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初級講習用指導書(電気機器編)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


(1)回転磁界の回転速度(同期速度)
 回転磁界は2・1で述べたように発生するのでその回転速度は次の式で示される。
Ns:回転数毎分〔min−1
 同期回転数毎分という。
P:磁極数
f:周波数〔Hz〕
 上式から分かるように、磁極数が定まれば回転速度と周波数とは常に比例関係にあるところから、この状態を同期といい、この場合の速度を同期速度という。
(2)回転子の回転速度・すべり・トルク
 もしも、回転子の回転速度と固定子の回転磁界の同期速度が一致していれば、回転子の導体は少しも磁束を切らないから、その回路には電流が流れない。そのために
トルクT=Kφl2〔N−m〕のトルク式からわかるように
K:定数
φ:毎極の磁束数
I2:二次電流(回転子電流)
 トルクが発生するためには負荷に応じて回転速度が図2.43のように減少すればトルクが増加する。図2.44はこの状態を示している。
図2.43
 
図2.44
 図2.43において同期速度(Ns)と全負荷回転速度(N)との差に対する同期速度との比をすべり(スリップ)といい、百分率で表す。
次式はこれを示す。
(Ns−N)=sNs〔min−1
N=(1−s)Ns
 上式からわかるように、すべりs=1のときは回転子は停止、s=0のときはN=Ns即ち回転子が同期速度で回ることを意味する。実際にはこの速度で回ることはない。図2.44はすべりとトルクとの関係を示したものである。
 上記のトルクの式はまた次の式で表すこともできる。
 この式からわかるように誘導電動機のトルクは回転子電圧E2の自乗に比例し、回転子回路の抵抗r2、リアクタンスX2及びすべりsによって変化することが分かる。この式から停動トルク(最大トルク)Tmを計算で求めると、
すべりが、s=r2/X2のときが最大トルクである。(図2.44参照)この最大トルクを境にして右側の曲線範囲内では安定運転ができ、左側の場合は不安定運転である。
 巻線形誘導電動機ではこの最大トルクを始動時に移すことができる。そのためには巻線形回転子に始動用抵抗を付加し、始動時にはこれを使用し、運転時にはこれを短絡して除去する。図2.44中の破線のトルク曲線は始動時の場合を示す。
 例えば、巻線形誘導電動機があって、その回転子一相の抵抗が0.3〔Ω〕、もれリアクタンスが1.5〔Ω〕である。この場合最大トルクを始動時に発生させるために、挿入する外部抵抗の値を求めると、
最大トルクの条件は2・4・1(2)における式即ち
s=r2/X2によって、始動時ではs=1であるから
r2=X2となる。この式において外部抵抗r0とすれば
r0+0.3=X2となる。
よってr0+0.3=1.5から
r0=1.5−0.3=1.2〔Ω〕
したがって、外部抵抗として、1.2〔Ω〕を挿入すればよい。
 
(1)回転子構造による分類
 回転子の構造によって、かご形と巻線形に分けられる。巻線形回転子は、その巻線を回転子鉄心に対して絶縁し、スリップリングとブラシを介して外部に接続できるようになっている。巻線形電動機は回転子巻線に外部抵抗を接続することにより、始動トルク及び加速トルクを必要に応じ変えることができるばかりでなく、始動電流も大幅に抑制することができるので、重トルク負荷を頻繁に発停させる必要のある場合又は極度に始動kVAの抑制を必要とする場合等の限られた用途に使用される。かご形回転子の巻線は回転子鉄心の溝にアルミニウムの鋳込み又は銅バーの挿入等の方法により形成され、絶縁が施されていないので、回転部は構造簡易で、機械的に堅固のため、かご形誘導電動機は連続運転に対する耐久性が非常にすぐれており、一般の駆動動力として広く使用される。
 船用の三相かご形誘導電動機のトルク特性についてはJEM1277−98(船用低圧三相誘導電動機)が下記のように規定している。
(拡大画面:61KB)
注:プルアップトルクとは電動機が零速度から停動トルクに相当する回転速度の間で軸端において発生するトルクの最小値をいう。
(2)外被形式と出力による分類(JEM)
 船用として一般的に使用されるかご形誘導電動機については、JEM1410−92(船用低圧三相かご形誘導電動機の寸法)にて外被形式別及び据付形式別に定格出力、絶縁の耐熱クラス、主要寸法等を規定しており、その規定の範囲は次の通りである。
 
外被形式 極数 絶縁の耐熱クラス 出力(kW)
横形 フランジ形
保護形:IP22 (自由通風形:IC01) 2.4 E 0.75〜1.5 1.5〜3.7
B 5.5〜30 5.5〜30
F 37〜200 37〜132
6 E 0.75〜2.2 1.5〜2.2
B 5.5〜18.5 3.7〜18.5
F 22〜160 22〜110
8 F 30〜110 30〜75
2.4 E 0.2〜3.7 0.2〜3.7
B 5.5〜22 5.5〜22
全閉形:IP44(外被表面冷却自力形:IC411) F 30〜200 30〜132
6 E 0.4〜2.2 0.4〜2.2
B 3.7〜15 3.7〜15
F 18.5〜160 18.5〜110
8 F 30〜110 30〜75







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