同期モーターと誘導モーターの違い: 式と選択 (2026 ガイド)
クイックアンサー
あ 同期モーター 電源の同期速度 (Nの = 120f/P) と ゼロスリップが 誘導電動機 常にNより少し遅く回転しますの—そのスリップ s = (Nの−NR)/Nの は、ローター電流を誘導し、トルクを生成するものです。実際の決定的な違いは始動と力率です:誘導モーターは自動始動で頑丈で、常に遅れる無効電流を消費します。同期モーターには始動補助(ダンパー巻線またはVFD)が必要ですが、過度に励起されて リーディング 力率とコンデンサのような無効電力の供給さえあります。
効率は同等です – IE3/IE4 誘導は ~89–96%、PMSM 同期 ~93–98% に達しますが、同期マシンのコストは 30–50% 以上であり、定速または力率補正が正当化される場合にのみ指定されます。どちらも次のように構築されています IEC 60034 そして NEMA MG 1汎用の可変負荷ドライブには誘導を選択し、高精度、定速、またはリアクティブ補償には同期を選択します。
同期電動機と誘導電動機とは何ですか?
どちらも三相です ACモーター ステーターが生成する回転磁場 (RMF) を使用します。これらは、ローターがその磁場と相互作用する方法が異なり、その 1 つの違いが以下のすべての比較を推進します。
同期モーター(定義)
同期モーターは二重励起機であり、ステーターは三相交流を受け、ローターは別の直流励起(スリップリング、ブラシレス励磁器、または永久磁石を介して)を受けます。ローターフィールド 磁気でロック ステーター RMF に送り、正確に同期速度 N で回転します。の = 120f/P、負荷に関係なく。速度は電源周波数と極数によって固定され、負荷によってトルク(負荷)角度のみが変化し、回転数は変化しません。主なサブタイプ:PMSM(永久磁石)、巻線磁場(突出/円筒形ローター)、リラクタンス、およびヒステリシスモーター。
誘導電動機(定義)
誘導電動機は単励磁機であり、固定子のみがACを受信します。回転子電流は 誘導 ローター速度とRMFの間のスリップからの電磁誘導による。トルクには相対運動が必要なため、ローターはNよりも遅く動作する必要がありますの—この速度差は スリップ. サブタイプ:かご形(産業用ユニットの≥80%、最も単純なもの)および巻線ローター(スリップリング、高始動トルクまたは速度制御用)。
| アスペクト | 同期 | 誘導 |
|---|---|---|
| 励起 | 二重励起(ACステーター+DCローター) | 単独励起(ACステータのみ) |
| ローター速度 | = Nの (ゼロスリップ) | < Nの (伝票2–5%) |
| トルク源 | マグネットロック | スリップによる誘導ロータ電流 |
| セルフスタート | いいえ | はい |
同期モーターと誘導モーターはどのように機能しますか?
ステーターは両方で同じで、三相巻線はNで回転磁場を生成しますの. ローターで何が起こるかが全てです。
ステップ 1 — 回転磁場
バランスのとれた三相 AC をステーターに適用すると、N でボアの周囲をスイープする磁場が生成されますの = 120f/P (例: 1,500 50 Hz の 4 極マシンの
ステップ 2 – 同期モーター: 磁気ロック
ローターは、独自のDCまたは永久磁石場を運びます。(ダンパー巻線、ポニーモーター、またはVFDランプによって)速度まで引き上げると、その極はステーターフィールドにロックされ、歩調で回転します。すべての負荷でゼロスリップ. 負荷が引き抜きトルクを超えると、機械は同期を失い、失速します。負荷の変化はトルク(負荷)の角度をシフトしますが、速度はシフトしません。
ステップ 3 — 誘導モーター: スリップがトルクを発生させる
ロータは短絡したケージです。RMF は静止した (または低速の) ロータ バーを切断し、電流を誘導します (ファラデーの法則)。その電流はロータ フィールドを作成し、ステータ フィールドによって引きずられ、トルクが発生します。トルクが存在します のみ ローターは遅れるため、スリップ、誘導電流、トルクがありません。負荷がかかると、スリップが大きくなり、誘導電流が上昇し、負荷のバランスが取れるまでトルクが増加します。
ステップ 4 — 力率の挙動
誘導電動機は常に電源から磁化電流を引き出すため、誘導電動機は ラギング 力率 (全負荷時は ≈0.8–0.9、軽負荷時は 0.3–0.4 のように貧弱)。同期モーターの界磁電流は調整可能です: 低励起 = 遅れ、正常 = 統一、過励起 = リーディング—コンデンサバンク(「同期コンデンサー」)のようにVARをエクスポートできます。
同期電動機と誘導電動機:機能比較
これは、購入者が実際にスペックシートに貼り付けるデシジョンテーブルです。すべての行は、IEC 60034 / NEMA MG 1の動作を反映しています。
| パラメータ | 同期モーター | 誘導電動機 |
|---|---|---|
| スピード対Nの | 正確にはNの | Nより下の (伝票2–5%) |
| 伝票 | ゼロ | 非ゼロ (トルクに必須) |
| 励起 | 二重励起 (AC + DC) | 単独励起 (AC のみ) |
| セルフスタート | いいえ(ダンパー/VFD/ポニーが必要) | はい |
| 力率 | 調整可能:ラギング/ユニティ/リーディング | 常に遅れている (0.8–0.9 FL) |
| 効率性 | PMSM 93–98%; | IE3 89–94%; IE4 91–96% |
| 速度の安定性 | 定数 (負荷に依存しない) | 負荷によって若干変化します |
| 始動トルク | 固有のものはありません。援助が必要です | 中-高(DOL/スターデルタ) |
| コスト | 30–50% 上位 | 下部 |
| メンテナンス | 中程度(エキサイター/スリップリング) | 非常に低い (ケージ = 頑丈) |
| 速度制御 | VFD/フィールドのみ | VFD、極転、ロータ抵抗 |
| 狩猟 | 可能な負荷ステップ(ダンパーの減少) | なし |
| 代表的な用途 | 定速、PF補正、1 MW | 汎用、可変負荷 |
経験則: 自動始動、コストに敏感な可変負荷駆動 (ポンプ、ファン、コンベア) では、誘導モーターが勝ちます。正確な速度、主要な力率、または 30–50% プレミアムが効率と VAR サポートを通じて報われる大きな連続負荷が必要な場合にのみ、同期に手を伸ばします。
エンジニアリングデータとフォーミュラ
これらの方程式を使用して、データシートなしで速度、スリップ、トルクを予測します。
キーフォーミュラ
| 数量 | フォーミュラ | 意味 |
|---|---|---|
| 同期速度 | Nの = 120・f / P | f = 供給 Hz、P = 極。両方のモータータイプで同じです。 |
| スリップ (分数) | s = (Nの − NR) / Nの | 同期の場合はゼロ、全負荷時の誘導の場合は0.02–0.05。 |
| ローター速度(誘導) | NR = Nの·(1 − s) | 誘導電動機の実速度。 |
| スリップ周波数 | エフスリップ = S・F | ロータ電流周波数。誘導EMFを設定します。 |
| 引き抜きトルク | T最大値 ∝ V²(誘導) | これを超えると、誘導は停止します。同期は同期性を失います。 |
| 力率 (同期) | I経由で調整エフ (フィールド電流) | V曲線:最小電機子電流=ユニティPF。 |
動作例 — 4-極、50 Hz
- 同期速度:Nの = 120·50 / 4 = 1,500 回転数です。
- 4%の誘導電動機全負荷スリップ:NR = 1,500·(1 − 0.04) = 1,440 回転数です。
- スリップ速度:Nの − NR = 60 回転数スリップ頻度 = 0.04・50 = 2 Hzです。
- 同じ電源上の同期モーターは、 1,500 回転数 無負荷から引き出しまで:±60 RPM ドリフト(2%)が許容できない場合に役立ちます。
効率クラス (IEC 60034-30-1)
| IEクラス | 誘導 (標準) | 同期/PMSM(標準) |
|---|---|---|
| IE2 | スタンダード | — |
| IE3 | 89–94% | — |
| IE4 | 91–96% | 93–97% |
| IE5 | スーパープレミアム(レアケージ) | 96–98% (軸方向磁束、PMSM) |
絶縁温度制限 (IEC 60034-1)
| クラス | 最大巻線温度 | 使用する |
|---|---|---|
| Bさん | 130°C | 汎用、低負荷 |
| エフ | 155°C | ほとんどの産業用誘導/同期 |
| Hさん | 180°C | トラクション、高周囲、密閉型 |
長寿命の場合、クラス B の上昇 (≈40 °C マージン) でクラス F 断熱材を使用し、周囲温度 40 °C を超えるディレーティング IEC 60034-1. によると IEAのモーター効率のアップグレードは、最も費用対効果の高い産業用省エネ対策の 1 つであり、 DOEの ノート モーターシステムは、~70%の産業用電力を消費します。
各モーターに最適なアプリケーション
| 応用 | 推奨タイプ | なぜ |
|---|---|---|
| ポンプ、ファン、ブロワー、コンベア | 誘導(IE4ケージ) | 自動始動、安価、堅牢、VFD対応 |
| 家庭用電化製品、コンプレッサー | 誘導 | 低コスト、メンテナンスフリー |
| EVトラクション(テスラタイプ) | 誘導またはPMSM | 高トルク、シンプル、エキサイザーなし |
| 定速ミル、破砕機、1 MW | 同期 | 正確な速度、全負荷時の高効率 |
| 力率補正(プラントVAR) | 同期 (過励起) | 主要なPFは、コンデンサーとして機能します |
| CNC、ロボット工学、繊維/製紙精密 | PMSM(同期サーボ) | 一定の速度、高い動的精度 |
EVの重複に注意:テスラモデルSは 誘導 リアユニットですが、最新のEVのほとんどは 永久磁石同期 (PMSM) マシン – それぞれがコスト、希土類への依存度、および効率をトレードオフします。
ACモーター選択ガイド(ステップバイステップ)
- 速度要件を修正します。 速度が正確に N でなければならない場合の (またはVFD設定値にロックされている)で、負荷に依存しない、同期/PMSMを計画します。±2–5%ドリフトが問題ない場合は、誘導がより簡単になります。
- 力率のニーズを確認します。 プラントで遅延 PF が発生した場合、過励磁同期モーターが負荷を駆動しながらそれを修正します (2 つのジョブ、1 台の機械)。
- 義務を定義します。 連続した一定負荷 >1 MW は同期効率を支持し、頻繁な開始/停止または可変負荷は誘導を支持します。
- 同期速度の計算。 Nの = 120f / P;必要な基本速度のポールを選択し、制御用のVFDを追加します。
- パワーだけでなく、トルクもサイズします。 誘導始動トルクはローターの設計によって異なります (DOL 対スターデルタ対ローター抵抗)。同期は N に到達するためにダンパー巻線または VFD ランプが必要ですのです。
- 効率クラスを確認します。 IE4 (または IE5 PMSM) を IEC 60034-30-1実行時間全体で保険料が返済されることを確認します。
- メカニカルインターフェース。 IEC B5/B14 または NEMA C 面フランジを選択し、シャフト/ブレーキ/エンコーダのオプションを確認します。
- 標準を検証します。 見積もり先 NEMA MG 1 そして IEC 60034IEEE 112に準拠したテスト。
よくあるACモーターの間違い
| 間違い | 結果 | 修正 |
|---|---|---|
| 同期モーターの自動始動を想定して | ローターはNに達しませんの正味トルクなし | ダンパー巻線、ポニーモーター、またはVFDランプを追加する |
| 忘れて誘導が必要な伝票 | Nを打つことができると信じてのカップリングのサイズが間違っている | N 向けの設計R = Nの(1−s)、N ではありませんの |
| VARバジェットのないエキサイティングシンクロ | 最先端のPFトリップ保護/過電圧 | Vカーブのユニティポイントでフィールド電流を設定する |
| ネームプレートパワーのみのサイズ設定 | 熱故障または始動トルク故障 | デューティサイクルトルク+始動方式のサイズ |
| 誘導時の軽負荷PFの無視 | 不良0.3–0.4 PF、ペナルティ | キャップまたは同期コンデンサーの追加 |
| 定速が必要な場合のVFDのスキップ | 無駄な効率/サージ電流 | ソフトスタート+精密制御にVFDを使用 |
ACモータートラブルシューティング表
| 問題点 | 考えられる原因 | ソリューション |
|---|---|---|
| 誘導が過熱し、大電流が消費される | 過負荷、低電圧、高スリップ | 負荷の低減、V のチェック、冷却の検証、ディレーティング |
| 誘導が開始されない(ハム、スピンなし) | シングルフェイジング、オープンローターバー | 供給バランスの確認、メッガーテスト、ロータの交換 |
| 同期はステップに引っ張られません | スタート補助なし/助走時のフィールドオフ | ダンパー巻線または VFD ランプを使用します。フィールドに通電 |
| 同期は負荷がかかると同期性を失う | 負荷 > 引き抜きトルク | マシンの大型化または負荷の軽減、V チェック |
| 同期ハンティング/振動 | 急な負荷ステップ、弱いダンパー | ダンパーバーを強化します。負荷ランプを柔らかくします |
| 誘導時の力率が悪い | 軽負荷、補償なし | キャップを追加するか、同期 (過励起) に切り替えます。 |
| 過度の振動 | アンバランス、ベアリングの摩耗、ミスアライメント | バランスローター、ベアリングの交換、カップリングの位置合わせ |
| 絶縁不良 | 過熱、湿気、電圧スパイク | クラス定格の確認、ドライ/ワニス、VFDでdv/dtフィルタを使用 |
よくある質問
同期電動機と誘導電動機の主な違いは何ですか?
同期モーターは、同期速度 N で正確に回転します。の = 120f/Pでスリップがゼロですが、誘導電動機は常にわずかに遅く動作します—そのスリップs = (Nの−NR)/Nの トルクを生成するロータ電流を誘導します。同期機は二重励磁 (AC + DC ローター)、誘導機は単一励磁 (AC のみ) です。
同期モーターが自動始動しないのはなぜですか?
停止時には、ローターは高速回転するステーターフィールドに即座に追従できないため、安定したトルクは発生しません。非同期助走用のダンパー(リスケージ)巻線、ポニーモーター、または周波数をゼロからNまで上昇させるVFDが必要ですのです。
どのモーターの効率が優れていますか?
トップエンドで比較可能: IE3/IE4 誘導は ~89–96% に達しますが、PMSM 同期は ~93–98% に達し、大型同期マシンは 98% までに達します。同期プレミアム (30 –50% コスト) は、継続的な高電力または定速の任務に対してのみ回収されます。
誘導電動機は力率を改善できますか?
いいえ、誘導モーターは常に遅行磁化電流を消費します (全負荷時、
誘導電動機は同期速度に達することができますか?
いいえ、スリップがなければ、相対運動、誘導ローターEMF、トルクはありません。漸近的にNに近づきますの ゼロ負荷とゼロ損失でのみ、実際には決して使用されていません。
どのモーターが産業でより多く使用されていますか?
誘導モーターは、自動始動、頑丈で、安価であるため、主流です (設置された AC マシンの 90% 以上)。同期モーターは、定速、力率補正、または大負荷 (>>1 MW) の連続負荷用に予約されています。
AC および精密モーター ソリューションに Greensky を選ぶ理由
Greenskyは中国を拠点とするB2Bモーターメーカーで、 IE3/IE4高効率三相誘導電動機、 永久磁石同期(PMSM) 機械、および統合されたBLDCサーボおよびギアモーターユニットを世界中のOEMに提供します。すべてのユニットは、 IEC 60034 そして NEMA MG 1 寸法、効率クラス、および絶縁限界(クラスF / B上昇)。
- フルACポートフォリオ—かご式誘導(0.18–315 kW)とPMSM同期、ソフトスタートと正確な速度制御のためのVFD対応設計。
- 効率コンプライアンス—IE4 標準、IE5 PMSM オプション、完全なテスト データ IEEE 112 ご要望に応じて。
- エンジニアリングサポート—N を運営します。の = 上記の 120f/P、スリップ、および力率チェックにより、ユニットのサイズは銘板の電力だけでなく、デューティ サイクルと起動方法で決定されます。
- 柔軟なMOQとカスタマイズ—IEC B5/B14 または NEMA C 面フランジ、ブレーキ、エンコーダ、および適合 ギアモーター 定速または精密負荷用。
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参考文献
- IEC 60034-1: 回転電気機械 — 定格と性能 (速度、絶縁、周囲). https://webstore.iec.ch/publication/56936
- IEC 60034-30-1: 低電圧モーターの効率クラス (IE1–IE5). https://webstore.iec.ch/publication/63493
- NEMA MG 1: モーターと発電機 — 寸法、性能、スリップ、テスト. https://www.nema.org/standards/view/mg-1
- IEEE Std 112: 多相誘導モーターおよび同期モーターの標準テスト手順. https://standards.ieee.org/ieee/112/590/
- 米国DOE:モーターと駆動システムの性能の向上(産業用電力のモーターシステム≈70%). https://www.energy.gov/eere/amo/improving-motor-and-drive-system-performance
- 国際エネルギー機関(IEA):産業の最重要省エネ対策としてのモーター効率. https://www.iea.org/
- シーメンス:低電圧モーターのポートフォリオと同期/誘導選択ノート. https://www.siemens.com/global/en/products/drives/motors.html
- ABB:電気モーターおよび駆動効率ガイド(IEC / NEMA). https://new.abb.com/motors-generators
- SKF:モーターシャフトのベアリングの選択とL10寿命. https://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings
- Maxon / Faulhaberテクニカルライブラリ:同期(BLDC/PMSM)と誘導の基礎. https://www.maxongroup.com/maxon/view/content/design-in
