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電気工事士試験 · 学習ガイド

電動機

誘導電動機とは

誘導電動機は、回転磁界によって回転子に電流を誘導し、電気エネルギーを回転力に変える電動機です。同期速度とすべりの関係を数値で押さえます。

電気を回転に変える。左に電気の矢印、中央にモーター、右に回転する軸とファン。
電動機は電気エネルギーを軸の回転に変えます。一部は熱などの損失になるため、入力がすべて機械的な仕事になるわけではありません。

モーターは電気エネルギーを回転する力へ変えます。誘導電動機では、回転する磁界に対して回転子が少し遅れることが、力を生む仕組みと関係します。

電動機
項目要点
同期速度Ns=120f/p〔min⁻¹〕(f:周波数〔Hz〕、p:極数)
すべりs=(Ns−N)/Ns。回転速度はN=Ns(1−s)
インバータ周波数(と電圧)を変えて速度を制御
回転方向3線のうち任意の2線を入れ替えると逆転
電動機
始動法・制御要点
じか入れ(全電圧)始動構造が簡単。始動電流が大きい
Y-Δ始動巻線電圧が1/√3となり、始動電流・始動トルクとも全電圧始動の1/3。始動器から電動機までの配線は6本
始動補償器単巻変圧器で電圧を下げて始動し、運転時に全電圧へ切り替える
リアクトル始動一次側に直列リアクトルを入れ、電圧を下げて始動する
インバータ(VVVF)周波数と電圧を変えて速度を連続的に制御する
極数切換極数を変えて段階的に速度を変える
電動機
回転機要点
かご形誘導電動機構造が簡単で堅ろう。回転子は同期速度より少し遅い
同期電動機同期速度で回転する(すべり0)。回転子に界磁が必要
同期発電機の並列運転電圧の大きさ・周波数・位相・相回転(相順)を一致させる
直流電動機電機子電流か界磁電流の向きを逆にすると逆転する
トップランナーモータ高効率。更新すると回転速度がわずかに上がり、始動電流が大きくなることがある

基本の仕組み

基本の仕組みの図解。誘導電動機の回転を同心円で描き、外側の同期速度を1500min⁻¹、内側の回転子を1440min⁻¹として、同じ向きの回転矢印を付ける。円の間に速度差60min⁻¹を示し、その差を同期速度で割るとすべり4%になる関係を示す。
覚えること:50Hz・4極で1440ならすべり4%

周波数50Hz、4極の電動機なら同期速度は120×50÷4=1500min⁻¹です。実際の回転速度が1440min⁻¹なら、すべりは(1500−1440)÷1500=4%になります。

同期速度は周波数と極数で決まり、誘導電動機の回転子は通常の電動運転でそれより遅く回ります。速度の差を同期速度で割った割合がすべりです。

極数を増やすと同じ周波数で速くなる、という覚え方は逆です。また出力のkWと電源からの入力は、効率があるため同じ値とは限りません。

誘導電動機の回転と制御

誘導電動機の回転と制御の図解。左の3線から右の誘導電動機へつなぐ1枚の図。2線だけを交差させ、残る1線は直線でつなぎ、電動機の横に逆回転の矢印を置く。
覚えること:3線のうち任意の2線交換で逆回転

回転速度はN=Ns(1−s)で求めます。4極・60Hzなら同期速度は1800min⁻¹で、すべり5%なら1710min⁻¹です。インバータで周波数を30Hzに下げると同期速度も900min⁻¹へ比例して下がります。回転方向は3線のうち任意の2線を入れ替えると逆になり、3線を順繰りに入れ替えても変わりません。

じか入れ(全電圧)始動では始動電流が全負荷電流の4〜8倍程度になるため、Y-Δ始動、始動補償器(単巻変圧器で減圧)、リアクトル始動(直列リアクトルで減圧)で始動電流を抑えます。Y-Δ始動では始動電流も始動トルクも全電圧始動の1/3になります。結線後は検相器で相順を確かめ、試運転で回転方向を確認します。

試験に出る

  • 同期速度は120×周波数÷極数で求める。極数が増えるほど低くなる。
  • すべりは(同期速度−実際の回転速度)÷同期速度で計算する。
  • 誘導電動機の回転子は、通常の電動運転では同期速度より遅く回る。
  • 出力kWと入力kWは効率の分だけ異なり、同じ値とは限らない。
  • 極数と同期速度の大小関係を逆にした選択肢に注意する。
  • Y-Δ始動は始動電流・始動トルクとも1/3。「始動トルクは同じ」は誤り。
  • インバータは周波数を変えて速度を制御する(極数・電圧だけの制御ではない)。
  • Y-Δ始動器から電動機までの配線は6本。

重要な言葉

同期速度
回転磁界の速度で、120×周波数÷極数で求める。
すべり
同期速度と実際の回転速度の差を、同期速度で割った割合。
誘導電動機
回転磁界によって回転子に電流を誘導し、回転力を得る電動機。
スターデルタ始動
始動時は巻線をY結線、運転時はΔ結線に切り替え、始動電流を抑える始動法。
インバータ
直流を交流に変換する装置。周波数を変えて電動機の速度を制御する。

確認問題

確かめよう50Hzのまま4極から6極なら同期速度は?

1000min⁻¹。極数が多いほど低くなります。

50Hzで4極の誘導電動機の同期速度は1500min⁻¹である。

極数を増やすと同じ周波数でも同期速度は速くなる。

Y-Δ始動の始動トルクは、Δ結線で全電圧始動した場合と同じである。

三相誘導電動機の3線を順繰りに入れ替えると、回転方向は逆になる。

周波数50Hz、6極の電動機の同期速度は?

周波数50Hz、4極で同期速度1500min⁻¹の電動機で、実際の回転速度が1440min⁻¹のときのすべりは?

Y-Δ始動で、Δ結線の全電圧始動に比べた始動時の線電流は?

モーターは電気エネルギーを回転する力へ変えます。では、回転する磁界に対して回転子が少し遅れることが、力を生む仕組みと関係します。

50Hz、4極の電動機なら同期速度は120×50÷4=です。実際の回転速度が1440min⁻¹なら、すべりは(1500−1440)÷1500=4%になります。

は周波数と極数で決まり、誘導電動機の回転子は通常の電動運転でそれより遅く回ります。速度の差を同期速度で割った割合がです。

極数を増やすと同じ周波数で速くなる、という覚え方は逆です。また出力のと電源からの入力は、効率があるため同じ値とは限りません。

出典・参考資料

試験の公式案内と、この記事の参考にした学習資料です。

編集:Pinternet Works · 更新日:

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