プリセット
電動機パラメータ
電源・極数
計算結果
理論・主要公式
$T = \dfrac{3}{\omega_s}\cdot \dfrac{V_1^2 \cdot R_2'/s}{(R_1+R_2'/s)^2+(X_1+X_2')^2}$
すべり $s = (n_s - n)/n_s$，$\omega_s = 2\pi f / (P/2)$
三相誘導電動機シミュレーターとは
🙋
このシミュレーターで「二次抵抗 R₂'」を変えると、グラフの形が大きく変わりますね。これって何を変えているんですか？
🎓
大まかに言うと、モーターの「力強さ」と「滑らかさ」のバランスを変えているんだ。R₂'は回転子（ローター）の電気的な抵抗だ。右のスライダーでR₂'を大きくしてみて。起動時のトルク（左端）が大きくなるのがわかるかな？ 例えばクレーンのように重いものを最初にグッと動かすモーターは、この値が大きめに設計されるんだ。
🙋
え、そうなんですか！でも、R₂'を大きくしすぎると、今度は高速回転時の効率（グラフのオレンジ線）がガクンと下がっちゃいますね。これはなぜ？
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その通り！これが「トレードオフ」なんだ。R₂'が大きいと、回転子に電流が流れやすくなって起動トルクは上がる。でも、モーターが回り出すと、今度はこの抵抗で無駄な熱（二次銅損）がたくさん発生してしまう。だから定格速度付近での効率が悪くなる。扇風機のように常時スムーズに回るものはR₂'を小さくするんだ。シミュレーターで「ポンプ・ファン」プリセットを選ぶと、その設計が確認できるよ。
🙋
「Y-Δ始動」のスイッチを入れると、電流が一気に小さくなりました！あれ、でもトルクも3分の1くらいに…。これで本当に起動できるんですか？
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いいところに気づいたね。Y結線だと各相にかかる電圧が1/√3になるから、トルクは理論上1/3になる。だから、もともと起動時にすごいトルクが必要な負荷には向かないんだ。実務では、ポンプや送風機みたいに、回転数が上がるまであまりトルクを必要としない「軽負荷起動」の設備でよく使われる方法だ。シミュレーターで「始動方式」を切り替えながら、起動トルクと電流の関係を体感してみて。
よくある質問
すべりsは回転子の速度と同期速度の差を表します。s=1で起動時、sが小さいほど定格運転に近づきます。トルクはsの変化に応じて増減し、最大トルクは特定のすべり（最大トルクすべり）で発生します。シミュレーター上でsをスライドさせると、トルク曲線上の動作点が移動し、効率や電流も変化します。
Y-Δ始動は、始動時に固定子巻線をY結線にして電圧を1/√3に下げ、起動電流を抑制する方法です。一方、インバータ制御は周波数と電圧を連続的に変えることで、滑らかな加速と広範囲な速度制御が可能です。シミュレーターでは両方のモードを切り替え、トルクや電流の変化を比較できます。
最大トルクは固定子電圧V1の2乗に比例するため、電圧を上げると増大します。また、固定子・回転子の漏れリアクタンス（X1+X2'）を小さく設計すると最大トルクが向上します。ただし、電圧を上げすぎると磁気飽和や絶縁破壊のリスクがあるため、定格範囲内で調整してください。
まず、等価回路パラメータ（R1, X1, R2', X2'）が実機の値と一致しているか確認してください。特に回転子抵抗R2'は温度で変化するため、運転条件に応じて補正が必要です。また、電源電圧や周波数の設定、負荷トルクの入力値が実測と合っているかも見直してください。
実世界での応用
産業用ポンプ・送風機：ファンやポンプの負荷は、トルクが回転数の2乗に比例します（二次方負荷）。このため、起動時の負荷トルクが小さく、定格付近で効率を最大化することが重要です。シミュレーターの「ポンプ・ファン」プリセットは、この用途に最適化された低い$R_2'$の設計を示しており、高効率領域が広い特性を持ちます。
クレーン・エレベーター（巻上機）：重いものを静止状態から持ち上げるためには、大きな起動トルクが必須です。このため、回転子の導体バーに高抵抗材料を使用したり、二重かご形構造にして起動時の$R_2'$を意図的に大きく設計します。シミュレーターで$R_2'$を大きくすると、起動トルクが向上する反面、高回転時の効率が低下するトレードオフを確認できます。
インバータ制御モーター：現代の省エネ運転の主役です。シミュレーターの「V/f一定制御」モードは、電圧と周波数を比例させて磁束を一定に保つ基本的なインバータ制御を再現します。これにより、低速域でもトルクを維持し、広い速度範囲で効率的な運転が可能になります。ポンプの流量をバルブではなく速度で制御するなど、大幅な省エネ効果があります。
始動方式の選定（Y-Δ始動）：中小容量のモーターで多用される経済的な始動法です。シミュレーターでスイッチを切り替えると、Δ結線時の大きな突入電流がY結線では約1/3に抑制されることが一目瞭然です。ただし、起動トルクも1/3になるため、コンベアや粉砕機など起動トルクが大きい負荷には不向きで、適用可否の判断材料となります。
よくある誤解と注意点
このシミュレーターを使い始めるとき、いくつか「あれ？」と思いがちなポイントがあるよ。まず、「定格出力」と「最大トルク」は別物ということ。例えば、定格出力1.5kWのモーターでも、最大トルクはその2〜3倍出るのが普通だ。シミュレーターでトルク曲線の山の高さ（T_max）を見て、「定格運転点（通常は高速側の安定領域）でこのトルクが出るわけじゃない」と理解しておこう。次に、「二次抵抗R₂'」は物理的なワイヤの抵抗だけじゃないということ。特にかご形モーターでは、導体バーの形状や材料で決まる「見かけの抵抗」だ。深溝かご形だと、周波数が高い（すべりが大きい）起動時には電流が導体の表面しか流れなくなる（表皮効果）。これが起動時に実質的なR₂'を大きくし、通常時は小さくする巧妙な仕組みなんだ。シミュレーターでは単一の値で表現されるから、その裏にある物理的な工夫は頭の隅に置いておいてね。
あと、パラメータ入力で陥りがちなのが、リアクタンスX1, X2'の値のオーダー。抵抗が1Ω前後なのに対し、漏れリアクタンスは数Ω〜十数Ωと大きいことが多い。例えば50Hz、10mHのコイルのリアクタンスは約3.14Ωだ。これを抵抗と同程度の小さな値にしてしまうと、実際にはあり得ないほどシャープなトルク特性になったりするから注意。最後に、「インバータ制御」のシミュレーションはV/f一定制御が基本という点。実務ではさらにベクトル制御など高度な方式があるけど、このツールで「周波数」を変えると電圧も比例して変わるのは、最も基本的なV/f一定制御を再現しているんだ。これでモーターの磁束を一定に保ち、広い速度範囲で効率的にトルクを出せる原理を理解しよう。