単相モーターはなぜ起動時よりも運転時に必要とする電流が多いのでしょうか

単相モーターは、起動時に動作しているときよりも大きな電流を必要とします。主な理由は以下の通りです。

1. 起動時の慣性

起動時には、モーターは自らの静止状態の慣性を克服する必要があります。モーターが起動前に静止しているため、静止摩擦を克服し、動作速度に加速するためにはより大きなトルクが必要となります。この過程では、通常運転時よりも高い電流が必要となり、必要な起動トルクを提供します。

2. フラックス密度の変化

起動時には、モーター内のフラックス密度がゼロから確立される必要があります。つまり、モーターは十分な起動トルクを生成するために必要な磁界を迅速に形成するため、より大きな電流を必要とします。モーターが回転し始めると、フラックス密度が安定し、必要な電流が減少します。

3. 相位差

単相モーターは、起動時に1つの電力フェーズしか持たないため、自然に回転磁界を生成しません。回転磁界をシミュレートするためには、一般的にコンデンサ、抵抗器、またはPTC（正温度係数）サーミスタなどの起動補助装置が使用されます。これらの部品は、起動時に追加の相位差を提供し、電流分布をより均一にして回転磁界を生成します。この過程では、活性化のためにより大きな電流が必要となります。

4. 機械的抵抗

モーターが自身の慣性を克服するだけでなく、駆動する機械的な負荷の抵抗も克服する必要がある場合があります。モーターが重量や摩擦のある機械的な負荷に接続されている場合、これらの抵抗を克服するためにより大きなトルクが必要となり、起動電流が増加します。

5. 感応作用

モーターの巻線には感応性があり、突然の電流の変化により逆起電力（バックEMF）が発生し、電流の上昇を抑制します。しかし、起動時にはモーターがまだ回転していないため、バックEMFは最小限であり、電流が急速に高いレベルまで上昇することができます。

6. 熱効果

起動時には、モーターは急速に温度が上昇し、巻線の抵抗が増加することがあります。抵抗の増加は電流を制限しますが、起動直後にはモーターが完全に熱されていないため、電流はピークレベルに達することができます。

実際の応用

単相モーターが過大な起動電流によって損傷しないようにするためには、起動コンデンサ、起動抵抗器、またはPTCサーミスタなどを使用して起動プロセスを滑らかにすることがよくあります。また、大型の起動電流による過熱やモーターの損傷を防ぐために、過負荷保護装置（例えばサーマルリレー）が使用されます。

まとめ

単相モーターは、起動時に静止摩擦を克服し、磁界を確立し、十分な起動トルクを提供し、機械的抵抗を克服するために、より大きな電流を必要とします。適切な設計と保護措置により、モーターが起動時に損傷せず、正常な運転に円滑に移行することができます。