電気モーターのエネルギー変換原理

電気モーターのエネルギー変換原理は、電磁誘導と電磁力の法則 (アンペールの法則) に基づいて、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する中心的なメカニズムを指します。

具体的には、モーターはステーターとローター間の電磁相互作用を通じてエネルギー変換を実現します。通電後にステーター巻線が磁界を生成し、この磁界がローター導体の電流と相互作用して電磁力 (ローレンツ力) を生成し、それによってローターを回転駆動するトルクを形成し、最終的に入力電気エネルギーを機械的運動エネルギーに変換します。

 

電気モーターにおけるエネルギー変換の基本原理

電磁誘導と電磁力: モーターの導体 (固定子巻線など) に電流が流れると、その周囲に磁界が発生します。磁場はローター内の電流と相互作用し、アンペールの力の法則に従って、導体はローターを回転させる力を受けます。

エネルギー変換経路：モーターに電気エネルギーが入力された後、電磁誘導と電磁力によりローターの回転運動（機械エネルギー）に変換され、外部負荷を駆動します。

主な構造: モーターは主にステーター (固定部分、磁界を生成) とローター (回転部分、電流を流す) で構成されます。一部のモーターには、一方向のトルクを維持するために整流子 (DC モーター) または周波数変換器 (AC モーター) が含まれています。

 

モーターの分類と動作特性

電気モーターは、その動力源に応じて DC モーターと AC モーターに分類できます。その中でも、AC モーターは、同期モーターや非同期モーター (非同期モーターのローター速度はステーターの磁界速度と同期していません) を含む電力システムでより広く使用されています。

6. AC モーターの回転磁界は、120 度の空間差を持つ固定子巻線を通過する三相平衡電流によって生成されます。

このうち、(omega=2 \\ pi f) は角周波数、(f) は電力周波数、(p) は極の対数、同期速度 (n0=60f/p)

7.非同期モーターの回転子速度 (n=(1- s) n0) は常に同期速度より遅れており、その「非同期」特性により自然なソフトスタート機能が得られます。

 

歴史的背景と応用

電気モーターの動作原理は、1820 年にオースターによって発見された電流磁気効果に由来し、その後ファラデーが 1821 年に最初の電気モーター装置を発明しました。

6. 最新のモーターは産業、輸送、家庭用電化製品で広く使用されており、そのエネルギー変換効率は種類、設計、使用条件によって異なります。たとえば、通常、AC モーターは DC モーターより効率的です。

1. 材料科学と制御技術の発展により、モーターはより高い出力密度とインテリジェンスを目指して進化しています

電気モーターは、磁場中で帯電した導体に作用する力の原理を利用します (これは電流の磁気効果とは異なり、現在の人民教育出版の 9 年生の物理学ではこの 2 つが明確に区別されています)。この原理の発見は、1777 年 8 月 14 日にランロン島ルジョビンの薬剤師の家庭に生まれたデンマークの物理学者オスターによって行われました。 1794年にコペンハーゲン大学に入学し、1799年に博士号を取得しました。1801年から1803年にかけてドイツやフランスなどを訪問し、多くの物理学者や化学者と会いました。 1806年からコペンハーゲン大学で物理学の教授を務め、1815年からはデンマーク王立協会の事務局長となった。 1820 年、電流磁気効果の優れた発見により、英国王立協会からコプリー賞を受賞しました。

1829 年以来、コペンハーゲン工科大学の学部長を務めています。彼は 1851 年 3 月 9 日にコペンハーゲンで亡くなりました。彼は物理学、化学、哲学において広範な研究を行ってきました。カント哲学とシェリングの自然哲学の影響により、私は自然力は相互に変換できると固く信じており、電気と磁気の関係を長年研究してきました。 1820年4月、ついに電流が磁針に及ぼす影響、つまり電流の磁気効果が発見されました。同年7月21日、彼は「磁気針に対する電気的衝突の影響に関する実験」というタイトルで研究結果を発表した。この短い論文はヨーロッパの物理学界に大きな衝撃を与え、多数の実験結果の出現につながり、物理学の新しい分野 - 電磁気学を切り開いた。

構造分類

1、三相非同期モーターの構造は、ステーター、ローター、その他の付属品で構成されています。-

(1) ステータ（固定部）

1. 固定子鉄心

機能: モーターの磁気回路の一部として、固定子巻線が配置されます。

構造：ステータコアは一般に珪素鋼板を打ち抜き、表面に厚さ0.35～0.5ミリメートルの絶縁層を積層して作られます。固定子巻線を埋め込むために、コアの内円に均等に配置されたスロットが開けられています。

ステータ コア スロットのタイプにはいくつかのタイプがあります。

半閉スロット：モータの効率や力率は高いが、巻線の埋め込みや絶縁が難しい。通常、小型の低電圧モーターで使用されます。-

ハーフ オープン スロット: 成形巻線を埋め込むことができ、通常、大型および中型の低電圧モーターに使用されます。{0}{1}いわゆる成形巻線とは、スロットに配置する前に絶縁できる巻線を指します。

オープン スロット: 便利な絶縁方法で成形巻線を埋め込むために使用され、主に高電圧モーターで使用されます。-

 

2. 固定子巻線

機能: 電動モーターの回路部分であり、三相交流電力が供給されて回転磁界を生成します。-

構造: 電気角 120 度の空間に対称に配置された 3 つの同一の巻線で構成され、これらの巻線の各コイルは固定子の各スロットに特定のパターンで埋め込まれています。

固定子巻線の絶縁には主に次の 3 つの項目があります。(巻線の導電部分と鉄心間の確実な絶縁の確保、および巻線自体間の確実な絶縁の確保)。

⑴ 対地絶縁：固定子巻線全体と固定子鉄心間の絶縁。

⑵ 相間絶縁：各相の固定子巻線間の絶縁。

⑶ 巻間絶縁：各相の各固定子巻線の巻線間を絶縁します。

モータージャンクションボックス内の配線:

モーター接続箱の内部には端子台があり、三相巻線の 6 本のワイヤ端は 2 列に配置されており、上段の 3 つの端子ポストには左から右に 1 (U1)、2 (V1)、3 (W1) の番号が付けられ、下段の 3 つの端子ポストには左から右に 6 (W2)、4 (U2)、および 5 (V2) の番号が付けられます。三相巻線をスターまたはデルタ結線で-接続します。すべての製造とメンテナンスは、このシリアル番号に従って手配する必要があります。

 

3.マシンベース

機能: ステーターコアと前後のエンドキャップを固定してローターをサポートし、保護、放熱などの機能を提供します。

構造: ベースは通常鋳鉄で作られています。大型の非同期モーターのベースは一般に鋼板で溶接されていますが、マイクロモーターのベースは鋳造アルミニウムで作られています。密閉型モータはベース外側に放熱リブを設けて放熱面積を増やし、保護モータはベースカバーの両端に通気孔を設け、モータ内外の空気を直接対流させて放熱を促進します。