令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　機械科目 問50 解説 問5 問5

同期電動機は、回転子に直流励磁が必要な構造上、停止状態から直接同期速度で回転させることができないため、回転子の磁極面に制動巻線を施し、かご形誘導電動機と同様の原理で誘導トルクを発生させて加速させるのが自己起動法です。

同期電動機の自己起動の仕組み

同期電動機は、固定子の回転磁界と回転子の磁極が磁気的に結合することで同期速度で運転されます。しかし、回転子が停止している状態では、固定子の回転磁界に対して回転子の磁極が追従しきれず、磁気的な吸引・反発が高速で交互に入れ替わるため、平均トルクがゼロとなり、自力で始動することができません。

この問題を解決するため、回転子の磁極面に導体棒（制動巻線）を埋め込みます。この構造は、かご形誘導電動機の回転子と同じ役割を果たします。固定子の回転磁界が停止している回転子の制動巻線を横切ると、電磁誘導の法則により制動巻線に誘導起電力が発生し、かご形巻線内に電流が流れます。この電流と回転磁界の相互作用によって、かご形誘導電動機と同様の誘導トルクが発生し、回転子は回転を開始します。

起動時の手順と制御

回転子の速度が上昇し、同期速度の95％程度（すべりが十分に小さくなった状態）に達したら、回転子の制動巻線の働きを終え、本来の同期電動機としての運転へ移行します。

1. 起動時：回転子の界磁巻線は、固定子の回転磁界から高い電圧が誘起されるため、絶縁破壊を防ぐ目的で外部抵抗を介して短絡しておきます。
2. 加速時：制動巻線に流れる電流によって発生する誘導トルクを利用して加速させます。
3. 同期引き込み時：同期速度近くまで回転数が上昇した段階で、界磁巻線の短絡を解除し、直流電源から励磁を行うことで、回転子の磁極が固定子の回転磁界に引き込まれ、同期回転へと移行します。

回転子の磁極面にある制動巻線と、界磁巻線を短絡する回路の配置に注目して、各部の電気的な役割を照らし合わせると、起動から同期引き込みまでの流れが把握できます。

参考リンク

• 同期電動機の起動法（自己起動法）の仕組み
• 同期電動機を回してみた！実験動画と原理解説
• 同期電動機の構造と誘導起電力の基礎理論