令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　機械科目 問30 解説 問3 問3

三相巻線形誘導電動機の比例推移特性において、始動時に最大トルクを得るための滑りは1であり、これを実現するためにスリップリングを介して外部抵抗を接続し、始動補償器やインバータによる始動法と、単相誘導電動機の位相差による始動原理を組み合わせることで、選択肢(4)が導かれます。

巻線形誘導電動機と比例推移

誘導電動機のトルクは、二次抵抗を変化させても最大トルクの大きさ自体は変わりませんが、その最大トルクが発生する「滑り」の値は二次抵抗に比例して変化します。この性質を比例推移といいます。

始動時、電動機の回転速度はゼロであるため、滑りは1となります。最大トルクを始動時点（滑り1）で発生させるためには、二次抵抗を定格時よりも大きく設定する必要があります。巻線形誘導電動機では、回転子巻線の端子を外部に取り出す必要があるため、回転軸に固定されたスリップリングとブラシを介して外部の始動抵抗器へ接続します。

かご形誘導電動機の始動法

かご形誘導電動機は構造上、二次回路の抵抗を外部から調整できません。そのため、一次側の電源電圧を制御することで始動電流を抑制します。

始動補償器は、電動機の一次側にリアクトルや単巻変圧器を挿入し、端子電圧を降下させることで始動電流を抑える装置です。一方、インバータは電圧だけでなく周波数も任意に制御できる装置であり、電動機に印加する電圧と周波数の比を一定に保つ（V/f制御）ことで、始動時から定格運転までスムーズなトルク制御と電流抑制を実現します。

単相誘導電動機の始動原理

三相誘導電動機は固定子に流れる三相電流により回転磁界が発生しますが、単相誘導電動機の主コイルだけでは、電流の大きさが変化するだけで磁界の向きが反転する交番磁界しか作れず、回転力が発生しません。

これに対し、主コイルと並列に補助コイルを設け、コンデンサなどを利用して両者の電流に位相差を生じさせます。これにより、磁束のピーク時間が空間的にずれるため、疑似的な回転磁界が生じ、電動機が始動可能となります。

始動方式の決定手順

1. 巻線形誘導電動機の比例推移により、最大トルクを始動時の滑り1で得るために、回転子回路を引き出すスリップリングを選択します。
2. かご形誘導電動機の始動において、電圧を降下させる装置として始動補償器を、周波数制御も可能な装置としてインバータを対応させます。
3. 単相誘導電動機の補助コイルによる始動原理から、主コイルとの間で必要なのは電流の位相のずれであることを特定します。

巻線形誘導電動機の回転子巻線がスリップリングを通じて外部の抵抗器とつながる様子と、インバータが周波数と電圧を変化させる仕組みを重ねてみると、各方式が始動電流の抑制にどう寄与しているのかが見えてきます。

参考リンク

• 誘導電動機の始動法（電気主任技術者試験の解説記事）
• インバータを使った三相モータの速度制御と始動（Qiita技術記事）
• 誘導電動機の回転磁界と比例推移の理論（電気工学の基礎定義）