単相誘導電動機

単相誘導電動機：動作原理と様々な始動方式

単相誘導電動機は、家庭用電源など単相交流電源を用いて動作する電動機です。三相誘導電動機と異なり、単相交流電流のみでは回転磁界を発生させることができないため、独自の始動方法が用いられます。

動作原理

単相誘導電動機は、固定子に巻かれた主巻線と補助巻線（始動巻線）によって磁界を発生させます。電源を投入すると、主巻線に交流電流が流れ、脈動する磁界を発生させます。この脈動磁界は、回転磁界と非回転磁界の合成で表現できます。単相交流電流のみでは回転力が得られないため、始動時には補助巻線を利用して回転磁界を発生させ、回転を開始します。
一度回転が始まると、回転子と磁界の相互作用によって回転が維持されます。

始動方式

単相誘導電動機の始動方式には、以下の種類があります。それぞれ、始動トルクや始動電流、コストなどの特性が異なります。

1. 分相始動

分相始動は、主巻線と抵抗を直列に接続した始動巻線を用いることで、位相の異なる磁界を発生させます。この位相差により回転磁界が生成され、電動機が回転を開始します。始動後は、遠心スイッチによって始動巻線が切り離されます。始動トルクは比較的低く、始動電流も大きくなります。

2. コンデンサ始動

コンデンサ始動は、始動巻線と直列にコンデンサを接続することで、主巻線との位相差を大きくし、より大きな回転磁界を発生させる方法です。分相始動に比べて始動トルクが大きく、始動電流が小さくなります。コンデンサ始動には、始動時のみコンデンサが接続されるタイプと、運転時にもコンデンサが接続されたままのタイプがあります。

3. 反発始動

反発始動は、回転子に整流子巻線と、かご形導体を組み合わせた構造を用います。始動時には整流子巻線が交流電流によって回転を始める反発形交流整流子電動機として動作し、ある程度の回転速度に達すると、遠心スイッチによって整流子が短絡され、かご形導体による誘導電動機として運転されます。

4. くま取り巻線形

くま取り巻線形は、固定子の一部に特殊な巻線（くま取り巻線）を配置することで、磁界の位相をずらし、回転磁界を発生させる方法です。この方法では、構造が複雑になるものの、比較的大きな始動トルクを得ることができます。

分類

単相誘導電動機は、始動方式に基づいて以下のようにも分類できます。

分相始動型電動機: 分相始動を用いる電動機。
コンデンサ始動型電動機: コンデンサ始動を用いる電動機。コンデンサ始動電動機とコンデンサ始動コンデンサ電動機、コンデンサ電動機に分類できます。コンデンサ始動電動機は始動時のみコンデンサを使用し、運転時には切り離されます。コンデンサ始動コンデンサ電動機は、始動時は2つのコンデンサが並列に接続され、運転時には1つが切り離されます。コンデンサ電動機は、始動時と運転時を通してコンデンサが接続されています。
反発始動型電動機: 反発始動を用いる電動機。
くま取り巻線型電動機: くま取り巻線を用いる電動機。

まとめ

単相誘導電動機は、始動方式によって様々な特性を持つため、用途に応じて適切な電動機を選択することが重要です。それぞれの始動方式の特徴を理解し、最適なものを選ぶことで、効率的で信頼性の高いシステムを構築できます。 家庭用電化製品から産業用機器まで、幅広く利用されています。

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