#55【電験3種機械】令和5年度下期問3 徹底解説｜誘導機の速度制御（VVVF・極数切換・二次抵抗制御）

2026年3月17日

【問題】電験3種機械令和5年度下期問3｜誘導機の速度制御

まずは問題文と選択肢をしっかり確認しましょう。

次の文章は、誘導機の速度制御に関する記述である。

誘導機の回転速度 n [min^-1] は、滑り s、電源周波数 f [Hz]、極数 p を用いて n = 120・（ア） と表される。したがって、誘導機の速度は電源周波数によって制御することができ、特にかご形誘導電動機において （イ） 電源装置を用いた制御が広く利用されている。

かご形誘導機ではこの他に、運転中に固定子巻線の接続を変更して （ウ） を切り換える制御法や、（エ） の大きさを変更する制御法がある。前者は、効率はよいが、速度の変化が段階的となる。後者は、速度の安定な制御範囲を広くするために （オ） の値を大きくとり、銅損が大きくなる。

巻線形誘導機では、（オ） の値を調整することにより、トルクの比例推移を利用して速度を変える制御法がある。

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。

ここからは、スライドを使って各ポイントを詳しく見ていきましょう。

この問題は、誘導機の様々な速度制御方法に関する知識を問う穴埋め問題です。5つの空白を埋めるために、以下の知識が必要になります。

誘導機の速度を理解する上で最も基本となるのが、同期速度と回転速度の公式です。

同期速度 N_s：磁界が回転する速度。電源周波数 f に比例し、極数 p に反比例します。

N_s = \frac{120f}{p} \quad [\text{min}^{-1}]

回転速度 n：ロータ（回転子）が実際に回転する速度。同期速度から「滑り s」の分だけ遅くなります。

n = (1-s) \cdot N_s = 120 \times \frac{(1-s)f}{p} \quad [\text{min}^{-1}]

問題文の n = 120・（ア）にこの式を当てはめると、空白（ア）に入るのは (1−s)f/p であることが一目瞭然ですね。この時点で、正解の選択肢は(2)、(4)、(5)に絞られます。

（ア）の答え：(1−s)f/p

（イ）の答え：VVVF

（イ）は、かご形誘導電動機で広く利用される電源装置です。これはVVVF（可変電圧可変周波数：Variable Voltage Variable Frequency）制御を指します。インバータを用いて、電圧と周波数を同時に変えることで、広範囲で滑らかな速度制御を実現します。

選択肢にあるCVCF（定電圧定周波数：Constant Voltage Constant Frequency）は、主に無停電電源装置（UPS）などに使われるもので、速度制御が目的ではありません。この違いをしっかり押さえておきましょう。

（ウ）の答え：極数

（ウ）は、固定子巻線の接続を変更する制御法です。これは極数を切り換えることで、同期速度を段階的に変える方法です。

N_s = \frac{120f}{p} \quad \Rightarrow \quad p \text{ を変えると } N_s \text{ が変化}

例えば4極から8極に切り換えると、同期速度は半分になります。効率が良いというメリットがありますが、速度が連続的に変わらず段階的になるのが特徴です。

（エ）の答え：一次電圧

（エ）は、その「大きさ」を変更する制御法です。これは一次電圧を指します。一次電圧を下げるとトルクが減少し、結果として速度が変化します。ただし、トルクの減少が大きく、安定した制御範囲が狭いという特徴があります。

（オ）の答え：二次抵抗

（オ）は、巻線形誘導機で用いられる制御法です。これは二次抵抗の値を調整する方法です。二次回路（ロータ側）に接続した外部抵抗の値を変えることで、トルクと滑りの関係（トルク−速度特性）を変化させます。これを比例推移と呼びます。

問題文にある通り、二次抵抗の値を大きくすると、銅損は大きくなりますが、速度の安定な制御範囲を広げることができます。

比例推移のグラフは電験3種で非常に重要です。ポイントは以下の3つです。

グラフの横軸は、左端が速度0（滑りs=1、停止状態）、右端が同期速度N_s（滑りs=0）です。この方向をしっかり覚えておきましょう。

以上の解説から、各空白に当てはまるのは以下の通りです。

したがって、正解は 選択肢（5） となります。

最後に、誘導機の3大速度制御法を整理しておきましょう。