極変更方式

誘導電動機の速度制御の極変更方式

極変更方式は、誘導電動機の速度を制御する主要な技術の一つです。この極変更による速度制御は主にケージ形モータに適用されます。これは、ケージ形ロータが自動的にスタータ巻線の極数と正確に一致する極数を生成するという特性に基づいています。

スタータの極数を変更する主な方法は以下の3つがあります：

• 複数のスタータ巻線

• 連続極方式

• 極振幅変調（PAM）

これらの極変更方法については以下で詳しく説明します：

複数のスタータ巻線

複数のスタータ巻線方式では、異なる極数を持つ2つの巻線がスタータに設置されます。いずれか一方の巻線のみが電源供給を受けます。例えば、6極と4極の構成を持つ2つの巻線を備えたモータを考えると、50ヘルツの電源周波数での同期速度はそれぞれ1000回転/分と1500回転/分となります。しかし、この速度制御方法にはエネルギー効率が低く、他の技術と比較して実装コストが高いという欠点があります。

連続極方式

連続極方式では、単一のスタータ巻線をいくつかのコイルグループに分割し、各グループの端子を外部接続用に出します。これらのコイルグループ間の接続を再構成することで、極数を効果的に変更できます。実際の応用では、通常スタータ巻線は2つのコイルグループに分割され、極数を2:1の比率で変更することができます。

次の図は4つのコイルからなるスタータ巻線の一相を示しています。これらのコイルはa - bおよびc - dの2つのグループに分割されています。

a - bコイルグループは1番と3番の奇数個のコイルで構成され、c - dコイルグループは2番と4番の偶数個のコイルで構成されています。各グループ内の2つのコイルは直列に接続されています。上記の図のように、端子a、b、c、dは外部接続用に出ています。

これらのコイルへの電流の流れは、コイルグループを直列または並列に接続することによって制御できます。この戦略的な接続配置により、スタータ巻線によって生成される磁界を操作し、これが極数の変更と誘導電動機の速度制御に重要な役割を果たします。

50ヘルツの電気システムでは、スタータ巻線の構成が4極となる場合、誘導電動機の回転速度は1500回転/分（rpm）となります。

下の図に示すように、a - bグループのコイルを通る電流の方向を逆転させると、スタータ巻線によって生成される磁界に大きな変化が生じます。この新しい条件下では、巻線内のすべてのコイルが北極（N極）を生成します。この極構成の変更は直接モータの速度と動作特性に影響を与え、誘導電動機の速度制御の極変更法の基本原理を形成します。

極変更の原理とPAM技術

磁気回路が完成するためには、極グループの磁束が極グループ間の空間を通過しなければなりません。その結果、反対の極性を持つS極が誘起されます。これらの誘起された極は連続極と呼ばれ、機械の極数は元の数の2倍（例えば4極から8極へ）となり、同期速度は半減（1500 rpmから750 rpmへ）します。

この原理は誘導電動機のすべての3相に適用できます。各相内のコイルグループの直列並列接続の組み合わせを選択し、相間のスターまたはデルタ接続を選択することで、一定トルク、一定出力運転、または可変トルク運転を維持しながら速度変更が可能です。

極振幅変調（PAM）技術

極振幅変調は、極変更に非常に適応性のあるアプローチを提供します。主に2:1の速度比を達成する一部の伝統的な方法とは異なり、PAMは異なる速度比が必要なシナリオで使用できます。速度調整のために特別に設計されたPAM方式を使用するモータはPAMモータと呼ばれます。これらのモータは速度制御に高い柔軟性を提供し、精密かつ多様な速度制御が必要な幅広い用途に適しています。