 27 と書くの 1.5 倍であると言うことで時刻 t 1 の空間内の磁力線はとなる 6 時の方向この磁力線の強さは R 相単独で出来る磁力線の 1.5 倍になっています -11-

12 今度は t 2 のタイミングです R 相 S 相 T 相図 28 t 2 同様に RST 各相の電流は次のようになっています R 相 : 順方向の最大値の半分の値 S 相 : 順方向の最大値の半分の値 T 相 : 逆方向の最大値従って空間内の磁力線の分布は下図のようになります図 29 8 時の方向同様に t 3 ~t 7 までの結果を示すと下図のようになります R 相 S 相 T 相図 30 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 10 時の方向 12 時の方向 2 時の方向 4 時の方向 6 時の方向 -12-

13 もう一度整理して時刻 t 1 ~t 7 までの結果を示すと下図のようになります図 31 t 1 及び t 7 t 2 t 3 t 6 t 5 t 4 これが回転磁界の原理ですつまり馬蹄形磁石に軸を付けてグルグル回すのと全く同じ結果を三相交流の電流とコイルで作り出すことが出来ます此処まで解ったところで別の事を考えます三相電源で回転磁界が出来ることは解った他に方法は無いのか? を考えます回答はある!! になります二相交流という電源を使用すると回転磁界を作る事が出来ます二相交流は普段はお目にかかりませんどんなものかというと一言で言えば 90 度位相の単相 2 です下図参照図 32 L1 相 L2 相 90 度この電源を使って回転磁界が出来るかどうか検証しましょう -13-

14 下図の様に界磁巻線を巻いたものを用意しますこれに二相電源を繋ぎます図 33 V -90 (L2 相 ) V 0 (L1 相 ) この巻繊に下記のような電流を流した場合果たして回転磁界は出来るのでしょうか? 下記のようなタイミングで検証します図 34 L1 相 L2 相 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t1 のタイミングでは下図の様になります図 35 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線ゼロ L1 相電流のみの磁力線の強さと同じものになります -14-

15 t2 のタイミングです図 36 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線 6 時の方向で大きさが 1/ 2 9 時の方向で大きさが 1/ 2 7 時 30 分の方向で大きさは 1 倍 t3 のタイミングです図 37 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線ゼロゼロ t4 のタイミングです図 38 L1 相による磁力線 9 時の方向で大きさは 1 倍 L2 相による磁力線 9 時の方向で大きさは 1 倍 12 時の方向で大きさが 1/ 2 t5 のタイミングです 9 時の方向で大きさが 1/ 2 10 時 30 分の方向で大きさは 1 倍図 39 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線ゼロ 12 時の方向で大きさは 1 倍ゼロ 12 時の方向で大きさは 1 倍 -15-

16 t6 のタイミングです図 40 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線 12 時の方向で大きさが 1/ 2 3 時の方向で大きさが 1/ 2 1 時 30 分の方向で大きさは 1 倍 t7 のタイミングです図 41 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線ゼロゼロ t8 のタイミングです図 42 L1 相による磁力線 3 時の方向で大きさは 1 倍 L2 相による磁力線 3 時の方向で大きさは 1 倍 6 時の方向で大きさが 1/ 2 t9 のタイミングです 3 時の方向で大きさが 1/ 2 4 時 30 分の方向で大きさは 1 倍図 44 L1 相による磁力線 L2 相による磁力線ゼロ 6 時の方向で大きさは 1 倍ゼロ 6 時の方向で大きさは 1 倍 -16-

17 全部のタイミングを並べると下図になります図 45 t1 及び t9 t2 t3 t4 t8 t7 t6 t5 この様に立派に回転磁界が出来ることが解りますこの二相交流に依る回転磁界ですが人類初の誘導電動機を発明したテスラーさんの誘導電動機はこの二相交流を電源としたものでしたこの方法は皆さんご承知の通り現在では主流になっていませんさすがに天才テスラーさんでも三相交流で回転磁界が出来ることが解らなかった様です意外な事実ですが回転磁界を作る方法は二相交流による方法が先に出来て後から改良型として三相交流に依るものが出来ましたではこの二相交流に依る回転磁界は全く用いられないかというとそうではありません単相電動機で回転磁界を得る方法として用いられています単相電源は文字通り単相 1 ですから二相ではありませんそこで下図のようにコンデンサを設置して擬似的に二相を得ています赤巻線に流れる電流はコンデンサの作用で青巻線に流れる電流より進みますこの場合正確に 90 度位相になっている必要は無く位相がずれていれば良い様です但しトルクの乱れが生じるので出来るだけ 90 度位相に近いものにします図 46 V 0 (L1 相 ) -17-

18 これで話は終わりではありませんまだあるよ電動機を分解してみると解るのですが実際の巻線はこれまで説明してきた様な巻き方をしていません全然違う巻き方です実機の巻線の概念図を示しますこれまで説明して来た巻き方集中巻きと言う実際の巻き方に近い巻き方分布巻きと言う概念図 R 相の部分のみを記載しました分布巻きは全節巻と短節巻に分かれます一般的には短節巻を用いますこれらに関する説明は日と場所を改めます一度に書くと読む方も大変ですし書く方はもっと大変です本日の講義はこれでおしまい - オマケ -

スターデルタ起動の話追補版皆様こんにちは今回は誘導電動機のスターデルタ起動の話です以前に誘導電動機の始動法でスターデルタ始動をご紹介しましたが実務と合わない部分が出てきましたので少し説明を加筆します平成鹿年の月骨日貧電工附属サイタマドズニーランド大学 (SDU) 学長鹿の骨記早速で

スターデルタ起動の話追補版皆様こんにちは今回は誘導電動機のスターデルタ起動の話です以前に誘導電動機の始動法でスターデルタ始動をご紹介しましたが実務と合わない部分が出てきましたので少し説明を加筆します平成鹿年の月骨日貧電工附属サイタマドズニーランド大学 (SDU) 学長鹿の骨記早速でスターデルタ起動の話追補版皆様こんにちは今回は誘導電動機のスターデルタ起動の話です以前に誘導電動機の始動法でスターデルタ始動をご紹介しましたが実務と合わない部分が出てきましたので少し説明を加筆します平成鹿年の月骨日貧電工附属サイタマドズニーランド大学 (D) 学長鹿の骨記早速ですが下図を見て下さい図を二つ用意しました図 1 主 MC MC 誘導電動機 MC 動力制御盤配線は