《機械》〈回転機〉[R03:問3]特殊かご形誘導機の特徴と構造に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，特殊かご形誘導機に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

かご形誘導機の始動特性の特徴として\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)が大きい割に\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)が小さいことがあげられる。始動特性を改良するために二次周波数の変化に対する二次抵抗の変化を利用したのが特殊かご形誘導機である。

\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)かご形誘導機の回転子は，二つのかご形導体を有している。回転子表面に近い外側導体は断面積が小さく，抵抗値が大きい。軸に近い内側導体は断面積が大きく，抵抗値が小さい。始動時の二次周波数が高い間は，内側導体が構成する二次回路の\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)が大きいため，二次回路を流れる電流の大部分は外側導体を流れる。そのため，二次抵抗の高い誘導機として始動され，大きな\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)を得ることができる。二次周波数の低下に伴い，二次電流の大部分は抵抗の低い内側導体に流れる。

\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)かご形誘導機の回転子には半径方向に長い導体を用いている。始動時の二次周波数が高い間は，二次電流は表皮効果により導体の回転子表面近くに集中する。二次周波数の低下に伴い，二次電流が導体の軸に近い部分まで広がるので，二次抵抗は低くなる。

〔問3の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　始動電流　　　　　&（ロ）&　始動トルク　　　　　&（ハ）&　鉄損 \\[ 5pt ] &（ニ）&　コンダクタンス　　　　　　　&（ホ）&　一次巻線　　　　　&（ヘ）&　端絡環 \\[ 5pt ] &（ト）&　スキュー　　　　　&（チ）&　巻線　　　　　&（リ）&　一次抵抗 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　始動抵抗　　　　　&（ル）&　漏れリアクタンス　　　　　　　&（ヲ）&　二重 \\[ 5pt ] &（ワ）&　深みぞ　　　　　&（カ）&　細みぞ　　　　　&（ヨ）&　浅みぞ \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

特殊かご形誘導電動機に関する問題です。
\( \ 3 \ \)種の頃から類題がよく出題されていた問題かと思います。
\( \ 2 \ \)種になると二次試験において等価回路からトルクの導出をするような問題も出題されます。典型的な例が平成23年機械制御問1に出題されていますので，そちらも確認しておいて下さい。

1.特殊かご形電動機
三相誘導電動機のトルク\( \ T \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
T &=& \frac {1}{\omega _{\mathrm {s}}}\frac {3V_{1}^{2}\displaystyle \frac {r_{2}^{\prime }}{s}}{\left( r_{1}+\displaystyle \frac {r_{2}^{\prime }}{s}\right) ^{2}+\left( x_{1}+x_{2}^{\prime }\right) ^{2}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] で求めることができ，その特性をグラフで表すと図1のようになります。
始動時は始動電流は大きいですが，図1より始動トルクが小さいことがわかります。特殊かご形電動機は始動電流を抑制した上で，適切な始動トルクを得るために回転子側の形状を工夫した電動機です。

①深溝かご形電動機
深溝かご形回転子の概要を図2に示します。図2に示すように深溝かご形回転子は回転子に深いスロットを設け，そこに導体を入れたような構造となっています。始動時回転子内の漏れ磁束は外側ほど小さくなり，始動時ほとんどの電流が導体の外側を流れ，抵抗が大きくなります。その後回転数が上がると，電流は一様に分布するようになり，抵抗が小さくなります。

②二重かご形電動機
二重かご形回転子の概要を図3に示します。図に示すように，二重かご形回転子は，内側と外側に二つの導体を入れ，外側の方を小さく，すなわち高抵抗となるようにします。始動時，深溝かご形回転子と同様に，外側ほど漏れ磁束が小さいので，ほとんどの電流が外側を流れます。その後，回転数が大きくなると，低抵抗である内側の導体を流れるようになります。

【解答】

(1)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）始動電流，（ロ）始動トルク，（ハ）鉄損，（ニ）コンダクタンス，（リ）一次抵抗，（ヌ）始動抵抗，（ル）漏れリアクタンス，になると思います。
かご形誘導電動機は始動電流が定格電流が\( \ 5 \ \)倍以上と非常に大きいため，小容量機を除き何らかの始動方法を検討する必要があります。

(2)解答：ロ
題意より解答候補は，（イ）始動電流，（ロ）始動トルク，（ハ）鉄損，（ニ）コンダクタンス，（リ）一次抵抗，（ヌ）始動抵抗，（ル）漏れリアクタンス，になると思います。
ワンポイント解説「1.特殊かご形電動機」図1の通り，かご形誘導電動機は始動トルクが小さいという特徴があります。

(3)解答：ヲ
題意より解答候補は，（ヲ）二重，（ワ）深みぞ，（カ）細みぞ，（ヨ）浅みぞ，等になると思います。
ワンポイント解説「1.特殊かご形電動機」の通り，二つのかご形導体を有しているのは二重かご形誘導機となります。

(4)解答：ル
題意より解答候補は，（ハ）鉄損，（ニ）コンダクタンス，（ヌ）始動抵抗，（ル）漏れリアクタンス，になると思います。
ワンポイント解説「1.特殊かご形電動機」の通り，始動時は内側導体が構成する二次回路の漏れリアクタンスが大きいため，二次回路を流れる電流はほとんど外側導体を流れるという特徴があります。

(5)解答：ワ
題意より解答候補は，（ヲ）二重，（ワ）深みぞ，（カ）細みぞ，（ヨ）浅みぞ，等になると思います。
ワンポイント解説「1.特殊かご形電動機」の通り，回転子の半径方向に長い導体を使用しているのは深みぞかご形誘導機となります。