ACモーターの動作原理

AC モーターは、交流の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置です。これは主に、磁界を生成するために使用される電磁巻線または分散固定子巻線と、回​​転電機子または回転子で構成されます。モーターは、電流が流れるコイルが磁界中で力を受けて回転するという原理に基づいて動作します。- AC モーターは、同期 AC モーターと誘導モーターの 2 つのタイプに分類されます [1]。

三相 AC モーターの固定子巻線は基本的に、120 度の間隔で配置された 3 つのコイルがデルタまたはスター構成で接続されたものです。三相電流が印加されると、各コイルに磁場が発生し、これら 3 つの磁場の組み合わせによって回転磁場が生成されます。

AC モータはステータとロータで構成され、同期 AC モータと誘導モータの 2 種類に分けられます。どちらのタイプのモーターも固定子巻線に交流を流すことで回転磁界を生成しますが、同期 AC モーターの回転子巻線には通常、励磁機からの直流 (励磁電流) 供給が必要です。一方、誘導モーターはローター巻線に電流を流す必要がありません。

三相 AC モーターの固定子巻線は基本的に、互いに 120 度離れた 3 つのコイルで構成され、三角形または星型に接続されています。三相電流が印加されると、各コイルに磁界が発生し、これら 3 つの磁界が結合して回転磁界を形成します。電流は完全な振動を完了し、回転磁界は正確に 1 回転します。したがって、回転磁界の1分間の回転数はN=60fとなります。式中の f は電源周波数です。

AC モーターは、ローターの回転速度に基づいて、同期モーターと非同期モーター (非同期モーターとも呼ばれます) に分類できます。同期電動機の回転子の速度は、負荷の大小にかかわらず常に回転磁界の速度と同じになるため、この速度を同期速度と呼びます。上で述べたように、それは電源の周波数にのみ依存します。非同期モーターの速度は一定ではなく、負荷の大きさと電源電圧によって異なります。三相非同期モーターには、整流器なしのものと整流器ありのものの 2 種類があります。-実際の用途で使用される非同期モーターの大部分は、整流器のない誘導モーターです (ただし、並列および直列の三相非同期整流モーターには、広い範囲で速度を調整でき、力率が高いという利点があります)。その速度は常に同期速度よりも低くなります。

 

主な目的

AC電気モーターの作動効率は高く、煙、臭気、環境汚染がなく、騒音も低くなります。その一連の利点により、工業および農業生産、輸送、国防、商業用および家庭用電化製品、医療用電気機器などのさまざまな分野で広く使用されています。

 

動作原理

非同期モーターとも呼ばれる誘導モーターは、ローターが回転磁界の中に置かれ、回転磁界の作用下で回転トルクを得てローターを回転させることを指します。

誘導電動機の外観と内部構造。ローターは回転可能な導体で、通常はかごの形をしています。ステータは電気モーターの非回転部分であり、その主な役割は回転磁界を生成することです。回転磁場は機械的な方法では実現できません。しかし代わりに、交流電流が数対の電磁石に印加され、磁極の特性が周期的に変化するため、回転磁場と同等になります。このタイプのモーターには、DC モーターのようなブラシやコレクター リングがありません。使用する AC 電源の種類に応じて、単相モーターと三相モーターがあります。-単相モーターは洗濯機や扇風機などの機器に使用されます。三相電動機は工場内の動力機器として使用されています。ステータ（同期速度n1）が発生する回転磁界とロータ巻線との相対運動により、ロータ巻線が磁気誘導線を切断して誘導起電力が発生し、ロータ巻線に誘導電流が発生します。ロータ巻線に誘導された電流は磁場と相互作用して電磁トルクを生成し、ロータを回転させます。ロータ速度が徐々に同期速度に近づくと、誘導電流は徐々に減少し、それに伴って発生する電磁トルクも減少します。非同期モータがモータ状態で動作する場合、ロータ速度は同期速度よりも低くなります。ローター回転数 n と同期回転数 n1 の違いを説明するために、スリップ率を導入します。

 

 

制御戦略

パワーエレクトロニクス技術、マイクロエレクトロニクス技術、デジタル制御技術、および制御理論の発展により、AC 駆動システムの動的および静的特性は DC 駆動システムと完全に匹敵するようになりました。 AC 駆動システムは広く使用されており、DC 駆動から AC 駆動への置き換えが徐々に現実になってきています。

AC モーターは、非線形性、多変数、強い結合、時変パラメーター、大きな外乱を伴う本質的に複雑な物体であるという事実により、その効果的な制御は国内外で常に注目の研究テーマであり、さまざまな制御戦略と方法が提案されています。{0}}その中でも、古典的な線形制御は、負荷、モデルパラメータの大規模な変化、非線形要素の影響を克服できず、制御性能が低下します。ベクトル制御や直接トルク制御にもいくつかの問題点はありますが、近年、現代制御や知能制御理論の発展に伴い、高度な制御アルゴリズムが交流モータ制御に適用され、一定の成果を上げています[2]。

定常状態モデルの制御方法

一般的に使用される定常状態モデルの制御スキームには、開ループ定数 v/f 比制御 (つまり、電圧/周波数定数) と閉ループ-定数 v/f 比制御が含まれます。-

(1) 定電圧周波数比制御

この方法は、可変電圧および周波数変換の基本制御モードから開始する開ループ制御方法であり、速度フィードバックは含まれません。-定格周波数を下回る場合、電圧を一定にして周波数だけを下げると、エアギャップ磁束が大きくなりすぎて磁気飽和が発生し、ひどい場合にはモーターが焼損してしまいます。一定のエアギャップ磁束を維持するために、周波数に対する誘導電位の一定の比率が制御に使用されます。

 

 

一般的な障害

AC モーターは、摩擦、振動、絶縁劣化などの理由により、動作中に故障が発生しやすくなります。これらの障害がタイムリーにチェックされ、発見され、除去されれば、事故の発生を効果的に防ぐことができます。

共通故障検査

1. 音を聞いて、故障箇所を注意深く特定します。 AC非同期モーターの運転中に、変動のない「ブツブツ」という微かな音が発生する場合は、正常な音です。音が粗く、鋭い「ブーン」または「シュー」という音がする場合、それは故障の前兆です。次の理由を考慮する必要があります。

(l) 鉄心が緩んだモータは運転中の振動や温度変動により鉄心の固定ボルトが変形し、珪素鋼板が緩み、大きな電磁ノイズが発生することがあります。

(2) 冷却ファンによるローターの回転音は「ウーウー」という音です。 「ドンドン」という太鼓をたたくような異音が発生する場合は、急発進、急停止、逆転ブレーキなどの可変速時のモーターの加速トルクにより、ローター鉄心とシャフトの嵌合が緩むことが原因です。軽度の場合はそのまま使用できますが、重度の場合は分解して点検・修理が可能です。

(3) 軸受音モータの運転中は軸受音の変化に注意する必要があります。ドライバーの一方の端をベアリングカバーに当て、もう一方の端を耳に当てると、モーターの内部音の変化を聞くことができます。部品や故障が異なれば音も異なります。 「きしむ」音はベアリング内部のローリングガンの不規則な動きによって発生し、ベアリングのクリアランスや潤滑グリースの状態が関係します。 「ジュージュー」という音は金属の摩擦音で、通常は摩耗によるベアリング内のオイルの不足によって発生します。ベアリングを分解し、グリス等の注油を行ってください。

2. 嗅覚を使用して、故障したモーターが通常の動作中に臭いを感じないことを分析します。何らかの臭気を感じた場合、それは絶縁グリルによって発せられる焦げ臭などの故障信号であり、モーターの温度が上昇すると発煙することもあります。オイルが焦げた臭いがする場合、その原因は主にベアリング内のオイル不足によるもので、空研削状態に近づくとオイルとガスが蒸発して発生する臭いです。

3. 触感を使用して欠陥を確認します。テレビの筐体を手で触ると、おおよその温度がわかります。モーターケースを手で触ったときに非常に熱く感じ、温度値が高い場合は、過負荷や高電圧などの原因を確認し、原因に応じて問題を解決する必要があります。