三相誘導電動機

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資料紹介

1　目的
　実験を通じて、三相誘導電動機の基本特性を理解する。
2　原理
　まず、磁界の回転による磁石の回転を図１に示す。
図１：磁界の回転による磁石の回転
　この図１より、何らかの方法で磁界を回すと、相対速度　が現れる事が分かる。すると次に起電力e(　×　)が発生し、それに伴って回転子電流Iも流れ始める。そしてそれらの向きとフレミングの左手の法則から、力fが発生し、磁石を回転させるという事が分かる。
　尚、この時の回転磁界及び回転子の回転速度をNs[rpm],N[rpm]で表し、特にNsの値は周期(周波数)によって変化する。そのNsは
　　　　　Ns＝120f／p　　　　　(1)
と表す事ができ、更にこのNsとNから
　　　　　s＝(Ns－N)／Ns　　　　　(2)
という式も立てられる。この時のpを極数,sをすべりといい、sはNsとNの相対差を表す。
　次に、三相交流の図を図２(a),(b)に示す。
　　　　　　 (a) (b)
図２：三相交流の図
　これらの図(a),(b)より、三相交流における時間に対して変化する磁界の向きを捉える事が出来る。
　また、三相誘導電動機においては出力Pout,トルクT,力率cosφについて以下の式が成り立つ。
　　　　　Pout＝0.2565・N・w　　　　　　(3)
　　　　　cosφ＝{Pi／(√3・V・I)}×100　　　　　(4)
尚、この時w[kg]は動力計のはかりの指示値、Pi[W]は入力、V[V]は印加電圧である。
　最後に、電動機のパワーフロー図を以下の図３に示す。電動機は電力というエネルギーPiを入力されて機械エネルギーPoutを出力する変換機であるが、図３にも示したように入力Piがそのまま出力される事はなく、そこには損失が発生する。損失には機械損と電力損(１次銅損,２次銅損)があり、それらを合わせたものが全損失となる。従ってこれらの関係を考えると、効率ηは
　　　　　η＝(Pout／Pi)×100　　　　　　(5)
という式で表す事が出来る。
図３：電動機のパワーフロー図
3　使用器具
　電力計　1台　2042　61AP0013　YOKOGAWA
　電圧計　2台　2013　61AE0179　 YOKOGAWA
　　　　　　　　2011　61AA00257　 YOKOGAWA
　電流計　5台　2013　61AE0022　 YOKOGAWA
　　　　　　　　2013　61AE7721　 YOKOGAWA
　　　　2013　60AE7802　 YOKOGAWA
　　　　2011　70AA06650　 YOKOGAWA
　　　　2011　70AA06652　 YOKOGAWA
　発電装置　1台　MG-PS-110P　2772　SEIKOSHA
　電気動力計　1台　DM-3　2775　 SEIKOSHA
　単相抵抗負荷装置　1台　LR-3S　27752　 SEIKOSHA
　界磁調整器　1台　D-97692　27751　 SEIKOSHA
　変圧器　1台　S3P-240-15　 YAMABISHI
4　実験方法
　実験回路を図4.1に示す。
4.1)　無負荷試験
　交流電圧調整器のつまみを回して印加電圧の60Vとする。このときの各相の電流、電力、回転数を記録する。電圧を20Vずつ増やして印加電圧が240Vになるまで同様の実験を繰り返す。
4.2）負荷試験
　交流電圧調整器を調整して印加電圧を200Vとする。界磁電流が1.2Aになるように界磁調整器を調整する。また、負荷抵抗を調整して発電機の電機子電