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A 三相非同期モーター は、ロータへの直接電気接続ではなく、電磁誘導によって三相電力を回転機械動力に変換する交流機械です。回転磁界が固定子巻線に生成され、この磁界が回転子バーに電流を誘導し、トルクが発生します。ローターの速度は常に、スリップと呼ばれるわずかなマージンだけ回転フィールドの速度を追います。これが、まさにこの機械が「ローター」とも呼ばれる理由です。 三相誘導電動機 .
ブラシ、外部ローターの励磁、始動にコンデンサーが不要なため、三相非同期モーターが標準となっています。 三相電動機 工場、ワークショップ、ユーティリティプラント向け。一般的な製品範囲は、約 0.09 kW の小型分数ユニットから約 375 kW の大型フレーム サイズにまで及び、2 極、4 極、6 極、8 極の巻線オプションがあり、高速軽負荷ファンから低速重負荷コンベアまであらゆるものをカバーします。ハウジングは通常、高強度鋳鉄または軽量アルミニウム合金で作られ、クラス F 断熱材と、粉塵や軽水への暴露に対する IP55 保護等級が組み合わされています。
つまり、誰かが検索したとき、 三相誘導電動機 または 三相ACモーター 、彼らはほとんどの場合、この同じファミリーのマシンについて説明しています。以下の残りのセクションでは、データ プレートの仕組み、構成、データ プレートの読み方、特定のジョブに合わせてデータ プレートのサイズを正しく設定する方法について説明します。
3 つの別個の巻線グループが、ステーター内で電気角 120 度離れて配置されています。三相電流がそれらに順番に流れると、結合された磁場は 1 つの場所に固定されず、同期速度として知られる速度でステーター ボアの内側を回転します。同期速度は、Ns = 120 x f / P の関係に従って、供給周波数とステータに巻かれた極の数のみに依存します。ここで、f はヘルツ単位の周波数、P は極数です。
ローター バーはこの回転磁界内にありますが、電源には物理的に接続されていません。磁場がローターを通過すると、ローターバーに電圧と電流が誘導され、その誘導電流によって独自の磁場が生成されます。ステーター磁界と誘導ローター磁界の間の相互作用により、ローターを引きずり回すトルクが発生しますが、ローターが磁界に完全に追いつくことはできません。追いついたとしても、そもそも電流を誘導するための相対運動が残らないことになります。この速度ギャップは、通常、通常の負荷における同期速度のわずかな割合であり、非同期 (誘導) 機械を定義する滑りとなります。
単相設計とは異なり、三相非同期モーターは電力が印加された瞬間から真の回転磁界を生成するため、本質的に自己始動性があり、始動コンデンサーや補助巻線に依存しません。これが、負荷サイズまたはデューティ サイクルが小型の単相ユニットで快適に処理できる範囲を超えた場合に、一般に三相誘導モーターが好まれる理由の 1 つです。
すべての三相非同期モーターは、コンパクトなアルミニウム製ハウジングのユニットから大型の鋳鉄製産業用三相モーターに至るまで、フレーム サイズを超えて繰り返される小さな部品のセットから構築されています。以下の図は、以降の説明で参照される主要なセクションにラベルを付けています。
典型的な三相非同期モーターフレームの簡略化された構造レイアウト
ステーターは、鋳鉄またはアルミニウム合金のフレームにプレスされた薄いシリコン鋼の積層体のスタックであり、銅の巻線コイルが内穴の周りのスロットに挿入されています。積層スタックにより渦電流損失が制限され、フレーム自体がモーターに機械的強度と取り付け面を与えます。
ほとんどの産業用ユニットはかご型ローターを使用しており、アルミニウムまたは銅のバーが積層ローターコアに鋳造され、両端がエンドリングで短絡されています。この設計には、絶縁するための巻線や、メンテナンスするためのスリップ リングがありません。これが、三相誘導モーターが長期間運転し続けるのが簡単であると考えられる主な理由です。
非駆動端に取り付けられた外部ファンがフレーム表面のリブ付きフィンを介して空気を吸引し、巻線温度をクラス F の絶縁制限内に保ちます。エンドシールドはベアリングを所定の位置に保持し、ローターをステーターボア内の中心に保ちます。また、端子ボックスは入力電源ケーブルの密閉された接続ポイントを提供します。
極数は、ギヤボックスやドライブを追加する前に基本動作速度を決定するため、特定の用途で三相電気モーターを比較する際に行う最初の選択肢の 1 つです。 50 Hz 電源でのコモン極数の同期速度を以下に示します。
50 ヘルツの供給周波数における極数による同期速度
| 極数 | 同期速度 | 典型的な義務 |
|---|---|---|
| 2極 | 3000rpm | ポンプ、高速ファン、コンプレッサー |
| 4極 | 1500rpm | 一般工作機械、コンベヤ |
| 6極 | 1000rpm | 大型のファン、ミキサー、低速ドライブ |
| 8極 | 750rpm | 重負荷低速伝動 |
効率クラスのラベルは、モーターがシャフト出力に変換するのではなく、熱としてどれだけの電気入力を失うかを表します。命名スケールは IE1 から IE4 まであり、各ステップは、より優れた積層鋼、より厚い銅導体、より狭いエアギャップによる損失のさらなる削減を表しています。アン IE3三相モーター この規模のプレミアムバンドに位置しますが、 IE4三相モーター はその一歩上に位置し、稼働時間が十分に長く、損失が少ないことが機械の寿命全体にわたって無駄なエネルギーの大幅な削減につながる連続稼働アプリケーションを目的としています。
クラス間の相対的な効率の進行の比較例。実際の数値は出力電力と極数によって異なります
実際には、必要なクラスは走行パターンによって異なります。週に数時間しか稼働しないモーターは、通常、利用可能な最高クラスを追求することを正当化するものではありませんが、ファン、ポンプ、またはコンプレッサーラインで継続的に稼働するモーターは、累積時間により損失のわずかなパーセンテージの差が増幅されるため、IE3 または IE4 バンドの有力な候補となります。
三相誘導電動機の効率と力率は固定された数値ではありません。モーターの定格出力に対する負荷の重さに応じて動きます。正確な数値はフレーム サイズによって変化しますが、この関係の一般的な形状は製品ファミリー全体で一貫しています。
定格出力の負荷割合に対する一般的な効率曲線の形状
一般に、負荷が軽い部分負荷から上昇すると効率は急速に上昇し、定格出力の約 75 ～ 100 パーセントの間で広いピークに達し、その後、過負荷になるとわずかに戻ります。このため、極度の過小負荷ではなく、定格点近くで動作するようにモーターをサイジングすると、シフト全体で安定した効率と力率が得られる傾向があります。
フレームの材質は、重量、放熱性、取り付け剛性に影響します。鋳鉄とアルミニウム合金のハウジングはどちらも産業用三相モーター市場で依然として一般的であり、正しい選択は通常、特定の設置に必要な重量と熱質量のバランスによって決まります。
| 属性 | 鋳鉄ハウジング | アルミニウム合金ハウジング |
|---|---|---|
| 相対重量 | より重い | ライター |
| 放熱 | 高い熱質量 | より速い表面冷却 |
| 一般的なフレーム範囲 | 中型から大型のフレームサイズ | 小型から中型のフレーム サイズ |
| 共通設定 | 継続的な重工業任務 | 汎用およびモバイル機器 |
ハウジングの材質に関係なく、巻線システム自体は通常、クラス F 絶縁で構築されており、始動時や短期間の過負荷時の温度上昇に対して余裕を持っています。また、IP55 定格により、作業場や屋外に隣接した環境で内部巻線から塵や指向性噴流が遠ざけられます。
三相非同期モーターを研究している多くの購入者は、境界線の用途向けに単相の代替モーターと実際に比較しています。以下のレーダーの比較では、6 つの実用的な特性を並べて示しています。
例示的な相対スケールで、青色の領域は三相非同期モーターを表し、オレンジ色の領域は同等の単相モーターを表します。
三相非同期モーターは真の回転磁界で始動するため、定格負荷での安定した運転効率とともに、単位フレーム サイズあたりのより強力な始動トルクを実現する傾向があります。単相モーターは、三相電源が利用できない家庭用や小規模な作業場用の軽量工具には依然として適していますが、負荷、デューティ サイクル、またはトルクの需要が増加すると、一般に継続的な産業サービスには三相 AC モーターの方が実用的になります。
広い電力範囲、複数の極オプション、および堅牢な構造の組み合わせにより、三相誘導モーターがこれほど幅広い種類の機器に使用されるのです。
製造、エネルギー、鉱業、建設、繊維、印刷、港湾機械のすべてにおいて、基本的な要件はほぼ同じです。それは、頻繁に計画外に停止するのではなく、予測可能なメンテナンスのニーズに応じて長時間稼働できる信頼性の高い産業用三相モーターです。
一部のアプリケーションでは、単一フレームから複数の固定速度が必要です。マルチステップ速度巻線により、モーターを 2 つ以上の極数間で再接続できるため、個別の可変周波数ドライブを使用せずに、大まかではありますが信頼性の高い速度シフト方法が得られます。
ホイストやインデックステーブルなど、負荷を迅速に停止して位置を保持する必要がある場合、統合された電磁ブレーキが電力が除去された瞬間にシャフトをクランプし、コーストダウン時間を短縮し、位置決め精度を向上させます。
三相非同期モーターと可変周波数ドライブを組み合わせることで、広範囲にわたる速度のスムーズな調整が可能になります。これは、単一の固定速度で実行するのではなく、流量やスループットが変化するプロセス需要に追従する必要があるファン、ポンプ、コンベアでは一般的です。
石炭採掘、石油化学、その他の危険区域の設備の場合、防爆エンクロージャは内部にアーク放電や火花が発生するため、周囲の可燃性ガスや粉塵に引火することがなく、標準的な開放エンクロージャが適切ではないゾーンでも三相電気モーターを安全に動作させることができます。
一般に、次の順序で作業すると、ターゲットがアルミニウム製の小型ユニットであっても、大型の鋳鉄製産業用三相モーターであっても、分野がすぐに絞り込まれます。
三相電力の簡単な開始公式は、線間電圧 V と線電流 I を使用して、P (kW) = (ルート 3 x V x I x 力率 x 効率) / 1000 です。既知の機械的負荷の場合、シャフト出力 (kW) は、トルクと速度から P = (トルク (Nm) x 速度 (rpm)) / 9550 として推定することもでき、その後、適切な開始マージンで次の標準フレーム定格に切り上げられます。
馬力とキロワットは異なる単位を使用して同じ出力を表し、およそ 1 馬力 = 0.746 kW で関連付けられます。馬力の数値を単独で選択するのではなく、被駆動機器のメーカー データや測定された運転電流から逆算することが役立ちます。これは、小型のモーターは通常負荷で高温になる一方、大型のモーターは不必要な重量を負い、部分負荷では動作力率が低下するためです。
三相誘導モーターは機械的には単純ですが、短いルーチンは運転時間を予測可能に保つのに大いに役立ちます。
このような単純なスケジュールに従うと、障害が発生した後にのみ対応するよりも、三相 AC モーターの実際の耐用年数が大幅に延びる傾向があります。
Q1.三相非同期モーターとはこれは、ステーター内の回転磁界を使用してローターに電流を誘導し、ローター自体に直接電気接続することなくトルクを生成する AC モーターです。 | Q2.三相誘導モーターはどのように動作するのか固定子巻線の三相電流は回転磁界を生成します。この磁場はローター バーに電流を誘導し、2 つの磁場の相互作用によってシャフトが回転します。 |
Q3.非同期モーターと誘導モーターの違いは何ですかこれらは同じマシンについて説明しています。非同期とは、ローター速度が磁界速度よりも遅れることを指します。一方、誘導とは、電流が直接接続ではなく誘導を通じてローターに到達する方法を指します。 | Q4.三相誘導電動機の利点は何ですかシンプルなかご型構造、コンデンサなしで自己始動、負荷が変化しても安定した動作速度、数分の1キロワットから数百キロワットまでの幅広い利用可能な電力範囲。 |
Q5.三相モーターは何に使用されますかファン、ポンプ、コンプレッサー、コンベア、工作機械、製造、エネルギー、鉱業、繊維、港湾取り扱い現場の一般産業用機器。 | Q6.三相誘導電動機の選び方駆動負荷のタイプと必要な速度、開始マージンを備えたサイズのシャフト出力から始めて、極数、ハウジング、保護定格を設置環境に合わせます。 |
Q7.必要なモーターのサイズを計算するにはどうすればよいですかトルク×速度を 9550 で割った値に等しい P を使用して負荷トルクと速度からシャフト出力を推定し、妥当なマージンを持って最も近い標準フレーム定格に切り上げます。 | Q8.モーターの馬力はどのように選択すればよいですか推測ではなく、被駆動機器の実際の電力要件に基づいて作業し、馬力とキロワットの間で換算すると、およそ 1 馬力は 0.746 kW に相当します。 |
Q9.モーターには何極が必要ですか同期速度が希望の出力速度に最も近い極数を選択します。これにより、通常、必要な追加のギアボックスやプーリー減速機のサイズが削減されます。 | Q10.三相モーターにはどのようなメンテナンスが必要ですか冷却エアフロー、ベアリングの潤滑、振動レベル、端子ボックスの接続に日常的に注意を払うことで、ユニットを長期間にわたって確実に動作させることができます。 |
