多相モーターの設計

ACモーター

おそらく、単相よりも多相AC電源の最も重要な利点は、ACモーターの設計と操作です。

この本の最初の章で研究したように、いくつかのタイプのACモーターは、固定巻線と回転磁石アセンブリで構成される、オルタネーター（発電機）の対応するモーターと構造が実質的に同じです。 （他のACモーターの設計はそれほど単純ではありませんが、それらの詳細は別のレッスンに任せます。）

時計回りのACモーター操作。

回転する磁石が電磁石の巻線（コイル）にエネルギーを与える交流の周波数に追いつくことができれば、それは時計回りに引っ張られ続けます。 （上の図）

ただし、このモーターのシャフトが回転する有効な方向は時計回りだけではありません。下の図と同じAC電圧波形で、反時計回りに簡単に電力を供給できます。

反時計回りのACモーター操作。

ACモーターの始動

極性サイクルのまったく同じシーケンス（コイルによって生成される電圧、電流、および磁極）を使用すると、磁気ローターはどちらの方向にも回転できることに注意してください。

これは、すべての単相AC「誘導」および「同期」モーターに共通の特徴です。これらには、通常の回転方向または「正しい」回転方向がありません。この時点で自然な疑問が生じるはずです。どちらの方向にも同じように動作できる場合、モーターを意図した方向にどのように始動できるでしょうか。

答えは、これらのモーターは始めるのに少し助けが必要だということです。かつて特定の方向に回転するのを助けました。 AC電源が巻線に維持されている限り、それらはそのように回転し続けます。

単相ACモーターが一方向に進むための「助け」がどこから来るのかはさまざまです。

通常、これは、メインセットとは異なる位置に配置され、主電源と位相がずれたAC電圧で通電された追加の巻線セットから発生します。 （下の図）

一方向始動AC二相モーター。

これらの補助コイルは通常、コンデンサと直列に接続され、2組の巻線間に電流の位相シフトを導入します。 （下の図）

コンデンサの位相シフトにより2番目の位相が追加されます。

その位相シフトにより、コイル2aおよび2bからの磁場が生成されます。これらの磁場は、コイル1aおよび1bからの磁場と等しくずれています。

その結果、明確な位相回転を伴う一連の磁場が得られます。回転する磁石を一定の方向に引っ張るのはこの位相回転です。

多相ACモーターの始動

多相ACモーターは、明確な方向に回転するためにそのようなトリックを必要としません。それらの供給電圧波形にはすでに明確な回転シーケンスがあるため、モーターの固定巻線によって生成されるそれぞれの磁場も同様です。

実際、3つの相巻線セットすべてを組み合わせることで、「回転磁界」と呼ばれるものが作成されます。 。ニコラテスラが世界初の多相電気システムを設計するように促したのは、この回転磁界の概念でした（単に、より単純でより効率的なモーターを作成するため）。

単相電力に対する多相電力のライン電流と安全性の利点は、後で発見されました。

リニアストリングライトのアナロジー

紛らわしい概念になる可能性があることは、類推によってはるかに明確になります。

クリスマスの飾りに使われているような電球が一列に並んでいるのを見たことがありますか？一部の文字列は、電球が交互に光り、暗くなるにつれて、明確な方向に「移動」しているように見えます。他の弦は、はっきりとした動きがなく、点滅するだけです。 2種類の電球ストリングの違いは何ですか？

回答：位相シフト！

（下の図）のように、いつでも1つおきの電球が点灯している一連のライトを調べます

フェーズシーケンス1-2-1-2：ランプが動いているように見えます。

すべての「1」電球が点灯している場合、「2」電球は暗くなり、その逆も同様です。この点滅シーケンスでは、電球のライトに明確な「動き」はありません。

あなたの目は、右から左へと同じくらい簡単に左から右への「動き」をたどることができます。技術的には、「1」と「2」の電球の点滅シーケンスは180°位相がずれています（互いに正反対です）。

これは単相ACモーターに類似しており、どちらの方向にも同じように簡単に動作できますが、磁場の交代には明確な「回転」がないため、単独で始動することはできません。

次に、シーケンスする球根のセットが2つではなく3つあり、これらの3つのセットが下の図で互いに等しく位相がずれている一連のライトを調べてみましょう。

フェーズシーケンス：1-2-3：電球が左から右に移動しているように見えます。

照明シーケンスが1-2-3の場合（シーケンスは（上の図）に示されています）、電球は左から右に「移動」しているように見えます。

円形ストリングライトのアナロジー

次の図のように、この点滅する電球の列が円形に配置されていると想像してみてください。

円形の配置;球根は時計回りに回転しているように見えます。

上の図のライトは、直線ではなく円の周りに配置されているため、時計回りに「動いている」ように見えます。

電球の位相シーケンスが逆になると、動きの外観が逆になるのは当然のことです。

点滅パターンは、フェーズシーケンスに応じて時計回りまたは反時計回りに移動するように見えます。

これは、下の図の3つの異なる位相シフトの電圧源によって通電される3セットの巻線を備えた三相ACモーターに類似しています。

三相ACモーター：1-2-3の相シーケンスで磁石が時計回りに回転し、3-2-1で磁石が反時計回りに回転します。

180°未満の位相シフトで、磁場の真の回転が得られます。単相モーターの場合、自己始動に必要な回転磁界は、容量性位相シフトによって生成される必要があります。多相モーターでは、必要な位相シフトがすでにあります。

さらに、多相モーターのシャフト回転の方向は非常に簡単に逆になります。モーターに向かう2本の「ホット」ワイヤーを交換するだけで、反対方向に走ります！

レビュー：

• ACの「誘導」モーターと「同期」モーターは、静止した巻線によって生成される交流磁場に回転磁石を追従させることによって機能します。
• このタイプの単相ACモーターは、特定の方向に回転し始めるのに役立つ必要があります。
• このようなモーターの磁場に180°未満の位相シフトを導入することにより、シャフトの回転方向を明確にすることができます。
• 単相誘導モーターは、必要な位相シフトを作成するために、コンデンサーと直列に接続された補助巻線を使用することがよくあります。
• 多相モーターにはそのような対策は必要ありません。それらの回転方向は、それらが電力を供給されている電圧の位相シーケンスによって固定されます。
• 多相ACモーターの2本の「ホット」ワイヤーを交換すると、その位相シーケンスが逆になり、シャフトの回転が逆になります。

関連するワークシート：

• ACモーター理論ワークシート
• 多相電力システムワークシート