1.電気と電動機の基本
 1−1 直流と交流

 1−2 3相交流

 1−3 電力の送電、配電(電力系統)と動力電源系統

2.電動機とその使い方
 2−1 電動機(モータ)はどのように廻り、力(トルク)を出すのか?
     
   →電動機の基本原理と性質
 

 2−2 電動機と負荷機械

  2−3 電動機の顔ぶれ

  2−3−1 電動機の種類

  2−3−2 直流電動機

  2−3−3  同期電動機         

  2−3−4 誘導電動機

      かご形誘導電動機

      巻線形誘導電動機

  2−4 電動機の使い方

    2−4−1 直流電動機の使い方

   2−4−2 かご形誘導電動機の使い方

       3相交流動力電源に直接接続して始動、運転をする

       可変電圧可変周波数(VVVF)装置による回転数制御

   2−4−3 巻線形誘導電動機の使い方

    2次抵抗制御

   2次電圧制御
         
  2−4−4 同期電動機の使い方
   3相交流電源に直接接続して始動、運転をする
 
同期電動機は電動機の回転子の設けられている磁極の回転周波数と固定子の電機子コイルに与えられる周波数が一致して初めてトルク発生するので、商用3相電源を電機子コイルに接続しても、始動トルクは発生しませんので、始動できません。これが、同期電動機を商用電源系統に接続し、一定速で運転する場合、大きな課題になります。始動方法はとしては2つの方法があります。
  1.誘導機始動
 
同期電動機の回転子の磁極の表面には磁束の急変を防ぐためのダンパーバーが設けられておりこれを誘導電動機の2次バーとして誘導電動機として始動する方法です。通常、同期電動機は3000kW以上の大容量用途に適用されますが、この始動方式は10,000kW以下で安価な方法として使われますが、始動時の電源電圧降下や電動機の磁極の過熱などを十分検討する必要があります。始動方式としては、コンドルファ始動が多く適用されます。(2−4−2を参照下さい。)
  2.低周波始動
 可変電圧可変周波数(VVVF)電源を用いて、静止時より、同期電動機として始動するもので、高価ですが、電動機、電源に与える影響が少ないものです。歴史的にはM-Gset(電動発電機)、LCI(負荷転流型インバータ)が使われて来ましたが、最近ではIGBTインバータも使われているようです。動作はVVVFによる回転数と同じですので、次項を参照願います。

   可変電圧可変周波数(VVVF)電源による回転数制

   可変電圧誘導電動機は1次巻線に接続されている3相交流で、磁束を発生し、誘導作用で2次回転子バーに2次電流が流れ電機子電流に
なります。依って1次の磁束を位置を基準とし電機子電流(トルク分電流も制御できます。しかし、同期電動機は電機子巻線に接続されている3相交流  とは別の直流電源で励磁(永久磁石の場合は励磁回路不要)しております。したがって、磁束の位置を検出し、それに合わせて、電機子電流を流して  やる必要があります。

図2.27同期電動機VVVF制御概念図

  同期電動機は電機子電流
iSと磁束Φが直交して、電動機の接線方向の力Fを、すなわち、トルクを発生させます。磁極と電機子巻線の機械的位置を検出し、VVVF電源より、電機子巻線の電流を流しますとトルクを発生し、回転し始めます。回転数が上がるに従い、結果的に、VVVVF出力周波数も上がります。VVVF出力電圧も、電動機の磁気飽和を防ぐために、周波数に比例して上げます。
 
  同期回転数で常に回転しますので、電機子電流に比例したトルクをどの回転速度でも出せます。誘導電動機ではは1次巻線に磁束を作る遅れ無効電流の励磁電流も流れますので、1次の入力皮相電力が大きくなり、1次電流も大きくなります。これに対し、同期電動機は励磁電流は直接、直流で与えられますので、励磁電力は極めて小さくなります。永久磁石同期電動機(PMSM)はこの励磁電流も要りません。そして、ほとんどの同期電動機の磁極は凸極ですので、磁極間の反発によるリラクタンストルクも発生し、加算されます。このため、必要なVVVFの電源容量は誘導電動機に比べ、小さくできます。電動機自身も誘導電動機に対し、小さくなり、効率も高くなります。依って、同期電動機は2000〜3000kWの大容量用途でもっぱら、使われて来ましたが、PMSMは電動機、VVVFインバータの小型軽量化と効率を極限まで追求する電気自動車、ハイブリッド自動車に適用されています。また、ほぼ静止状態からトップ速度まで、力行トルク、制動トルクまで、きちんと出すことが出来るのも優れた特徴です。最近、電車への適用も注目されていますが、電動機毎にVVVFインバータを必要としますので、かご形誘導電動機に比べ、コストアップが課題と言えます。


(2013-8-25)作成 

 

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