誘導型メーター

フィールド: 基本電気

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誘導型メーターとは

誘導型メーターの動作原理と構造は非常に単純で理解しやすいため、家庭用や産業用でのエネルギー測定に広く使用されています。すべての誘導型メーターでは、金属ディスク上で二つの異なる交流によって生成される二つの磁束があります。これらの交流磁束により誘起電圧が生じ、その一方（下図参照）で生成された誘起電圧は、もう一方の交流と相互作用してトルクを生み出します。

誘導型メーター

同様に、ポイント2で生成された誘起電圧はポイント1の交流と相互作用し、再びトルクが生成されますが、方向が逆になります。したがって、これら二つの異なる方向のトルクにより、金属ディスクが動き始めます。
これが誘導型メーターの基本的な動作原理です。次に、偏向トルクの数式を導出してみましょう。ポイント1で生成される磁束をF1、ポイント2で生成される磁束をF2とします。これら二つの磁束の瞬時値は以下のようになります：

ここで、Fm1とFm2はそれぞれF1とF2の最大値を表し、Bは二つの磁束間の位相差です。
ポイント1での誘起電圧の数式は以下のようになります：

ポイント2での誘起電圧も同様です。したがって、ポイント1での渦電流の数式は以下のようになります：

ここで、Kは定数、fは周波数です。
以下のベクトル図を描いて、F1、F2、E1、E2、I1、I2を示します。ベクトル図から、I1とI2はそれぞれE1とE2に対して角度Aだけ遅れていることがわかります。
誘導型メーターのベクトル図
F1とF2の間の角度はBです。ベクトル図から、F2とI1の間の角度は(90-B+A)であり、F1とI2の間の角度は(90 + B + A)です。したがって、偏向トルクの数式は以下のようになります：

同様に、Td2の数式は以下のようになります：

全トルクはTd1 - Td2です。Td1とTd2の値を代入して簡略化すると以下のようになります：

これが誘導型メーターにおける偏向トルクの一般的な数式です。誘導型メーターには二つのタイプがあり、以下のように分類されます：

単相型
三相型誘導メーター

ここでは、単相型誘導メーターについて詳しく説明します。以下の画像は単相型誘導メーターの例です。

単相型誘導メーターは以下の四つの重要なシステムで構成されています：
駆動システム：
駆動システムは、圧力コイルと電流コイルが巻かれた二つの電磁石で構成されています（上記の図参照）。負荷電流を通すコイルを電流コイル、供給電圧と並列に接続されるコイル（つまり、コイルの両端にかかる電圧が供給電圧と同じであるコイル）を圧力コイルと呼びます。図に示すように、シャーディングバンドが巻かれることで、磁束と適用電圧の間の角度が90度になるように調整されています。
移動システム：
摩擦を大幅に減少させるために、フローティングシャフトエネルギーメーターが使用されます。アルミニウム製の軽い回転ディスクは、表面に接触しないので摩擦が大幅に減少します。このアルミニウムディスクがどのように空中に浮いているのか疑問に思うかもしれませんが、この特別なディスクの構造を見てみましょう。実際には、上下の表面に小さな磁石が配置されています。上部の磁石は上部ベアリングの電磁石に引き寄せられ、下部の磁石も下部ベアリングの磁石に引き寄せられます。そのため、これらの反対の力により、軽いアルミニウムディスクが浮きます。
ブレーキシステム：
単相型誘導エネルギーメーターでは、アルミニウムディスクの隅に配置された永久磁石を使用して制動トルクを生成します。
計数システム：
メーターに表示されている数字は、アルミニウムディスクの回転数に比例しています。このシステムの主な機能は、アルミニウムディスクの回転数を記録することです。次に、単相型誘導メーターの動作を詳しく見てみましょう。以下の図を参照してください：
誘導型メーター
ここでは、圧力コイルが非常にインダクティブであり、非常に多くのターン数を持つと仮定しています。圧力コイルに流れる電流はIpで、電圧に対して90度遅れます。この電流により磁束Fが生成されます。Fは二つに分割され、FgとFpとなります。

Fg：これは小さなリラクタンス部分を横切って移動します。
Fp：これはアルミニウムディスクに駆動トルクを生成する役割を持ちます。高リラクタンスパスを通過し、圧力コイルの電流と位相が一致しています。Fpは交流であり、誘起電圧Epと電流Ipが生成されます。上記の図に示すように、電流コイルに流れる負荷電流によりアルミニウムディスクに磁束が生成され、これにより金属ディスク上に渦電流が生成されます。この渦電流は磁束Fpと相互作用してトルクを生成します。二つの極があるため、二つのトルクが生成され、これらは互いに逆方向です。したがって、すでに説明した誘導型メーターの理論に基づき、ネットトルクは二つのトルクの差となります。