誘導モーターシミュレーション — すべり、トルク、回転磁場

物理時間

ドラッグで回転 ·スクロールでズーム · 部品をクリック
1つの時計が回転子、磁場、電流の波形を動かします。

工業用材料 · 実際の仕上げ塗装した鋳鉄 / エナメル被覆銅 / 積層鋼板
教育用の色分けは重ね表示であり、金属に色を塗ったものではありません。

U相V相W相NS内周の磁極

B磁場 · 投影した横断スライス➜ 慣用電流の向き

誘導ラボを構築しています

手続き的な形状 · 連成した電気・機械状態 · ネットワーク不要

回転子速度—rpm

同期磁場—rpm

すべり—%

電磁トルク—N·m

瞬時相電流

120°ずつ離れている

回転磁場

電気角

トルク・速度特性

SIモデル

三相電源

平衡正弦波交流

スター結線 · 回転子への供給なし

電源周波数

線間電圧

基底速度以下でV/f一定を維持

機械負荷

軸の抵抗トルク

無負荷

滑らかな摩擦負荷が、回転方向に関わらず作用します。

回転子を拘束nᵣ = 0

ベンチ実験

初期状態は落ち着いた50 Hzの動作点です。静止状態から始動させると、誘導が立ち上がり回転子が加速する様子が観察できます。

固定子相電流: —
回転子電流の周波数: —
電気機械的出力: —
シミュレーション時間: —

1/25倍では、実際の50 Hz電源が2 Hzとして表示されます。計器の値は実際のSI単位のままです。

機構を表示する

磁力線閉じた経路

電流方向の矢印瞬時値

磁極のラベル磁石ではありません

部品の注記

回転子鉄心を隠すかごを露出

軸方向の分解表示

インスペクションのために部品を移動するだけです。シミュレーション上の組み立ては接続されたままです。

電気的連続性の実験

28本すべてのバーを駆動端リングから切り離します。すべての回転子経路が開いた状態では、理想的な開閉モデルにおいて誘導電流と電磁トルクは消えます。

部分系に注目する

モデル中の実体部品をクリックすると、その構造と機能上の役割を確認できます。鉄心やケーシングに隠れた部品を見るにはX線透視を使ってください。

材質と仕上げの研究

すべての部品に同じ金属シェーダーを適用するのではなく、工業製品としての表面を示します。

塗装した鋳鉄非金属のエポキシ仕上げ、鋳造肌、丸みを帯びた角。
エナメル被覆銅巻線琥珀色のワニスと滑らかな銅の光沢。相ごとの色分けした被覆線ではありません。
電磁鋼板の積層絶縁された積層の細かい端部、打ち抜かれた鋼の端面。
ダイカストアルミニウムのかご銀灰色のバーと短絡エンドリング、抑えた鋳造仕上げ。
旋削・研磨した鋼方向性のある機械加工の光沢、研磨した軸受面、亜鉛めっきの締結具。
絶縁材とエラストマーつや消しのファン樹脂、ゴムシール、スロットライナー、編み込んだ巻線タイ。

表面インスペクション

スタジオ照明

照明

露出

表面の微細テクスチャー高さ／粗さ

材質は一般的な工業用の鋳鉄／アルミニウムかご構造にしたがいます。表面の寸法と色は目安であり、特定のモーターの実測サンプルではありません。照明と微細テクスチャーは電気モデルを変えません。

モデル、方程式、限界

構造上、非同期です。

3つの分布巻き交流巻線が4極の回転磁場をつくります。すべりがかごに電流を誘導し、生じた電磁トルクが負荷と摩擦に逆らって回転子を加速させます。

nₛ = 120 f / P
s = (nₛ − nᵣ) / nₛ
fᵣ = |s| f
J dωᵣ/dt = Tₑ − Tₗ − bωᵣ

表示、電気波形、機械的な動きは1つの減速した物理時計を使用します。1/25倍では、実際の50 Hz電源が2 Hzとして表示されます。計器の値は実際のSI単位のままです。

電気・機械方程式

状態ソルバーは振幅不変の静止αβ座標系を使用します。回転子変数は固定子基準に換算されます。

ψₛ = Lₛ iₛ + Lₘ iᵣ
ψᵣ = Lₘ iₛ + Lᵣ iᵣ
dψₛ/dt = vₛ − Rₛ iₛ
dψᵣ/dt = −Rᵣ iᵣ + j p ωᵣ ψᵣ
Tₑ = (3/2)p(ψₛα iₛβ − ψₛβ iₛα)

最大83.33 μsステップの4次ルンゲ・クッタ積分。P = 4極、p = P/2 = 2極対。抵抗値は1相あたり、固定子基準です。Rₛ = 1.4 Ω；Rᵣ = 1.0 Ω；Lₘ = 180 mH；Lₗₛ = Lₗᵣ = 6 mH；J = 0.032 kg·m²；b = 0.003 N·m·s/rad。

巻線とかごのトポロジー

24スロット、4極、3相：q = 1極1相あたり2スロット。単層巻線は12個のコイルからなり、各相で4個を直列接続し、スター結線します。全節ピッチは6スロット（電気角180°）です。説明用の各コイルには6本の連続した巻線を明示しています。

U相の正極性辺：スロット1、2、13、14。V：5、6、17、18。W：9、10、21、22。負極性の各辺は24を法として6スロット離れています。相帯はU+、W−、V+、U−、W+、V−の順に進みます。

かごは機械角15°でスキューした28本のバーと、2本の連続したエンドリングからなります。バー電流の矢印は回転子αβ電流の空間基本波を使用します。リング電流は節点連続性を満たしますが、表示する大きさは正規化した値であり、較正されたバーの電流測定値ではありません。

磁力線が示すもの

横断磁場は、計算した励磁磁束から再構成しています。閉じた線はA_z = F(r) sin(2θ)の等高線で、回転子鉄心、空隙、固定子鉄心、外部空気で区分的な透磁率を用います。境界条件は解析的に解き、矢印はB = ∇×Aにしたがいます。

これは個々の歯を解く有限要素解ではなく、等価な固定子内周電流シートを用いた円形・基本波のみの磁場モデルです。スライスは見やすさのため鉄心のやや手前に投影しています。磁極のラベルは瞬時の固定子内周の合成極性を示します。磁力線は鉄心を通って戻り、回転子に永久磁石はありません。

模式的な鉄の比透磁率：400。絶対的な磁束密度はテスラで較正されていません。見えている空隙は拡大しています。スロット高調波、端部漏れ磁場、漏れ磁場の詳細、鉄心飽和は解いていません。

実験と重要な限界

電源開放：理想的な固定子の開回路で、回転子磁束が減衰しシャフトは惰性回転します。かご開放：1本のエンドリングからすべてのバーが切り離され、回転子電流の閉経路が残りません。拘束：外部の機械的な拘束がシャフトを保持します。同期：外部サーボが磁場速度を強制し、過渡的な回転子電流は瞬時に消えるのではなく減衰します。

理想的な開放では、切り離された巻線の電流をゼロとして投影します。アーク放電のエネルギー、スイッチの過渡現象、温度上昇、飽和、深溝効果、騒音、弾性接触、機械公差は省略しています。形状は教育用の参考アセンブリーであり、寸法的に認証された市販モーターでも、保護装置のシミュレーターでもありません。

トルク・速度線は、同じR/Lパラメータによる定常状態の等価回路曲線です。過渡状態の間、実際の動作点はこの曲線から外れることがあります。低速時の摩擦は滑らかなtanh遷移を用いており、詳細な静止摩擦モデルではありません。

実際の材質とレンダリング

筐体とエンドシールドには、鋳鉄の上に誘電性のエポキシ塗装を使用しています。銅巻線は、相ごとに色分けした被覆とは別に、エナメル／ワニスの外観を持ちます。回転子バーとエンドリングにはダイカストアルミニウムの参考仕上げを用います。露出した電磁鋼板の積層端部、研磨鋼、真鍮、亜鉛めっき、絶縁ライナー、結束材、ファン樹脂、ゴムはそれぞれ異なる表面反応を持ちます。

指向性の金属ハイライトを伴うメタリック／ラフネスGGXシェーディング、クリアコート近似、オブジェクト空間のプロシージャルな高さと粗さ、フィルター処理した積層継ぎ目、解析的な矩形スタジオ反射、フィルター処理した影マップを使用します。これはレイトレーシングでも、測定したスペクトルレンダリングでも、有限要素による材質同定でも、量産モーターをスキャンしたものでもありません。

粒状のテクスチャーと識別プレートはローカルで生成しています。画像、フォント、ライブラリ、その他のリソースは取得しません。銘板は教育用参考資料と明記されており、認証された製品定格ではありません。

参考資料

シミュレーションソフトの資料：かご形誘導機 — 磁束鎖交、電圧、トルクの方程式。基準座標系モデリング。

モーターメーカーの技術資料：三相誘導モーターの解説 — 誘導、すべり、かご構造、トルク・速度特性。

モーターメーカーの技術資料：誘導モーターの回転原理 — 誘導される回転子電流と電磁トルク。

モーターメーカーのカタログ：産業用三相電動機の構造ページ — 鋳鉄フレーム、アルミニウムかご、含浸巻線、鋼シャフト、ファン、銘板の材質。このモデルは特定製品のレプリカではありません。

モーターメーカーのカタログ：汎用性能モーター — 鋳鉄構造、銅巻線、保護塗装。

これらの参考資料は補足として挙げています。展示自体にネットワークは不要です。

操作方法

ドラッグ：回転。スクロールまたはピンチ：ズーム。右ドラッグまたはShift+ドラッグ：パン。部品をクリック：インスペクション。3Dモデルにフォーカスした状態で：Spaceで実行・一時停止、Rでカメラをリセット、XでX線透視、Fで磁場断面を表示、Escでインスペクションを閉じキーを解除します。ステップは物理時間を1 ms進めます。

数値の自己検査

このセッションでの自己検査レポートはありません。

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