74 – 単相誘導機のN-T特性解析

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概要

単相誘導電動機は一般の家庭用電源である単相交流で使用することができることから、小出力の電動機として電気洗濯機、扇風機などの家庭用電気機器や事務機器などの駆動用に広く用いられています。しかし、単相交流は三相交流のように単独で回転磁界を作ることができず、そのままではモータを始動させることができないため、何らかの方法により回転磁界を作ることで、始動する必要があります。
固定子巻線による磁界と二次導体に流れる誘導電流の相互作用で回転するため、二次導体に流れる誘導電流は特性に大きく影響します。またギャップ付近を中心に強い磁気飽和分布が生じ、磁化特性の非線形性も特性に大きく影響します。設計の前段階で、誘導電流や磁気飽和特性を考慮した単相誘導機の特性を把握するためには、有限要素法による解析と評価が有用です。
ここでは、コンデンサによる補助巻線を設けた電流密度分布とN-T特性(回転速度-トルク特性)を求めています。

電流密度分布

回転速度2100(rpm)のトルク最大時における電流密度分布を図1に示します。ロータが高速になると、ロータと回転磁界の相対速度が小さくなります。これより、かごが受ける磁界の変化も小さくなるため、バーに流れる渦電流もそれに応じて小さくなります。 バーの渦電流分布はトルク特性に大きく影響します。

N-T特性

N-T特性グラフを図2に示します。2000(rpm)付近で最大トルクが得られることがわかります。最大トルクおよび高トルクが得られる回転領域はかごの電気抵抗によって変化するため、かごの材料や形状を変更することによって目的に合ったモータ特性を検討することが出来ます。

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