家電用語で知っておくべき「回転磁界」とは？
家電を知りたい
回転磁界ってなんですか？
家電製品マニア
多相交流電流を加えると磁界が発生し、その磁界が一定速度で回転する現象を回転磁界と呼びます。
家電を知りたい
回転界磁ってなんですか？
家電製品マニア
回転界磁とは、時間的に回転する界磁のことで、回転磁界と同じ現象です。
回転磁界とは。
電気機器で使われる「回転磁界」とは、多相（通常3相）の巻線に多相の交流電流を流すと、磁界が発生し、一定の速度で回転します。この磁界を回転磁界と呼びます。回転磁束も回転磁界と同じ現象を表します。
（a）図のように、鉄心（固定子）に3相の巻線を配置して3相交流電流を流すと、電流は時間とともに正弦波的に変化します。これによって、磁束の分布も（b）図のように移動します。このような時間的に回転する磁界を回転磁界と呼びます。2極機では1サイクルに1回転、4極機では1/2回転します。
回転磁界とは？
回転磁界とは、磁界が時間とともに空間内で回転する現象で、電気モーターや発電機などの電気機器に用いられています。この磁界は、軸を中心に回転する磁気を発生します。電磁石に交流電流を流すことで回転磁界を作り出すことができます。この交流電流は、電磁石内のコイルに交互に電流を流すことで、磁石の極性を変えます。その結果、磁界が軸を中心に回転します。この回転磁界を利用することで、モーターでは電磁誘導によりコイルに回転力が発生し、発電機では電磁誘導によりコイルに電流が流れます。
回転磁界の発生の仕組み
回転磁界の発生の仕組みとは、複数の交流磁界を時間的に少しずつずらせて発生させることで、磁界が回転運動をするようになることを指します。この仕組みは、通常、3本の電磁石コイルを使用します。それぞれの電磁石コイルには、わずかに異なるタイミングで電流が流れます。これにより、空間内に回転する磁界が形成されます。回転の向きは、電流が流れる順番によって決まります。回転磁界の発生により、モーターや発電機などの電気機械の動作が可能になります。この回転運動を利用することで、電気を運動エネルギーに変換したり、逆に運動エネルギーを電気エネルギーに変換したりすることができます。
三相巻線を配置した鉄心を用いた回転磁界
三相巻線を配置した鉄心を用いた回転磁界は、三相交流電流を流す3本の巻線を、円筒状または円盤状の鉄心の溝に配置して発生させます。三相巻線とは、3つの巻線で構成され、それぞれが120度ずれて位相が異なる交流電流を流す巻線のことです。
鉄心に巻かれた三相巻線に電流を流すと、各巻線で発生する磁界が合成されて、時間とともに回転する磁界が発生します。この回転磁界は、鉄心内に渦電流を発生させ、その渦電流が鉄心の回転力を生み出します。この原理を利用した電動機が、扇風機やエアコンなどの家電製品に広く用いられています。
回転磁束と回転磁界の違い
「回転磁束」と「回転磁界」は、似たような用語に見えますが、それぞれ明確に異なるものを指しています。
回転磁束とは、電磁石の周囲に発生する磁場の強度と方向が時間とともに変化する現象です。つまり、磁場が回転するように見えます。一方、回転磁界は、コイルに交流電流を流すことで発生する磁場のことで、磁場の向きが時間とともに回転するように見えます。
回転磁束は静止しており、磁場が循環していますが、回転磁界は動的で、磁場が実際に回転しています。回転磁界は、モーターや発電機などの電気機械の動作の基礎となっています。
回転界磁の回転数
回転界磁の回転数は、モーターの性能に大きな影響を与えます。回転数が速ければ、モーターの出力が高くなり、回転数が遅ければ、出力が低くなります。一般的な住宅用エアコンや冷蔵庫など、家庭用電化製品の多くは、毎分1,500～1,800回転の回転界磁を使用しています。一方、産業用の機械など、高出力が必要な機器では、毎分3,000回転以上の回転界磁を使用することもあります。
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