誘導電動機

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右の電動機は覆いを除いた事で空冷ファンが見える三相式空冷式誘導電動機 この三相式誘導電動機は内部が密閉されているので冷却は外装の冷却ひれに強制的に空気を送って冷却する
三相交流誘導電動機の断面

誘導電動機(ゆうどうでんどうき、Induction Motor、IM)は、交流電動機の代表例である。 固定子の作る回転磁界により、電気伝導体回転子誘導電流が発生し滑りに対応した回転トルクが発生する。

入力される交流電源の種類によって、単相誘導電動機と三相誘導電動機に大別され、一般的には特別な工夫なしで回転磁界を得ることができる三相交流を用いる。

同じ交流電動機である同期電動機と比較して、脱調することがないため、トルク変動の大きい負荷に向いているとされるが、滑りによりトルクを得る原理上、過去においては回転速度制御が困難になる点が短所とされていた。ただし、この点については近年のパワーエレクトロニクスの発展により、インバータ回路で回転数を自在に制御可能となったことで、ほぼ解消されている。

歴史[編集]

ベオグラードのテスラ博物館に展示されているテスラの最初の誘導電動機の模型

1824年、フランスの物理学者のフランソワ・アラゴ回転磁界の存在でアラゴーの円板を作り、1879年この効果を利用してWalter Bailyが手動で回転を切り替える原始的な誘導電動機を作った。[1][2][3][4] 最初の交流無整流子電動機ガリレオ・フェラリス英語版ニコラ・テスラによってそれぞれ独立して発明され、実動する電動機の模型が1885年、1887年に実演された。テスラは1887年にアメリカの特許を出願して1888年5月にこれらの特許のいくつかを取得した。1888年4月Royal Academy of Science of Turin にフェラリスの交流多極電動機の運転の詳細に関する研究を出版した。[4][5] 1888年5月は技術論文A New System for Alternating Current Motors and Transformersアメリカ電気学会 (AIEE)に投稿した。[6][7][8][9][10] 3形式の4極固定界磁電動機が記述された:1番目は4極回転子で自己起動できないリラクタンスモータで、2番目は自己起動可能な誘導電動機と3番目は回転子の界磁を励磁するために直流を供給する真の同期電動機だった。当時、交流送電を開発していたジョージ・ウェスティングハウスは1888年にテスラの特許の権利を取得してフェラリスの誘導電動機の概念と合わせた。[11] テスラは同様に1年間相談役を引き受けた。ウェスティングハウスはテスラの補助を目的として後にウェスティングハウスの誘導電動機の開発を引き継ぐことになるC. F. Scott英語版を雇用した。[6][12][13][14] Mikhail Dolivo-Dobrovolsky英語版は1889年に信念をもってかご形誘導電動機と三相変圧器の開発を売り込んだ。[15][16] しかしながら、彼はテスラの電動機は二相脈流なので実用的ではなく、彼の三相式の方が優れていると主張した。[17] 1892年にウェスティングハウスが最初の実用的な誘導電動機を開発し、1893年に60ヘルツの多極誘導電動機を開発したものの、これらの初期のウェスティングハウスの電動機はB. G. Lamme英語版によって開発された回転軸に巻線を備えた二相式電動機だった。[6] ゼネラル・エレクトリック (GE)は1891年に三相交流式電動機の開発を開始した。[6] 1896年以降、ゼネラルエレクトリックとウェスティングハウスは後にかご型回転子と称される棒巻線設計のクロスライセンスに同意した。[6] Arthur E. Kennelly英語版は初めて完全なサイン波 "i" (-1の平方根) の90°回転を交流問題の複素数解析に取り入れた。[18] GEのCharles Proteus Steinmetz英語版は交流の今では常識になっている誘導電動機のSteinmetz equivalent 回路を開発した。[6][19][20][21] 誘導電動機はこれらの発明と革新により1897年当時に同じ寸法で7.5馬力だったものが今では100馬力を出せるようになった。[6]

構造[編集]

  • 回転子:誘導電流を流して回転力を得る
  • 固定子:鉄心と巻線からなり、固定子枠で保持する

動作原理[編集]

三相電力の供給で回転磁界が誘導電動機内にできる
すべり現象では界磁の回転周波数と回転子の回転速度が一致しない

アラゴーの円板の原理で、磁石を回転させるかわりに固定子の巻線の交流電流による回転磁界を用いる。

誘導電動機の分類[編集]

仕様[編集]

  • 極数:固定子の磁極数。例えばN、Sが2組あれば4極である。
  • 周波数:固定子巻線の交流の周波数。
  • 同期速度:回転磁界の速度。
  • 回転速度:回転子の速度。
  • 相対速度:同期速度と回転速度の差。
  • 滑り:相対速度と同期速度との比。
  • 滑り周波数:回転子巻線の交流の周波数。
  • トルク:固定子の電圧の二乗に比例する。
    • 始動トルク:回転子の速度が0のときのトルク。
    • 停動トルク:滑りに対しての最大トルク。

関連項目[編集]

出典[編集]

  1. ^ Babbage, C.; Herschel, J. F. W. (Jan 1825). "Account of the Repetition of M. Arago's Experiments on the Magnetism Manifested by Various Substances during the Act of Rotation". Philosophical Transactions of the Royal Society 115 (0): 467–496. doi:10.1098/rstl.1825.0023. Retrieved 2 December 2012. 
  2. ^ Thompson, Silvanus Phillips (1895). Polyphase Electric Currents and Alternate-Current Motors (1st ed.). London: E. & F.N. Spon. pp. 261. http://archive.org/stream/polyphaseelectri00thomuoft#page/n5/mode/2up 2012年12月2日閲覧。. 
  3. ^ Baily, Walter (June 28, 1879). "A Mode of producing Arago's Rotation". Philosophical magazine: A journal of theoretical, experimental and applied physics (Taylor & Francis). 
  4. ^ a b Vučković, Vladan (November 2006). "Interpretation of a Discovery". The Serbian Journal of Electrical Engineers 3 (2). Retrieved 10 February 2013. 
  5. ^ Ferraris, G. (1888). "Atti della Reale Academia delle Science di Torino". Atti della R. Academia delle Science di Torino. XXIII: 360–375. 
  6. ^ a b c d e f g Alger, P.L.; Arnold, R.E. (1976). "The History of Induction Motors in America". Proceedings of the IEEE 64 (9): 1380–1383. doi:10.1109/PROC.1976.10329. 
  7. ^ Froehlich, Fritz E. Editor-in-Chief; Allen Kent Co-Editor (1992). The Froehlich/Kent Encyclopedia of Telecommunications: Volume 17 - Television Technology to Wire Antennas (First ed.). New York: Marcel Dekker, Inc.. p. 36. ISBN 0-8247-2902-1. http://www.amazon.com/Froehlich-Kent-Encyclopedia-Telecommunications-Television/dp/0824729153#reader_0824729153 2012年12月2日閲覧。. 
  8. ^ The Electrical Engineer (21 Sep 1888). . . . a new application of the alternating current in the production of rotary motion was made known almost simultaneously by two experimenters, Nikola Tesla and Galileo Ferraris, and the subject has attracted general attention from the fact that no commutator or connection of any kind with the armature was required. . . .. Volume II. London: Charles & Co.. p. 239. http://books.google.ca/books?id=_KvmAAAAMAAJ&pg=PA239&lpg=PA239&dq=The+electrical+engineer+1888+by+two+experimenters,+Nikola+Tesla+and+Galileo+Ferraris&source=bl&ots=O9MmzKi-0t&sig=GQS21Uaduwa2VUfA55rO7bx7LgM&hl=en&sa=X&ei=fdG6UMrVNImBywHy44AI&ved=0CE0Q6AEwBg#v=onepage&q=The%20electrical%20engineer%201888%20by%20two%20experimenters%2C%20Nikola%20Tesla%20and%20Galileo%20Ferraris&f=false. 
  9. ^ Ferraris, Galileo (1885). "Electromagnetic Rotation with an Alternating Current". Electrican 36: 360–375. 
  10. ^ Tesla, Nikola; AIEE Trans. (1888). "A New System for Alternating Current Motors and Transformers". AIEE 5: 308–324. Retrieved 17 December 2012. 
  11. ^ Jill Jonnes, Empires of Light: Edison, Tesla, Westinghouse, and the Race to Electrify the World, Edison Declares War
  12. ^ Electrical World, Volume 78, No 7. page 340
  13. ^ Klooster, John W. (30 July 2009). Icons of Invention the Makers of the Modern World from Gutenberg to Gates.. Santa Barbara: ABC-CLIO. p. 305. ISBN 978-0-313-34744-3. http://books.google.com/books?id=WKuG-VIwID8C&pg=PA305&lpg=PA305&dq=tesla+hired+by+westinghouse&source=bl&ots=KDI0aTz0EK&sig=oct2jnPyWkQ3qvUR-JmstK9F0FI&hl=en&sa=X&ei=jRwxUKK3LtS80QHjxoGYAg&sqi=2&ved=0CEEQ6AEwAw#v=onepage&q=tesla%20hired%20by%20westinghouse&f=false 2012年9月10日閲覧。. 
  14. ^ Day, Lance; McNeil, Ian; (Editors) (1996). Biographical Dictionary of the History of Technology. London: Routledge. p. 1204. ISBN 0-203-02829-5. http://books.google.ca/books?id=n--ivouMng8C&pg=PA1204&lpg=PA1204&dq=tesla+induction+motor+patent&source=bl&ots=CwZdCXFBMs&sig=yHtXcB6ukl3dO26c73h884URzsI&hl=en&sa=X&ei=1VpOUKCPAaLv0gGb14HwAw&redir_esc=y#v=onepage&q=tesla%20induction%20motor%20patent&f=false 2012年12月2日閲覧。. 
  15. ^ Hubbell, M.W. (2011). The Fundamentals of Nuclear Power Generation Questions & Answers.. Authorhouse. p. 27. ISBN 978-1463424411. http://www.amazon.com/Fundamentals-Nuclear-Power-Generation-Questions/dp/1463424418. 
  16. ^ VDE Committee History of Electrical Engineering IEEE German Chapter (January 2012). 150th Birthday of Michael von Dolivo-Dobrowolsky Colloquium 13. Retrieved 10 February 2013. 
  17. ^ Dolivo-Dobrowolsky, M. (1891). ETZ 12: 149, 161. 
  18. ^ Kennelly, A. E. (Jan 1893). "Impedance". Transactions of the American Institute of Electrical Engineers X: 172–232. doi:10.1109/T-AIEE.1893.4768008. 
  19. ^ Steinmetz, Charles Porteus (1897). "The Alternating Current Induction Motor". AIEE Trans XIV (1): 183–217. Retrieved 18 December 2012. 
  20. ^ Banihaschemi, Abdolmajid (1973). Determination of the Losses in Induction Machines Due to Harmonics. Fredericton, N.B.: University of New Brunswick. pp. 1, 5–8. http://dspace.hil.unb.ca:8080/bitstream/handle/1882/44564/Thesis%20E%2054.pdf?sequence=4. 
  21. ^ Steinmetz, Charles Proteus; Berg, Ernst J. (1897). Theory and Calculation of Alternating Current Phenomena. McGraw Publishing Company. http://openlibrary.org/books/OL7218906M/Theory_and_calculation_of_alternating_current_phenomena. 

外部リンク[編集]