家電の内部誘導起電力とは？

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家電の内部誘導起電力とは？

家電を知りたい

先生、「内部誘導起電力」ってよくわかりません。

家電製品マニア

それは、負荷がかかったときの誘導起電力のことだよ。無負荷時の誘導起電力から、電機子反作用の影響を引いた値だね。

家電を知りたい

電機子反作用の影響って、電機子起磁力のことですか？

家電製品マニア

そうだね。電機子巻線に電流が流れると、電機子起磁力が発生して、ギャップ起磁力が変わるんだ。これが電機子反作用の影響だよ。

内部誘導起電力とは。

家電で使われる「内部誘導起電力」とは、負荷時（モーターなどに電流が流れる状態）の誘導起電力のことです。これは、無負荷時（電流が流れていない状態）の誘導起電力から、電機子がモーターに及ぼす影響（電機子反作用）を引いたものです。

無負荷時のエアギャップ（モーターの回転子と固定子間の隙間）では、電機子巻線に電流が流れると、電機子巻線の磁場（電機子反作用起磁力）が働き、隙間の磁場を強めたり弱めたりします。この結果、最終的なエアギャップの磁場（ギャップ起磁力）が決定されます。内部誘導起電力はこのギャップ起磁力によって誘導される起電力です。

電機の端子電圧は、内部誘導起電力に電機子巻線の抵抗による電圧降下と漏れリアクタンスによる電圧降下をベクトル的に加えた値になります。

無負荷誘導起電力と内部誘導起電力

-無負荷誘導起電力と内部誘導起電力-

家電機器の内部誘導起電力とは、機器内部のコイルに磁界の変化によって発生する電圧のことです。これは、電圧が印加されているときとされていないときの両方で発生します。ただし、負荷がない（無負荷状態）の場合、発生する電圧は無負荷誘導起電力と呼ばれます。

無負荷誘導起力は、機器の設計や動作に影響を与えます。たとえば、変圧器では、無負荷誘導起力が鉄心の飽和を防ぎ、効率的な動作を確保するために重要です。また、電動機では、無負荷誘導起力が回転子の渦電流損失や磁気飽和を低減する役割を果たします。

電機子反作用の影響

電機子反作用の影響として、発電機が負荷を供給するとき、電磁誘導によって回転子の電機子に逆起電力が発生します。この逆起電力は、発電機の端子電圧を低下させます。逆に、モーターが負荷をかけると、電磁誘導により回転子の電機子に起電力（誘導起電力）が発生し、トルクを発生させてモーターを回転させます。

最終ギャップ起磁力

-最終ギャップ起磁力-

最終ギャップ起磁力とは、電動機の空気隙における起磁力の最大値のことです。空気隙は、ローター表面とステーター表面の間にある空間で、この空間の起磁力が最終ギャップ起磁力になります。最終ギャップ起磁力は、磁気回路の構造や電機子の形状によって決まります。

一般的に、最終ギャップ起磁力は、ローターの磁気抵抗を克服するために必要な最小値よりも大きくなります。これにより、空気隙に十分な磁束密度が確保され、モーターが効率的に動作します。最終ギャップ起磁力の過大な増加は、磁気飽和を引き起こし、モーターの性能に悪影響を及ぼします。したがって、モーター設計においては、適切な最終ギャップ起磁力を確保することが重要です。

電機子巻線の影響

家電の内部誘導起電力に影響を与えるもう一つの重要な要素は電機子巻線です。電機子巻線は磁界内で回転するコイルで、電機子の回転に伴い磁界と交わり電磁誘導によって起電力が発生します。電機子巻線の巻数が多いほど、回転磁界との交差面積が増えるため、発生する起電力の大きさが大きくなります。また、電機子巻線の抵抗値も影響し、抵抗値が低いほど、発生する起電力の大きさが大きくなります。