三相同期電動機について

質問

(1)界磁電流の大きさにより、供給電圧に対して電気市電流が進み位相または遅れ位相になる理由を教えてください。

(2)直流電動機や三相誘導電動機に負荷を加えると回転速度が減速して負荷電流が増大し負荷トルクが発生するが、同期電動機に負荷を加えても回転速度が変化しないのに、負荷電流が増大し負荷トルクが発生する理由について教えてください。

(3)永久磁石形同期電動機において入力電圧を変化させると、力率が進みや遅れなる理由についておしえてください。

回答No.1

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1. 電機子電圧は電機子巻線の鎖交磁束と周波数で決まります。
電機子巻線に鎖交する磁束の元になっているの、界磁電流による起磁力と電機子巻線電流のうちの無効分（励磁成分）です。
電機子電圧が一定なら、鎖交磁束は決まっていて、この条件で界磁電流を変えると鎖交磁束を保つように無効電流が流れます。（所定の起磁力分より界磁を強めると磁束を相殺するように電源から見て進みの無効電流が流れ、界磁を弱めると不足分を補うように遅れ無効電流が流れる。）

2. 界磁と電機子の位相角（操作角）が変わります。これにより、界磁の作る磁束が電機子の軸に対して傾いて、磁束の直交成分が生じます。この直交成分を相殺するように電機子に電流（励磁成分に対して90度位相が異なる有効分）が流れ、負荷電流が増大します。
同時に、主磁束に対して直交する起磁力が発生し、これがトルクを生じます。

3. 1.と同様の理由。永久磁石界磁なので、界磁のもつ起磁力は一定です。これに対して電機子電圧を変えると必要な磁束が変わるので、その差分を電機子電流の励磁成分で補います。