三相誘導電動機の基本、構造、動作原理を解説し、工業や家庭用アプライアンスでの応用を紹介する記事です。
三相誘導電動機の基本
三相誘導電動機は、現代の工業において最も一般的に使用されている電動機の一種です。これは、その単純さ、頑丈さ、そして高い効率性によります。三相誘導電動機は、交流（AC）電力を用いて機械的エネルギーを生み出し、多種多様な機器や機械を動かします。
三相誘導電動機の構造
この電動機は主に二つの主要部分から成っています：固定された部分の「ステータ」と回転する部分の「ロータ」です。ステータには巻線があり、三相の交流電源が接続されています。電流がこの巻線を流れると、回転磁場が生成されます。ロータはステータの内側に位置し、この回転磁場によって誘導された電流によりトルクが生産され、ロータが回転します。
三相交流と回転磁場
三相交流とは、3つの交流電源のことで、それぞれが同じ周波数と振幅を持ち、互いに120度の位相差を持っています。これら3つの電源がステータの巻線に接続されると、時間的にも空間的にも均一に変化する回転磁場が生成されます。この回転磁場がロータに電磁誘導を引き起こし、ロータを回します。
電磁誘導の原理
電磁誘導の原理は、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいています。この法則によると、磁場が変化するとき、それに垂直な閉じた回路に電圧が誘導されます。つまり、ステータによって生成された回転磁場がロータの導体を通過することで、ロータ内に誘導電流が流れ、そしてロータは動き始めます。
スリップとは
三相誘導電動機において、「スリップ」は非常に重要な概念です。スリップとは、ステータの回転磁場の速度とロータの速度の差のことを示し、以下の式で表されます：
\[ スリップ(s) = \frac{（同期速度 – ロータ速度）}{同期速度} \]
ここで、同期速度はステータによって生成される回転磁場の速度です。スリップは、ロータにトルクを生じさせる電磁誘導を可能にします。
三相誘導電動機の利点
- 単純な構造
- 高い信頼性と低い保守コスト
- 高効率
- 自動始動能力
以上の特性により、三相誘導電動機は機械装置や工業プロセス、さらには家庭用アプライアンスまで、多岐にわたる用途で利用されています。その理解は、エンジニアリングや物理学を学ぶ際の基礎を形成し、より複雑な電気システムへの入門となります。
