《機械》〈同期機〉[H19:問1]同期電動機の自己始動法に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，同期電動機の始動に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる語句を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。

同期電動機のトルクは，回転子が同期速度で回転しているときにのみ発生するので，通常，自己始動法，始動電動機始動法，\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)始動法，サイリスタ始動法等により，回転子を同期速度まで加速した後，励磁巻線を励磁する必要がある。

これらのうち自己始動法は，\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)巻線を用いて，これを誘導電動機の二次巻線として始動トルクを発生する方法である。始動時に定格の三相交流電圧を加えると，大きな始動電流が流れる割には大きなトルクが得られないので，電流値を抑制しながら適切な始動トルクを得るため，始動用変圧器，始動補償器，直列リアクトルあるいは変圧器等により低減した電圧を印加する。

また，自己始動法を採用する場合，始動時滑り周波数が大きい場合には，\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)磁界によって界磁巻線内に高電圧が誘導され，絶縁破壊するおそれがあるので，界磁巻線を数個に分割して，これを\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)おくか又は抵抗を通して閉じておく必要がある。

このようにして自己始動法により始動し，回転子が同期速度に近くなったときに，界磁巻線を励磁すると，\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)トルクによって同期速度で回転を始める。その後，電機子電圧を定格の全電圧に切り換えて運転状態にする。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　並列接続して　　　　　　　&（ロ）&　停　動　　　　　&（ハ）&　高周波 \\[ 5pt ] &（ニ）&　制　動　　　　　&（ホ）&　直　流　　　　　&（ヘ）&　単　相 \\[ 5pt ] &（ト）&　回　転　　　　　&（チ）&　直列接続して　　　　　　　&（リ）&　低周波 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　高調波　　　　　&（ル）&　励　磁　　　　　&（ヲ）&　引　入 \\[ 5pt ] &（ワ）&　最　大　　　　　&（カ）&　残　留　　　　　&（ヨ）&　開いて \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

同期電動機の始動法の種類と自己始動法の内容を問う問題です。
(1)以外の空欄は自己始動法の内容に特化した内容であるため，少し高度な内容となっていますが，\( \ 3 \ \)種の平成17年問4でも類題が出題されていましたので，\( \ 3 \ \)種合格直後の方や過去問対策をしていた受験生は高得点が得られた可能があります。

1.同期機の始動法の種類と特徴
回転界磁形同期電動機が停止している状態で，固定子巻線に三相交流電圧を印加すると回転磁界が生じますが，励磁された回転子磁極はその回転速度についていけないため，磁極が受けるトルクは，同じ大きさで向きが交互に変わります。したがって，その平均トルクは零になりこのままでは電動機は起動しませんので，以下のような始動法がなされます。

①自己始動法
回転子の磁極面に施した制動巻線を利用して始動する方式です。制動巻線に発生するトルクにより始動させ，制動巻線はかご形誘導電動機の回転子と同じ原理で始動させます。

②始動電動機法
三相同期電動機に直結した誘導電動機や直流電動機を用いて同期速度付近まで加速した後，界磁電流を流して励磁し同期する方法です。始動用の誘導電動機は，同期電動機よりも磁極数を\( \ 2 \ \)極少ないものを選定して，同期速度以上に加速できるようにします。

③サイリスタ始動法
同期電動機をあらかじめ励磁しておき，サイリスタ変換装置により電動機の周波数を変化させることにより始動する方法です。

④同期始動法
同期電動機と同期発電機を停止状態で接続し，同期発電機を始動して同期速度まで回転数を上昇させる方式です。ほかの同期発電機が使用できる場合に限り適用されます。

⑤低周波始動法
周波数を可変させることができる電源を使用して始動する方式です。低周波のうちに同期化した後，励磁を与えて加速していきます。

2.自己始動法
回転子の磁極面に施した制動巻線を利用して始動する方式です。制動巻線を誘導電動機の二次巻線のようにして，誘導電流と磁界により発生するトルクにより始動させます。制動巻線はかご形誘導電動機と同様な構造をしています。
同期速度付近に達したら，界磁電流に直流励磁を与えて，引込みトルクによって同期化します。
始動時には，回転磁束により界磁巻線に高電圧が誘導され，絶縁破壊のおそれがあるため，電機子電圧を低減して始動するか，界磁巻線を分割して開いておくもしくは適当な抵抗を介して界磁巻線を短絡しておく必要があります。

出典：電験教室　ＨＰ　【解説】同期電動機の出力・トルク・特性について
ＵＲＬ：https://momoyoshiblog.com/douki-dendouki/

【解答】

(1)解答：リ
題意より，解答候補は（ハ）高周波，（ホ）直流，（ヘ）単相，（リ）低周波，等になると思います。
ワンポイント解説「1.同期機の始動法の種類と特徴」の通り，同期電動機の始動法として適切なのは低周波始動法となります。

(2)解答：ニ
題意より，解答候補は（ニ）制動，（ホ）直流，（ル）励磁，等になると思います。
ワンポイント解説「1.同期機の始動法の種類と特徴」の通り，自己始動法は，制動巻線を用いてこれを誘導電動機の二次巻線として始動トルクを発生する方法です。

(3)解答：ト
題意より，解答候補は（ヘ）単相，（ト）回転，（カ）残留，等になると思います。
ワンポイント解説「2.自己始動法」の通り，自己始動法は，始動時滑り周波数が大きい場合には，回転磁界によって界磁巻線内に高電圧が誘導され，絶縁破壊するおそれがあります。

(4)解答：ヨ
題意より，解答候補は（イ）並列接続して，（チ）直列接続して，（ヨ）開いて，になると思います。
ワンポイント解説「2.自己始動法」の通り，界磁巻線を数個に分割して，これを開いておく又は抵抗を通して閉じておくことにより，絶縁破壊を防止させます。

(5)解答：ヲ
題意より，解答候補は（ロ）停動，（ヲ）引入，（ワ）最大，等になると思います。
ワンポイント解説「2.自己始動法」の通り，回転子が同期速度に付近に到達したときに界磁巻線を励磁すると，引入トルクによって同期速度で回転し始めます。