非同期モーター：産業用ドライブにおける原則、構造、パフォーマンス
ビュー： 0 著者：サイトエディターの公開時間：2025-08-08 Origin： サイト
世界で最も広く使用されているタイプの電気モーターの1つとして、 非同期モーター 非同期モーターは、
工業生産では、信頼性の高い効率的なモーターシステムが、スムーズな動作を確保し、ダウンタイムを削減し、エネルギー消費を最適化するために不可欠です。この点で非同期モーターは優れており、他のモータータイプと比較して、安定したトルク、長いサービス寿命、比較的単純なメンテナンスを提供します。この記事では、作業原則、構造コンポーネント、開始方法、および非同期モーターのパフォーマンス評価メトリックを調査し、産業ドライブシステムの礎石である理由をよりよく理解するのに役立ちます。
基本的な作業原則 電磁誘導と回転磁場 非同期モーターは、マイケル・ファラデーによって最初に記述され、後にニコラ・テスラによって実用的なモーター設計に適用されるように、電磁誘導の原理に基づいて動作します。 3相非同期モーターでは、ステーター巻線は3相AC電源に接続されており、ステーター内に回転磁場が作成されます。
ローターがこの回転磁場内に配置されると、フィールドとローター導体の間の相対的な動きは、ファラデーの誘導法に従って電気的な力（EMF）を誘導します。これにより誘導されたEMFは、ローターに電流を生成し、それがステーターの磁場と相互作用してトルクを生成します。したがって、モーターは回転し始め、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換します。
スリップの概念とその影響要因 非同期モーターの定義特性の1つは、 'Slip 'の存在、つまり同期速度（回転磁場の速度）と実際のローター速度の違いです。電磁誘導が発生するには、スリップが必要です。それがなければ、相対運動は存在せず、ローターに電流は誘導されません。
スリップは、負荷条件、ローター抵抗、供給周波数など、さまざまな要因に依存します。光負荷では、スリップは最小限ですが、重い負荷の下ではスリップが増加します。標準産業モーターの典型的なスリップ値は、設計と用途に応じて、0.5％から6％の範囲です。
主な構造コンポーネント 固定子の構造と巻線タイプ 固定子は非同期モーターの固定部分であり、回転磁場の供給源として機能します。銅またはアルミニウムの巻線を収容するスロットを備えたラミネートスチールコアで構成されています。これらの巻線は、パフォーマンスの要件、コスト、製造プロセスに応じて選択して、分布または集中できます。
ステーターコアラミネーションは、渦電流損失を減らすために互いに隔離され、効率が向上します。高品質の断熱材と正確な巻線技術は、モーターの長期的な信頼性を確保するために重要です。
ロータータイプ（リスケージと創傷ローター） ローターは、ステーター内にあるモーターの回転成分です。ローターには2つの主なタイプがあります。
リスケージローター - これは、導電性エンドリングによって両端が短絡されたアルミニウムまたは銅バーで構成される最も一般的なローター設計です。シンプルで堅牢で、メンテナンスはほとんど必要ありません。
創傷ローター（スリップリング）ローター - この設計では、スリップリングに接続された3相巻線を使用して、起動中に外部抵抗器をローター回路に挿入できます。これにより、より高い開始トルクとより柔軟な速度制御が提供されますが、より多くのメンテナンスが必要です。
ベアリングと冷却システム ベアリングはローターシャフトをサポートし、滑らかな回転とアライメントを確保します。アプリケーションに応じて、モーターはローリング要素ベアリングまたはスリーブベアリングを使用する場合があります。適切な潤滑とシーリングは、耐性を延ばすために不可欠です。
運転中にモーターが熱を発生させるため、冷却も同様に重要です。一般的な冷却方法には、オープンドリッププルーフ（ODP）、完全に囲まれたファン冷却（TEFC）、および水冷設計が含まれます。冷却により、モーターが安全な温度制限内で動作し、断熱の低下を防ぎ、サービス寿命が延長されます。
開始方法と制御技術 直接オンライン（DOL）開始 非同期モーターの最も単純で最も簡単な開始方法は、直接オンライン（DOL）の開始です。このアプローチでは、モーターは完全な供給電圧に直接接続されているため、最大の開始トルクをすぐに開発できます。これは迅速で信頼性の高いスタートアップを提供しますが、主要な欠点は非常に高いインラッシュ電流であり、多くの場合、モーターの定格フルロード電流の6〜8倍に達します。電流のこの突然の急増は、パワーネットワークに電圧ディップを引き起こし、他の機器に影響を与える可能性があります。さらに、機械システムは、急速な加速によりかなりのストレスを発生させ、カップリング、ベルト、ギアなどのコンポーネントの早期摩耗につながる可能性があります。これらの問題にもかかわらず、DOLの開始は、電源システムがサージを処理できるアプリケーションで、機械システムがストレスに耐えるのに十分堅牢であるアプリケーションで広く使用されています。
Star-Deltaの低電圧開始 DOLの開始に関連する高い開始電流を緩和するために、特に中容量の非同期モーターでは、一般的に星 - デルタ（Y-δ）低電圧開始方法が一般的に採用されています。当初、ステーター巻線は星構成で接続されており、各巻線に適用される電圧がライン電圧の約58％に効果的に減少します。この電圧の低下により、開始電流がDOLの開始電流の約3分の1に低下し、モーターの起動中に電気的および機械的応力が減少します。モーターが定格速度の約70〜80％に達すると、接続はデルタに切り替わり、通常の動作のためにフルライン電圧を適用します。この方法は、単純な切り替えメカニズムのみを必要とし、洗練された電子機器を要求しないため、費用対効果とパフォーマンスのバランスをとります。ただし、Star-Deltaの開始は、高い開始トルクを必要とするアプリケーションにはそれほど適していません。
ソフトスターターと可変周波数ドライブ（VFD） 最新のモーターコントロールは、多くの場合、電子ソフトスターターと可変周波数ドライブ（VFD）を採用しています。ソフトスターターは徐々に電圧を上昇させ、機械的ストレスと電気的サージを減らします。
VFDは、電圧と周波数の両方を制御することでさらに進み、正確な速度調節、効率の向上、およびより良いプロセス制御を可能にします。エネルギー集約型産業では、VFDはモーター性能を最適化し、運用コストを削減するために不可欠です。
パフォーマンス評価メトリック 効率 効率は、モーターが電気エネルギーを機械的エネルギーにどの程度効果的に変換するかを測定します。高効率モーターは、消費電力を削減し、運用コストを削減し、エネルギー規制を満たすのに役立ちます。効率は、設計の品質、巻線抵抗、コア損失などの要因に依存します。
力率 力率は、電圧と電流の位相差を表します。非同期モーターでは、通常、力率は1（遅れて）未満です。つまり、純粋に抵抗性の負荷よりも最新のものを引きます。設計強化またはコンデンサバンクを通じて力率を改善することで、電力システムの損失を減らすことができます。
過負荷容量 過負荷容量とは、損傷なしに短期間の定格容量を超える負荷を処理するモーターの能力を指します。これは、クラッシャー、コンベア、コンプレッサーなどの変動荷重を伴うアプリケーションで重要です。過負荷容量が高いモーターは、回復力と運用上の安定性が向上します。
結論 非同期モーターは、その堅牢性、適応性、および費用対効果のために、産業駆動の主力であり続けています。作業原則、構造コンポーネント、開始方法、およびパフォーマンスメトリックを理解することで、エンジニアとオペレーターが各アプリケーションに適切なモーターを選択し、信頼できる動作とエネルギー効率を確保することができます。
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