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機械

電験三種 令和7年度下期 機械 問3

問題・正答・学習用解説

問題

次の文章は，誘導電動機の始動に関する記述である。a．三相巻線形誘導電動機は，二次回路を調整して始動する。トルクの比例推移特性を利用して，トルクが最大値となる滑りを (ア) 付近になるようにする。具体的には，二次回路を (イ) で引き出して抵抗を接続し，二次抵抗値を定格運転時よりも大きな値に調整する。b．三相かご形誘導電動機は，一次回路を調整して始動する。具体的には，始動時は Y 結線，通常運転時はΔ結線にコイルの接続を切り替えてコイルに加わる電圧を下げて始動する方法，(ウ) を電源と電動機の間に挿入して始動時の端子電圧を下げる方法，及び (エ) を用いて電圧と周波数の両者を下げる方法がある。c．三相誘導電動機では，三相コイルが作る磁界は回転磁界である。一方，単相誘導電動機では，単相コイルが作る磁界は交番磁界であり，主コイルだけでは始動しない。そこで，主コイルとは (オ) が異なる電流が流れる補助コイルやくま取りコイルを固定子に設けて，回転磁界や移動磁界を作って始動する。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。問3の選択肢の図表

選択肢

  1. （1）
    (1)
  2. （2）
    (2)
  3. （3）
    (3)
  4. （4）
    (4)
  5. （5）
    (5)

正答と解説

正答：（4）

正答の考え方

正解は(4)です。(ア)巻線形誘導電動機の比例推移は，二次抵抗 r2\displaystyle r_{2} を変えても sr2\displaystyle \frac{s}{r_{2}} を一定に保てば同じトルクが得られるという性質で，二次抵抗を大きくするほど最大トルクを生じる滑りが大きい側へ移動します。二次抵抗を十分大きくすれば最大トルクの滑りを始動時（s=1)\displaystyle s=1)付近に持ってこられるので(ア)は「1」。(イ)巻線形は回転子巻線をスリップリング（とブラシ）を介して外部に引き出し，外部抵抗器を接続して始動します。(ウ)かご形で端子電圧を下げる方法として始動補償器（始動用の三相単巻変圧器・タップ付き）を電源と電動機の間に挿入します。(エ)電圧と周波数の両方を下げて始動するのはインバータ（VVVF）です。(オ)単相機では主コイルだけでは交番磁界しかできず始動トルクが零なので，主コイルと位相が異なる電流を流す補助コイルやくま取りコイルを設け，二つの磁界の合成で回転（移動）磁界をつくって始動します。以上から(ア)1，(イ)スリップリング，(ウ)始動補償器，(エ)インバータ，(オ)位相，の組合せの(4)が正しい。

各選択肢の解説

選択肢1

(エ)を始動コンデンサ，(オ)を周波数とする点が誤りです。電圧と周波数を同時に下げて始動するのはインバータ（VVVF）であり，始動コンデンサは単相機の話で三相かご形の電圧低減始動には用いません。また単相機の補助コイルは『周波数』ではなく主コイルとの電流の『位相』差を利用して回転磁界を作ります。

選択肢2

(ア)を0，(イ)を整流子とする点が誤りです。比例推移では二次抵抗を増すと最大トルクの滑りは大きくなり始動（s=1)\displaystyle s=1)付近に来るので(ア)は1です。また巻線形の二次回路を引き出すのは整流子（直流機の部品）ではなくスリップリングです。

選択肢3

(ア)を0とし(オ)を周波数とする点が誤りです。二次抵抗を大きくして始動するのは最大トルクを始動付近（s≒1）に寄せるためで(ア)は1，単相補助コイルは周波数差ではなく電流の位相差を利用します。

選択肢5

(イ)を整流子，(エ)をインバータとしていますが，整流子が誤りです。巻線形の二次巻線（回転子巻線）を外部抵抗へ引き出すのはスリップリングであって整流子ではないため，組合せ全体として整合しません。

周辺知識

誘導電動機の始動で最重要なのが『始動電流は大きく（全電圧で定格の5〜7倍），しかし始動トルクは案外小さい』というジレンマで，各始動法はこの折り合いをどう付けるかで分類できます。巻線形の比例推移は r2\displaystyle r_{2} を増やすと T–s 曲線が右へずれ，始動トルクを最大トルクまで引き上げつつ始動電流を抑えられる優れた方法で，二次抵抗始動器（液体抵抗器や段階抵抗）として使われます。かご形は二次抵抗を外から変えられないため一次側で工夫し，全電圧（直入れ）始動，Y-Δ始動（始動時に相電圧 13\displaystyle \frac{1}{\sqrt{3}}，電流・トルクとも 13\displaystyle \frac{1}{3}），始動補償器（コンドルファ／補償始動，タップで電圧を選べる），リアクトル始動，そしてインバータ始動があります。トルクは電圧の二乗に比例するので電圧を下げる方式はどれも始動トルクが大きく犠牲になる点に注意します。インバータは V/f 一定制御で周波数も下げるため，低速でも磁束を保ち大きな始動トルクと滑らかな加速が得られ，省エネ運転も可能なため現在の主流です。単相誘導電動機は分相始動（補助巻線の抵抗を大きくして位相差を作る），コンデンサ始動（補助巻線に直列コンデンサで約90°近い位相差），くま取りコイル形（極の一部を短絡環で囲み磁束の時間遅れで移動磁界を作る）などがあり，いずれも『交番磁界を二相的にずらして回転磁界もどきを作る』のが本質です。試験では『巻線形＝二次（スリップリング）で調整』『かご形＝一次（電圧）で調整』という対比と，比例推移で最大トルク滑りが s＝1 に来るのは『二次抵抗を増やしたとき』という向きを押さえるのが頻出です。
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