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交流モーター

昨日に引き続き、今日は交流モーターについて解説していきます。
一般に知られているモーターは直流の電気で動く直流モーターですが、最近の鉄道車両では交流で動く交流モーター、中でも「誘導電動機」(インダクションモーター)が主流になってきています。交流モーターのしくみを説明すると、「U」形の永久磁石の開いたところに銅の円盤をはさみ、(磁石と円盤は触れていない)磁石をまわすと、銅板も同じ方向に回ります。磁石の動きによって銅板に生じる電磁誘導と、磁石の磁界によって回転力が生じるのです。
しかし、実際には、永久磁石と銅板の代わりに、「ローター」という筒状のものに「ステーター」という鉄板を重ねたものを組み合わせたものになっています。ローターには、120度間隔で3つのコイルが付いています。なぜコイルが3つなのかというと、それはここで登場する「三相交流(さんそうこうりゅう)」という交流電流を使うからです。
交流は一定のサイクルで+と-が入れ替わります。(たとえば周波数が60ヘルツの交流なら1秒間に60回入れ替わります)一定のサイクルでの運動は、その運動の状態が波で表され、その波の形を波形といいます。もちろん、交流の電気も波で表されるのですが、三相交流の場合、同じ波形の3つの波が3分の1サイクルずつずれて運動しています。そのため電線も3つあります。そして、それぞれの波を「U相(そう)」「V相」「W相」といいます。
そして、その3つの電線を、ローターの3つのコイルにそれぞれつなぎ、3つのコイルに順番に電気を流すとローターが回転し、モーターが動くのです。交流モーターは交流の周波数(1秒間に+と-が入れ替わる回数)が変わると回転数が変わるという性質があります。そこでインバータを使って交流の周波数を変えてモーターの回転数をコントロールするのがVVVFインバータ制御なのです。