同期電動機はなぜ、回転子が停止した状態からは始動できないのか。

質問

標記について、始動巻線などを備えたものは別として、一般的に同期電動機は、回転子が停止している状態では、始動トルクが０であるから始動できないという記述がなされています。
しかし、なぜ、始動できないのかについての詳しい説明がない、当然であるかのような記述があります。
私が考えるところでは、界磁には励磁電流が流されることにより磁極が発生し、電機子（固定子）には三相交流が流され回転磁界をつくるので、磁力線の中を電流が流れることから、電機子導体にはフレミングの左手により力が作用するが、固定されていることから、反作用により界磁が回転するのではないかと思うのですが・・・・
なぜ回転しないのか、その原理を教えていただけないでしょうか。
なお、初めから回転している状態であれば、引き続き回転するというのはそれなりに理解できております。

回答No.4

foobar · ベストアンサー

＃１お礼欄に関して
周波数0から引っ張り挙げる場合（簡単のために、回転子の角度を知るセンサがあるとします）
・回転子の角度（界磁磁界の方向）から、若干ずれた角度に起磁力ができるよう固定子に電流を流します。（このときは直流電流）
・トルクが発生して、回転子が回り始めます。
・ここで、固定子の電流位相を回転子の角度に対して進みの状態を保持する（自動的に、固定子につながった電源の周波数は上がっていきます）と、回転子はどんどん加速し、目標速度まで持ち上げることができます。

周波数一定の電源での起動
回転子が静止しているとき、固定子に定周波の電源をつなぐと、平均値が0の脈動トルクが発生します。回転子の機械的な時定数よりも電源の周期があるていど長ければ、回転子は脈動トルクで加速されて、回転を始めることができます。
（さらに、電源を全電圧投入したときには、一時的に偏磁がおきて電流波形がひずみますので、これも始動に一役買っているかもしれません。）

回答No.3

foobar

まず、同期機のトルクは、回転子と電機子電流の角度差（位相差）で決まります。
回転子が停止（十分に慣性モーメントが大きくて、電源周期程度のトルクによる加速が無視できる程度の場合）、（角度をー180度から180度の範囲で表すと）位相差は0を中心にして正負対称になり、発生トルクも正負対称になって、平均トルクは0になります。

ただし、実際の電動機で単独の場合には、慣性モーメントはそれほど大きくなく（容量によりますが、時定数（各運動量/定格トルク）が数10m秒くらい以下の場合もあります）、電源半周期のトルクで十分加速できてしまい、商用周波数で起動できることもあるようです。

回答No.2

Denkigishi

私の勤務する専門学校には学生実験用に400Wの同期電動機がありますが、これは厄介なことに、電源投入で始動してしまいます。学生には授業で「同期機は自己始動できない」と教えているのに、実験室では始動するという困ったことが起きています。
また大型の同期機でもインバータを使った低い周波数の電源だと始動することが出来ます。
だから、同期機が原理的に必ず始動できないと考えるのは間違いです。回転子には慣性があるので、止まっている状態から動き出すには、ゆっくりした加速が必要なのです。ところが回転磁界は同期速度で回っていて、静止回転子から見ると、N極とS極が短時間で交互に掠めて行くので、停止している慣性の大きい回転子とは磁気的な結合が出来ないのです。慣性が小さいか或いは周波数がぐんと低ければ始動は可能です。

お礼

ありがとうございます。
お話をうかがい、何か感動というか、お～～と思ってしまいました。
低い周波数なら回転し、通常の周波数なら回転しないというのは、
周波数が高いと、停止している回転子からみると、回転磁界というより電流の流れる方向が常に入れ替わっているだけで、動きようがないという状況でしょうか。
それとも、回転磁界の速度に回転子がついて行けずに動けないという状況なのでしょうか。

回答No.1

foobar

可変周波数の電源で、きちんと固定子印加電圧の位相を合わせて、周波数0から引っ張り挙げてやれば、停止状態からでも問題なく始動できます。

お礼

可変周波数の電源でということですが、一定の周波数電源であれば難しいのでしょうか？
また、位相をあわせて引っ張り上げるとはどのように作用して回転することになるのでしょうか。