電気モーターの歴史は、ハンス・クリスチャン・オスターが電流の磁気効果を発見した 1820 年に遡ります。その 1 年後、マイケル・ファラデーが電磁回転を発見し、最初の原始的な DC モーターを製造しました。ファラデーは 1831 年に電磁誘導を発見しましたが、テスラが誘導 (非同期) モーターを発明したのは 1883 年になってからでした。現在でも、電気機械の主な種類は、直流、誘導 (非同期)、同期であり、すべて 100 年以上前にアルステッド、ファラデー、テスラによって開発および発見された理論に基づいています。
誘導モーターが発明されて以来、誘導モーターには他のモーターにはない利点があるため、今日最も広く使用されているモーターになりました。誘導モーターの主な利点は、モーターの固定部分と回転部分の間に電気接続を必要としないため、機械的な整流子 (ブラシ) が不要で、メンテナンス不要のモーターであることです。誘導モーターは、軽量、低慣性、高効率、強力な過負荷容量という特徴もあります。その結果、より安く、より強く、高速でも故障しません。さらに、モーターは爆発性雰囲気でも火花を散らさずに動作できます。
上記のすべての利点を考慮すると、誘導モーターは完璧な電気機械エネルギー変換器であると考えられますが、可変速時には機械エネルギーが必要になることが多く、速度制御システムは簡単ではありません。無段階速度変更を生成する唯一の効果的な方法は、非同期モーターに可変周波数と振幅の三相電圧を供給することです。ローターの速度はステーターが提供する回転磁界の速度に依存するため、周波数変換が必要です。可変電圧が必要であり、モーターのインピーダンスは低周波数で低下し、供給電圧を下げることによって電流を制限する必要があります。
パワー エレクトロニクスが登場する前は、誘導モーターの速度制限制御は 3 つの固定子巻線をデルタ結線からスター結線に切り替えることで実現され、これによりモーター巻線の両端の電圧が低減されました。誘導モーターには、極対の数を変更できるように 3 つ以上の固定子巻線もあります。ただし、複数の巻線を備えたモーターは、モーターに 3 つ以上の接続ポートが必要であり、特定の個別の速度しか使用できないため、より高価になります。速度制御の別の代替方法は、回転子の巻線端がスリップ リング上に来る巻線型回転子誘導電動機を使用して実現できます。しかし、このアプローチは明らかに誘導電動機の利点のほとんどを取り除き、追加の損失も導入し、誘導電動機の固定子巻線に抵抗器またはリアクタンスを直列に配置することで性能の低下を招く可能性があります。
当時、誘導モーターの速度制御に利用できるのは上記の方法だけであり、4 象限での動作を可能にするだけでなく、広い出力範囲をカバーする無段変速ドライブを備えた DC モーターがすでに存在していました。これらは非常に効率的で、適切な制御と優れた動的応答さえ備えていますが、主な欠点はブラシが必須であることです。
結論は
過去 20 年間で、半導体技術は目覚ましい進歩を遂げ、適切な誘導電動機駆動システムの開発に必要な条件が整いました。これらの状態は、次の 2 つの主なカテゴリに分類されます。
（１）パワーエレクトロニクススイッチング装置のコスト削減と性能向上。
(2) 新しいマイクロプロセッサに複雑なアルゴリズムを実装できる可能性。
ただし、誘導電動機の速度を制御するための適切な方法を開発するには、前提条件が必要です。誘導電動機の機械的な単純さとは対照的に、その複雑さは、その数学的構造 (多変量および非線形) に関して特に重要です。
投稿時刻: 2022 年 8 月 5 日