「回転磁界」とは、誘導機と同期機の固定子部分に用いられるもので、
磁極が「機械的には回っていない」けど「電気的には回っている」
状態を作り出すものと理解しています。「回転磁界」という言葉が電験では当たり前に出てきて、使われますが概念が理解できていなければ回転原理も分からないし、論説問題も意味がわかりません。交流回転機のベースをこの世で一番分かりやすく、概念が理解できる資料です。
必読です。
管理人も人に交流の回転機を説明するときには必ず使わせてもらっている資料です。ぜったい読んでもらいたい資料です。
回転磁界の話
皆様こんにちは
普段お世話になっている、誘導電動機ですが、今回はこの仕組みの話（の一部）です。
誘導電動機の中では「回転磁界」が出来ていますが、これがどうして出来るのかが、参考書を読んでも良く解りません。小生のアタマが悪いのだ思いますが、参考書に書いてある説明では無く、別の考え方をすると理解することが出来ます。
回転磁界の原理が解ったところで、仕事に役に立つとは思えませんが、まぁ知らないより知っていた方が良い程度で御読み下さい。
又、下記解説の中には胡散臭い部分が沢山有ります。
騙されないように注意深くお読み下さい。
平成 鹿年 骨月 吉日
貧電工附属 サイタマ・ドズニーランド大学 学長 鹿の骨 記
回転磁界の概念図
早速ですが、下図を見て下さい。
これが、回転磁界の原理図（概念図）です。
赤い色と青い色がＮ極とＳ極を示します。
このままでは当然の話として、何の役にも立ちません。
馬蹄形磁石を手で回していたら、電動機にはなりません。
この馬蹄形磁石の代わりのものを電気的に作ります。
つまり回転磁界をどうやって作るかと言う話へ続きます。
次項へ続く。
回転磁界の作り方
今度は下図に示すような「電磁石」を用意します。
かなり変な格好をしていますので、ヨ～ク見て下さい。
取り敢えず直流電源を繋いで見ました。
緑矢印→は磁力線の流れを示し、赤い矢印→は電流の流れを示します。
この様に、空間を（一定の）磁力線が流れている事に両者の差は有りません。
従って、上記の電磁石を手で回せば、最初の馬蹄形磁石を回したことと同じ事になります。
でも、手で回したのでは意味がありませんのでこの位にして次に進みます。
今度はこの電磁石に交流電圧を加えて見ましょう。
電磁石の強さは流れる電流に比例します。（厳密にはこうはなりませんが、細かいことは無視。）
交流電源ですから、流れる電流の大きさ及び方向は変化します。
この変化に応じた磁力線の様子を見ましょう。
左のグラフはこの回路に流れる電流の変化を示したものです。
この様に電流が変化する場合右の電磁石の磁力線はどの様に変化するかを見ます。
電流がＡ点にある場合の磁力線の状態です。
電流値が０ですから、磁力線も０になります。
電流がＣ点にある場合の磁力線の状態です。
電流値が最大値になる点です。
電流値が最大値ですから、磁力線の強さも最大になります。
電流がＤ点にある場合の磁力線の状態です。
電流値が最大値を通過して半分になる点です。
電流値が最大値の半分ですから、磁力線の強さも半分になります。
電流がＥ点にある場合の磁力線の状態です。
電流値が０ですから、磁力線も０になります。
電流がＦ点にある場合の磁力線の状態です。
電流方向がＡ～Ｅと異なり、反対方向になります。
従って、磁力線の向きも反対になります。
電流値の大きさは反対向きの最大値の半分ですから、磁力線の強さも反対向きの半分になります。
電流がＧ点にある場合の磁力線の状態です。
電流値が反対方向の最大値になる点です。
電流値が反対方向の最大値ですから、磁力線の強さも反対方向の最大になります。
電流がＨ点にある場合の磁力線の状態です。
電流値の大きさは反対向きの最大値の半分ですから、磁力線の強さも反対向きの半分になります。
電流がＩ点にある場合の磁力線の状態です。
Ａ点と同じです。磁力線は０になります。
今度は下図に示すように「電磁石」を３組用意します。
これを一つの電磁石としてまとめます。
下図のようになります。
図がゴチャゴチャしていますがヨーク見て下さい。
この回路に三相電源を加えます。各相の電流は下図のようになります。
各相をＲ相、Ｓ相、Ｔ相とします。
時刻ｔ1のタイミングから検証を始めます。
グラフの値をよく見ると解りますが、ＲＳＴ各相の電流は次のようになっています。
Ｒ相：順方向の最大値
Ｓ相：逆方向の最大値の半分の値
Ｔ相：逆方向の最大値の半分の値。
従って、磁力線の分布は下記のようになります。
磁石の内部は省略しました。空間の部分に注目して下さい。
回転磁界の磁力線のベクトル和
と言うことで、磁力線のベクトル和の話です。
詳しいことは良く解らないのですが、磁力線も電流と同様にベクトルとして解析できます。
上記の図のようにベクトルを直行する２つのベクトルに分ける事が出来ます。
この原理を利用して前ページの空間の磁力線を解析します。
下図に空間部分のみを記載します。
前項の図をもう一度記載すると・・・。
従って
この磁力線の強さは、Ｒ相単独で出来る磁力線の１．５倍になっています。
今度は t2 のタイミングです。
もう一度整理して時刻ｔ1～t7までの結果を示すと下図のようになります。
回転磁界の原理
これが回転磁界の原理です。
つまり、
馬蹄形磁石に軸を付けてグルグル回すのと全く同じ結果を、
三相交流の電流とコイルで作り出すことが出来ます。
此処まで解ったところで、別の事を考えます。
二相交流（90度位相の単相×２）で回転磁界
「三相電源で回転磁界が出来ることは解った。他に方法は無いのか？」を考えます。
回答は「ある！！」になります。
「二相交流」という電源を使用すると、回転磁界を作る事が出来ます。
二相交流は普段はお目にかかりません。
どんなものかというと、一言で言えば、９０度位相の単相×２です。
下図参照
この電源を使って、回転磁界が出来るかどうか検証しましょう。
下図の様に界磁巻線を巻いたものを用意します。
これに二相電源を繋ぎます。
この巻繊に下記のような電流を流した場合、果たして回転磁界は出来るのでしょうか？
下記のようなタイミングで検証します。
t1 のタイミングでは下図の様になります。
Ｌ1 相電流のみの磁力線の強さと同じものになります。
t2 のタイミングです。
t8 のタイミングです。
全部のタイミングを並べると下図になります。
この様に立派に回転磁界が出来ることが解ります。
この二相交流に依る回転磁界ですが、人類初の誘導電動機を発明したテスラーさんの誘導電動機は
この二相交流を電源としたものでした。
この方法は、皆さんご承知の通り、現在では主流になっていません。
さすがに天才テスラーさんでも、三相交流で回転磁界が出来ることが解らなかった様です。
意外な事実ですが、回転磁界を作る方法は二相交流による方法が先に出来て、後から改良型として
三相交流に依るものが出来ました。
単相誘導電動機の回転磁界
では、この二相交流に依る回転磁界は全く用いられないかというと、そうではありません。
単相電動機で回転磁界を得る方法として用いられています。
単相電源は、文字通り単相×１ですから、二相ではありません。
そこで、下図のようにコンデンサを設置して、擬似的に二相を得ています。
赤巻線に流れる電流はコンデンサの作用で、青巻線に流れる電流より進みます。
この場合、正確に９０度位相になっている必要は無く、位相がずれていれば良い様です。
但し、トルクの乱れが生じるので、出来るだけ９０度位相に近いものにします。
巻線の巻き方（分布巻・集中巻）
これで話は終わりではありません。まだあるよ・・・
電動機を分解してみると解るのですが、実際の巻線はこれまで説明してきた様な巻き方をしていません。
全然違う巻き方です。
実機の巻線の概念図を示します。
Ｒ相の部分のみを記載しました。
分布巻きは「全節巻」と「短節巻」に分かれます。
一般的には「短節巻」を用います。
これらに関する説明は日と場所を改めます。
一度に書くと、読む方も大変ですし、書く方はもっと大変です。
本日の講義はこれでおしまい。
くま取りコイル誘導電動機
下の写真は真愚さんが投稿されたものです。
くま取りコイル誘導電動機（単相誘導電動機の一種）の内、スケルトン型と呼ばれるタイプです。
赤い矢印の部分が「くま取りコイル」です。
この電動機を図に描くと下図のようになっているようです。
これでどうやって回転磁界又は回転磁界擬きが出来るの？
全くもってワケガワカラン。
回転磁界の話ＶＥＲ２
皆様こんにちは
前回は「回転磁界」の話をしました。今回は同じ回転磁界の話ですが、４極機がなぜ２極機と比較すると「回転数が半分」になるのかという話をします。
ご多分に漏れず、、下記解説の中には胡散臭い部分が沢山有ります。又、恐ろしくややこしい話になります。騙されないように注意深くお読み下さい。
尚、解説に当たり、「回転磁界の話」を理解されていることを前提とします。読んでいない方は、この書き込みを読む前に、「回転磁界の話」をお読み下さい。
宇宙元年 鹿月 骨日
貧電工附属 サイタマ・ドズニーランド大学（ＳＤＵ） 学長 鹿の骨 記
早速ですが、下図を見て下さい。
これは前回の話の最後の部分です。
なにやら怪しげな図ですが、上図２図が「よくよく見ると何となく似ている」ことをご理解下さい。
（本当は事実上全く同じ。）上記右図を変形して行きます。図説に当たり、コイルを下記のように書きます。
これを固定子に入れてみます。固定子の形が随分違います。図３と図４の磁束の分布はパッと見では全く違います。図３は分布磁束であり、図４は集中磁束です。
前回は図４の形で説明をしましたが、今回は図３の形で、解説をします。と言っても、コレジャァどうにもこうにもなりません。何じゃコリャです。
そこで、図３を下図のように簡略化して考えます。
この巻き方で三相分を巻くと下図になります。これで、回転磁界が出来るのでしょうか？
やってみましょう。
解析に当たり、図の描き方を少し変えます。図を横断していた電線は省略し、断面図のみを記載します。電線の断面に「×」が付いているものは、この瞬間に電流がこちら側から向こう側に流れていることを示します。「・」が付いているのはこの反対です。
下図はこの時に流れている電流が最大値の時を描いたものです。電源は交流ですから流れる電流は変化しますが、図７はＲ相の電流値が最大になる瞬間を描いています。
この様な描き方で、三相分の電流及び磁束軸を描いてみましょう。描き方及び解析方法は前回「回転磁界の話」の場合と同じです。下記の t1～t7 のタイミングで解析します。
t1 のタイミングから行きます。
図９～図１１は各相の電流に依る磁束軸を単独に描いたもです。これを単純に重ね合わせると、図１２になります。これをベクトル合成すると下図になります。ベクトル合成の仕方は「回転磁界の話」の場合と同じです。
次に t2 のタイミングを描きます。
前ページと同様の解析を行うと下図になります。
同様に t1～t7 のタイミングを描くと下記になります。電流の記載は省略します。
上記のように、１サイクルで１回転する回転磁界が出来ることが解ります。（t3 のタイミング以降の具体的な磁束軸配置は各自で作図を試みよ。）此処までの話は全て２極機の話です。
２極機ですから、この回転磁界の回転速度は、50Hz で 3000rpm、60Hz で 3600rpm です。
これから先はいよいよ４極機の話に入ります。
４極機にすると、この回転磁界の回転速度が半分になると言うのです。ホントカイネ？と思いますが、本当です。４極機の固定子は、２極機と違う構造になっています。下記に示します。
この様な固定子のスロットに下記のような巻き線を施します。ＲＳＴを２セット巻きます。
１セット目を図２１の様に巻き、２セット目を図２３の様に巻きます。結果として図２３の様になります。比較のために図６の２極機の場合を併記しました。
この様に４極機は２極機と比較すると、単純に２倍の巻き線を施しているのが解ります。この様な巻き線を施すと、回転磁界の回転数が半分になると言うのです。まことに不思議な話ですが、本当です。次項以降に解説を記載します。
この巻き線による磁束の分布を描くと下記のようになります。
取りあえず、Ｒ相のみを描いてみました。（図は適当に描いています。正確ではありません。）
この分布図のままでは解析が困難ですので、下図のように簡略化します。
なにやら胡散臭い図です。
図２６に示すように、磁束軸が４本の図が描けました。図２５の空間に分布した磁束分布を図２６に磁束が集中した分布図として描いて解析をすることにします。取りあえずＲ相のみを描きましたが、Ｓ相Ｔ相も考え方は同じです。
この図を基に、図８（３ページ）の電流値が t1～t7 のタイミングで、磁束がどうなるのかを解析し
てみます。
t1 のタイミングでは下図の様になります。Ｒ相の電流は順方向に 100%、Ｓ相及びＴ相の電流は逆方向に 50%です。
なにやら良く解らない分布図が出来ました。これを、次ページの様にベクトル合成します。
磁束軸だけを抽出すると図３１の様になります。これを図３２～３３の様なまとめ方をします。
同様にして、残りの９本をまとめると下図を得ます。
そうです。限りなくインチキ臭いのです。普通だったら下記のようにまとめるハズです。
なんで、この様なまとめ方をしないのか？理由は単純で「計算が合わないから。」が理由です。まとめた磁束軸は１．５倍の値になってもらわないと困る訳です。
インチキ臭いですねぇ～・・・。
何方かこれに理屈を付けて頂けませんか？ワカンナイのが正直なところです。
次は t2 のタイミングです。Ｒ相は順方法に 50%、Ｓ相は順方向に 50%、Ｔ相は逆方向に 100%です。図３６のような磁束分布になりますので、図３７の結果を得ます。
同様にして t1～t7 までを描くと下記になります。コイル電流の表示は省略します。
理解しやすいように、一つの矢印を赤色でしましました。ご覧の通り、この回転磁界は１サイクルで半周しか回りません。つまり、２サイクルで１回転になります。
ですから、４極機は２極機の半分の回転数になります。
ワカッタカナァ～？
多分良くワカンナイと思います。でも・・・本日の講義はこれにて終了！！
コメント