令和6年度第三種電気主任技術者上期試験　機械科目 問30 解説 問3 問3

三相誘導電動機は固定子巻線に三相交流を流すことで回転磁界を発生させ、その相対速度差によって回転子に生じる誘導起電力と電流によりトルクを得るため、正答は回転磁界、スリップリング、電動機、発電機の組み合わせとなります。

三相誘導機の動作原理と構造

三相誘導機の固定子巻線に三相交流を流すと、空間的に回転する磁束（回転磁界）が生成されます。この回転磁界が回転子導体を横切ることで、電磁誘導の法則に基づき回転子に電圧が誘起され、回転子回路に電流が流れます。この電流と回転磁界の相互作用によってフレミングの左手の法則に従う力が働き、回転子に回転方向のトルクが発生します。

巻線形誘導機においては、回転子巻線の端部をスリップリングとブラシを介して外部回路に接続する構造をとります。これにより、外部から二次抵抗値を調整することが可能となり、始動トルクの増大や回転速度の制御を行うことができます。整流子を用いる構造は直流機に見られるものであり、誘導機における滑り調整には適しません。

運転状態と滑り（s）の関係

誘導機の運転状態は、同期速度（磁界の回転速度）に対する回転子の速度差を滑り（$s$）で表すことで判断できます。

1. 回転磁界の同期速度を $N_s$、回転子の速度を $N$ とすると、滑りは $s = (N_s - N) / N_s$ と定義されます。
2. 停止時（$s=1$）から同期速度（$s=0$）までの $1 > s > 0$ の範囲では、回転子は回転磁界と同じ方向に引っ張られるように力が加わるため、電動機として動作します。
3. 回転子が同期速度を超えて回転磁界より速く回ると（$s < 0$）、磁束に対する導体の切る向きが逆転するため、回転方向とは逆の方向に制動トルクが発生します。この状態では機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電機として動作します。

同期速度と回転子の速度の差に目を向けると、回転磁界の回転方向に対してどちらの向きに電流が働くか、エネルギーの変換関係が見えてきます。

参考リンク

• 【電験三種】誘導機の基礎知識と特性を徹底解説
• 誘導電動機がなぜ発電機になるのか？【逆回転でブレーキ】
• 三相誘導電動機の理論と構成（一般社団法人日本電機工業会）