AC 電気モーター: 部品、種類、配線、およびその仕組み

なんと ACモーター 作品

AC モーターは、電磁誘導の原理によって交流電気エネルギーを機械的回転エネルギーに変換します。 AC 電源電圧が固定子巻線に印加されると、回転磁界 (RMF) が生成されます。このフィールドが回転する速度は、 同期速度 、供給周波数と固定子の磁極ペアの数によって決まります。 Ns = 120f / P 、ここで f は供給周波数 (Hz)、 P は極数です。

最も一般的な AC モーター タイプである誘導モーターでは、回転磁界がローター導体を横切り、ファラデーの法則によってローター導体内に電流が誘導されます。この誘導電流によって独自の磁場が生成され、ローターの磁場とステーターの回転磁場の相互作用によってローターを回転させるトルクが生成されます。ローターは常に同期速度よりわずかに遅く動作します。この速度差はと呼ばれます スリップ 、標準的な誘導モーターでは通常 2 ～ 8%。滑りがなければ、界磁導体と回転子導体の間に相対運動は存在せず、電流は誘導されず、トルクも生成されません。

同期 AC モーターでは、ロータは DC 磁界によって励磁されるか、永久磁石を使用して、スリップゼロで正確に同期速度で回転するようにロックされます。このため、クロック機構、特定の繊維機械、高効率可変速ドライブなど、正確な定速動作が重要な場合には同期モーターが最適な選択肢となります。

ACモーターの部品

AC モーターの内部アーキテクチャを理解すると、適切なユニットの指定、故障の診断、メンテナンス間隔の計画に役立ちます。主なコンポーネントは次のとおりです。

• ステーター: 積層鉄心と銅巻線を収容する固定外側アセンブリ。ステーターコアは、渦電流損失を最小限に抑えるために、薄いシリコン鋼の積層体から作られています。巻線はコアのスロットに巻かれ、AC 電源に接続されます。
• ローター: 回転インナーアセンブリは出力シャフトに取り付けられています。かご型誘導電動機の回転子は、両端がエンド リングで短絡されたアルミニウムまたは銅の導体バーで構成されています。巻線ロータ モータでは、ロータはスリップ リングを介して外部抵抗に接続された三相巻線を担っています。
• 出力軸： 機械的トルクを被駆動負荷に伝達するソリッドスチールシャフト。シャフト直径とキー溝の寸法は、IEC または NEMA のフレーム サイズ仕様に基づいて標準化されています。
• ベアリング: 通常、駆動側 (DE) と非駆動側 (NDE) に深溝玉軸受が使用されます。ベアリングは、ローターおよび駆動荷重によって課せられるラジアル荷重およびアキシアル荷重を支持し、最も一般的な保守交換品目です。
• エンドシールド（エンドベル）： モーターフレームの両端をキャップし、ベアリングを所定の位置に保持し、内部アセンブリを囲む鋳鉄またはアルミニウムのハウジング。
• ファンとファンカバー: ほとんどの AC モーターは TEFC (全閉ファン冷却) 設計で、非駆動端のシャフト延長部に外部冷却ファンが取り付けられ、プレス鋼製のファン カバーで囲まれています。ファンは周囲の空気をモーター フレームのフィンの上に引き込み、熱を放散します。
• 端子箱（接続箱）： 巻線接続端子 (通常、IEC 規約では U1、V1、W1、U2、V2、W2 とラベル付けされています) を含むモーター フレーム上の耐候性ハウジング。ここに、電源ケーブルとスター/デルタ構成リンクが接続されます。
• フレーム: 外側の構造体は通常、リブ付きの鋳鉄またはアルミニウム合金で、機械的サポートを提供し、ヒートシンクとして機能し、設置用の取り付け脚またはフランジを保持します。

特定のモータータイプに存在する追加コンポーネントには次のものがあります。 スリップ rings and brushes (巻線型誘導電動機)、 遠心始動スイッチ (単相コンデンサ始動モーター)、および コンデンサ (単相実行コンデンサおよびコンデンサ起動/実行設計)。

AC電動モーターの種類

AC モーターは、誘導 (非同期) と同期という 2 つの主要なファミリーに分かれており、それぞれに異なる動作要件に合わせて最適化されたいくつかのサブタイプがあります。

産業用アプリケーションの大部分では、 三相かご形誘導電動機 デフォルトの選択のままです。ブラシ、スリップ リング、外部励磁を必要としないため、メンテナンスが最も少なく、定速負荷にとって最もコスト効率の高いオプションとなります。可変周波数ドライブ (VFD) は、以前は DC モーターまたは巻線ローター モーターを必要とした可変速アプリケーションにもその有用性を拡張しました。

AC モーターの配線図の基本

AC モーターを正しく配線することは、安全な動作と正しいトルクと速度特性を実現するために不可欠です。端子ボックスの構成はモーターのタイプと供給電圧によって異なりますが、以下では最も一般的なシナリオを取り上げます。

三相デュアル電圧モーター (スター/デルタ)

ほとんどの三相誘導モーターは 2 つの電圧レベル (一般に 230V/400V または 400V/690V) に合わせて巻線されており、端子箱には U1、V1、W1 (巻線開始) および U2、V2、W2 (巻線終了) とラベル付けされた 6 本のリード線が含まれています。供給電圧によって接続が決まります。

• スター (Y) 接続 - 高電圧: U2、V2、および W2 をリンクして中性の星点を形成します。三相電源を U1、V1、W1 に接続します。各巻線には相から中性点への電圧が表示されます。供給電圧がモーターのより高い定格電圧と一致する場合に使用されます (例: 230/400V モーターの 400V 供給)。
• デルタ (Δ) 接続 - 低電圧: U1 から W2、V1 から U2、W1 から V2 をリンクして、閉ループを形成します。接続された端子の各ペア間に三相電源を接続します。各巻線は完全な線間電圧を検出します。供給電圧がモーターの低い定格電圧と一致する場合に使用されます (例: 230/400V モーターの 230V 供給)。

スターデルタ始動 は、大型モーターの一般的なソフトスタート方法です。モーターはスター型で始動し (各巻線の電圧が低下 = 始動電流が低くなり、通常は直列突入電流の 1/3)、フルスピードに近づくとデルタ型に切り替わります。これにより供給の乱れが軽減されますが、始動トルクも同じ 1/3 に減少するため、低負荷始動用途にのみ適しています。

単相モーターの配線

単相 AC モーターは、単相電源だけでは回転磁界を生成できないため、補助始動回路が必要です。端子配置には通常、次のものが含まれます。

• 主巻線端子(M): ラインとニュートラル間に直接接続されています。
• 巻線開始端子 (S): 主巻線と並列に接続されますが、始動コンデンサとは直列に接続されます。コンデンサは主巻線電流と補助巻線電流の間に位相ずれ (約 90°) を生成し、始動トルクを発生させるのに十分な強力な回転磁界を生成します。
• 遠心スイッチまたはPTCリレー： モーターが同期速度の約 75 ～ 80% に達すると、始動巻線が切断されます。このスイッチの故障、つまり開いたままになる (モーターが始動しない) か閉じたままになる (始動巻線が過熱して焼損する) は、最も頻繁に発生する単相モーターの故障の 1 つです。

モーター回転反転

三相モーターの回転方向を反転するには、モーター端子で 3 つの電源相のうちの任意の 2 つを交換する必要があります。たとえば、U1 と V1 の接続を交換します。これにより、回転磁場の方向が反転し、その結果、ローターの方向が反転します。単相モーターの場合、逆転は主巻線に対する始動巻線の接続を交換することによって実現されます。一部のモーターにはこの目的のために専用の端子マーキングが用意されていますが、他のモーターには内部の再接続が必要です。

接地および過負荷保護

すべての AC モーター設置には次のものが必要です。 保護アース (PE) 接続 モーターフレームに接着され、端子箱で電源アースに接続されます。さらに、適切に評価された サーマル過負荷リレー または、電子モーター保護リレーを電源回路に取り付け、モーターの全負荷電流 (FLC) 定格に設定する必要があります。過負荷保護は、最も一般的なモーター故障モードに対する主な防御策です。つまり、機械的過負荷、単相、または巻線温度が絶縁クラスの制限を超えて上昇する制限された換気による長時間の過電流です。