モーター制御 - AC 誘導モーター（ACIM）の概要
AC 誘導モーター（ACIM）は、コンシューマ・アプリケーションおよび産業用アプリケーションで使用される、最も一般的なモーターであり、産業の革新の背後にある「推進力」と言えます。この「スパークレス」モーターのコンセプトを最初に立案したのは、19 世紀末のニコラ・テスラであり、直交関係にある 2 個の固定子の相で構成される多相構造が原型でした。それ以来改良が続けられ、より一般的な三相構造になり、モーターの電圧と電流は平衡の取れた動作をするようになりました。
このモーターには、ブラシ付 DC モーターのようなブラシ/整流子構造はなく、スパークに伴う電気的ノイズ、ブラシの磨耗、 大きい摩擦、低い信頼性などの問題がすべて解消されています。回転子と固定子どちらの構造にも永久磁石が含まれていないため、信頼性が向上すると同時に、非常に経済的に製造できます。馬力の大きいアプリケーション（500 馬力以上など）では、AC 誘導モーターは現存する中で非常に効率が高いモーターの 1 つであり、97% 以上の効率が達成可能です。ただし、軽い負荷条件の場合は、回転子の磁束を生成するために必要とされる直交型の磁化電流が固定子の電流の多くの部分を占めてしまうため、効率の低下、および力率の低い動作という結果をもたらします。
ACIM は、正弦波の電圧および電流で駆動するときに最善の動作を示します。ACIM の利点の 1 つは、トルク・リップルが小さいために実現される、非常にスムーズな動作です。この動作を達成するために、ほとんどの ACIM ではスロット（溝）が付いた固定子の構造を採用し、正弦波の波形が発生するように巻き線をスロットの中に配置して、空隙に正弦波の磁束を発生させています。また、この磁束は回転子の回路と結合します。この回路は、両端で短絡された銅またはアルミニウムの棒で構成され、軟鉄または鉄を含む他の物質で形成された積層鋼板の構造に据え付けられています。ほとんどの場合、回転子の棒の電気抵抗を小さくすると、モーターの効率を向上させることができます。磁束がこれらの導体と交差すると、d-flux/dt（磁束を時間で微分）電圧が回転子の棒全体で発生し、この電圧が回転子の中で電流を生じさせます。つまり、標準的なトランスの中で一次側コイルの電流によって二次側の電流が誘導されるのとほぼ同じ方法で、固定子の電流によって回転子の回路内で電流が誘導されます。この回転子の電流によって独自の磁束が発生し、磁束が固定子の mmF と相互作用することでトルクが発生します。ただし、この d-flux/dt による効果を回転子の棒で発生させるためには、回転子が固定子の磁界の回転と同じ速度で回転してはなりません。そのため、誘導モーターは非同期モーターに分類されます。固定子の磁束ベクトルと回転子の間での回転速度の差を、「スリップ」と呼びます。モーターのシャフトでより多くのトルクが必要になるほど、スリップ周波数は高くなります。結論として、モーターの速度は、固定子の極数、モーターのトルク（つまりモーターのスリップ）、および AC 入力電圧の周波数に対する関数として表されます。
三相トポロジは、可変速アプリケーションにとって最適な選択肢です。図に示すように、三相インバータは一般的に使用されており、印加される波形の電圧と周波数を単純に変化させるだけで、モーターの速度を制御できます（開ループの V/Hz、つまりスカラー制御）。また、フィールド・オリエンテッド・コントロール（FOC）を形成し、トルク・ループの周囲を速度ループで囲む方法で速度を制御することもできます。前者は MSP430 のような経済性の高いデバイスで容易に実現できますが、FOC に適しているのは TI の C2000 コントローラのような強力な 32 ビット・プロセッサです。
AC 誘導モーターは、単相バージョンという形でも使用できます。ほとんどの単相バージョンは実際には二相を使用していますが、そのうちの一相はモーターの始動を支援することが目的です。モーターが特定の速度に達すると、この相は接続を解除され、モーターは一相のみで動作するようになります。
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