今回は、電験3種・機械科目の平成18年度 問2で出題された「かご形誘導電動機の始動方式」に関する問題を徹底解説します。電動機の容量によって使い分けられる3つの主要な始動方式（全電圧始動、Y-Δ始動、始動補償器始動）について、その原理と特性を理解することが合格への鍵となります。
本記事では、スライドの内容を追いながら、各始動方式のメカニズム、始動電流やトルクがどのように変化するのかを、初心者にも分かりやすく解説していきます。
【問題】かご形誘導電動機の始動方式（機械 H18 問2）
問題文の確認
かご形誘導電動機の始動方法には、次のようなものがある。
a. 定格出力が5[kW]程度以下の小容量のかご形誘導電動機の始動時には、（ア）に与える影響が小さいので、直接電源電圧を印加する方法が用いられる。
b. 定格出力が5〜15[kW]程度のかご形誘導電動機の始動時には、まず固定子巻線を（イ）にして電源電圧を加えて加速し、次に回転子の回転速度が定格速度近くに達したとき、固定子巻線を（ウ）に切り換える方法が用いられる。この方法では（ウ）で直接始動した場合に比べて、始動電流、始動トルクはともに（エ）倍になる。
c. 定格出力が15[kW]程度以上のかご形誘導電動機の始動時には、まず（オ）により、低電圧を電動機に供給し、回転子の回転速度が定格回転速度近くに達したとき、全電圧を電動機に供給する方法が用いられる。
上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)、(エ)及び(オ)に当てはまる最も適切なものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
この問題のポイント
この問題は、かご形誘導電動機の始動方式について、モーターの容量（定格出力）に応じてどの方式が使われるかを問うています。ポイントは以下の3つの方式を区別することです。
- 小容量（5kW以下）：全電圧始動（直入れ始動）
- 中容量（5〜15kW）：Y-Δ（スターデルタ）始動
- 大容量（15kW以上）：始動補償器始動
それぞれの方式がなぜその容量で使われるのか、理由と併せて理解することが重要です。それでは、各空欄を順番に見ていきましょう。
解説①：空欄（ア）全電圧始動（直入れ始動）
なぜ小容量モーターは直接始動できるのか？
問題文aにある「定格出力が5kW以下の小容量」で用いられるのが全電圧始動（直入れ始動）です。これは、電動機に直接、定格電圧をかけて始動する最もシンプルな方法です。
始動時には定格電流の4〜6倍という大きな始動電流が流れますが、モーター自体の容量が小さいため、電流の絶対値はそこまで大きくなりません。その結果、電圧降下などの電源系統への影響が許容範囲内に収まるため、この方式が採用されます。
したがって、空欄（ア）に当てはまるのは「電源系統」となります。「絶縁電線」は誤りです。
解説②：空欄（イ）（ウ）Y-Δ始動のメカニズム
なぜ結線を切り替えて始動するのか？
問題文bにある「定格出力が5〜15kW程度の中容量」で用いられるのがY-Δ（スターデルタ）始動です。この方式の目的は、始動時の電流を抑えることです。
- 始動時（①始動・加速時）：まず固定子巻線を「Y結線（スター結線）」にして始動します。これにより、各相にかかる電圧を意図的に下げます。
- 定格運転時（②定格運転時）：回転速度が定格近くに達した後、スイッチを切り替えて本来の「Δ結線（デルタ結線）」に戻し、全電圧で通常運転を行います。
よって、空欄（イ）は「Y結線」、空欄（ウ）は「Δ結線」が入ります。
解説③：空欄（エ）Y-Δ始動の始動電流・始動トルクの変化
始動電流とトルクは何分の1になる？
Y-Δ始動の最大のポイントは、始動電流と始動トルクがΔ結線で直接始動した場合に比べてどれだけ小さくなるかです。
Y結線時の相電圧は、Δ結線時の相電圧（＝線間電圧）の \( \dfrac{1}{\sqrt{3}} \) になります。そして、誘導機のトルクは電圧の2乗に比例する（\( T \propto V^2 \)）という重要な特性があります。
このため、始動トルクは以下のように計算されます。
となり、1/3に減少します。また、始動電流（線電流）も同様に1/3に抑えられます。
この「1/3」という数値は頻出なので必ず覚えておきましょう。したがって、空欄（エ）は「1/3」です。「1/√3」は相電圧の比であり、電流・トルクの比ではないため誤りです。
解説④：空欄（オ）始動補償器始動
大容量モーターの始動に使う機器とは？
問題文cにある「定格出力が15kW以上の大容量」で用いられるのが始動補償器始動です。これは、Y-Δ始動よりもさらに始動電流を抑えたい場合に用いられます。
この方式では、「三相単巻変圧器」を始動補償器として使用し、始動時に供給電圧そのものを下げます。電圧を \( \dfrac{1}{a} \) に下げると、始動電流と始動トルクはともに \( \dfrac{1}{a^2} \) に低下します。モーターが加速した後、変圧器を切り離して全電圧を供給します。
空欄（オ）に当てはまるのは「三相単巻変圧器」となります。「三相可変抵抗器」は誤りです（可変抵抗器は巻線形誘導電動機の二次抵抗制御に使用するものです）。
【解答】正解の導出
以上の解説から、各空欄に当てはまる語句をまとめると以下のようになります。
- （ア）：電源系統
- （イ）：Y結線
- （ウ）：Δ結線
- （エ）：1/3
- （オ）：三相単巻変圧器
これらの組み合わせと一致する選択肢は (5) となります。
【重要まとめ】かご形誘導電動機の始動方式 比較マトリクス
最後に、今回の問題の要点を比較表で整理します。このマトリクスは電験3種「機械」科目の頻出ポイントなので、しっかり頭に入れておきましょう。
| 始動方式 | 適用容量 | 始動時電圧 | 始動電流 | 始動トルク | 必要機器 |
|---|---|---|---|---|---|
| 全電圧始動 | 5kW以下 | 定格電圧 V | 定格の4〜6倍 | そのまま | なし（直接印加） |
| Y-Δ始動 | 5〜15kW | \( \frac{1}{\sqrt{3}} V \) | 直入れの 1/3 | 直入れの 1/3 | Y-Δ開閉器 |
| 始動補償器 | 15kW以上 | \( \frac{1}{a} V \) | 直入れの \( \frac{1}{a^2} \) | 直入れの \( \frac{1}{a^2} \) | 三相単巻変圧器 |
重要なのは、数値を丸暗記するだけでなく、「なぜそうなるのか？」という物理的な意味（Y-Δ始動では電圧が \( 1/\sqrt{3} \) になり、トルクと電流は電圧の2乗に比例して減少する）をセットで理解することです。これにより、応用問題にも対応できるようになります。
※本マトリクスは電験3種「機械」の頻出ポイントです。数値の暗記だけでなく、物理的な意味（電圧降下→2乗で減少）を理解することが重要です。
コメント