三相同期電動機と単相交流電圧の影響について

三相同期電動機は、三相交流電圧を印加すると回転磁界が発生し、回転子を回転させます。質問では、回転子の界磁を0にした場合に、三相交流と単相交流電圧をそれぞれ印加した場合の電機子電流の大きさについて問われています。これについて詳しく説明していきます。

1. 三相同期電動機の基本的な動作

三相同期電動機は、三相交流を固定子に印加することで、回転磁界を生成し、その回転磁界が回転子を駆動します。この回転磁界の強さと方向は、三相交流の位相の違いにより決まります。これにより、電機子電流が固定子に流れ、モーターが動作します。

2. 回転子の界磁を0にした場合

回転子の界磁を0にするということは、回転子に供給される電流を取り去ることになります。この状態では、回転子が持つ自己磁場がなくなるため、回転磁界のみが作用して電機子電流が流れることになります。この時、固定子巻線における電機子電流の大きさがどのように変化するのかが問題となります。

3. 三相交流電圧と単相交流電圧の違い

三相交流電圧を印加すると、各巻線において順次異なる位相の電流が流れるため、回転磁界が円滑に発生します。一方で、単相交流電圧を印加すると、電流の流れが一定の周期で変動しますが、三相ほど均等に流れるわけではなく、回転磁界の発生が不完全になります。これにより、単相交流の印加では電機子電流が小さくなることが予想されます。

4. 電機子電流の大きさの比較

三相交流電圧を印加した場合、電機子電流は回転磁界によって均等に流れ、効率的にモーターが動作します。一方、単相交流電圧を印加すると、電機子電流の流れが不均衡となり、回転磁界の強さが低下するため、電機子電流は三相交流の時よりも小さくなります。したがって、単相での電機子電流の大きさは、三相時よりも小さいといえます。

5. まとめ

三相同期電動機における電機子電流は、三相交流電圧の印加により最も効率的に流れます。回転子の界磁を0にした状態で単相交流電圧を印加すると、回転磁界が不完全になり、電機子電流の大きさは三相交流時よりも小さくなります。このことから、三相交流は同期電動機の効率的な運転において重要であることがわかります。