《機械》〈誘導機〉[H18:問2]かご形誘導電動機の始動方法に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

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。

\( \ \mathrm {a.} \ \)定格出力が\( \ 5 \ \mathrm {[kW]} \ \)程度以下の小容量のかご形誘導電動機の始動時には，\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)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。

\( \ \mathrm {b.} \ \)定格出力が\( \ 5\sim 15 \ \mathrm {[kW]} \ \)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\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)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回転速度近くに達したとき，固定子巻線を\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)に切り換える方法が用いられる。この方法では\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)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\( \ \fbox {　（エ）　} \ \)倍になる。

\( \ \mathrm {c.} \ \)定格出力が\( \ 15 \ \mathrm {[kW]} \ \)程度以上のかご形誘導電動機の始動時には，まず\( \ \fbox {　（オ）　} \ \)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)に当てはまる語句又は数値として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
\[
\begin{array}{cccccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） & （オ） \\
\hline
(1) & 　絶縁電線　 & 　\Delta \ 結線　 & 　\mathrm {Y} \ 結線　 & 　\displaystyle \frac {1}{\sqrt {3}}　 & 　三相単巻変圧器　 \\
\hline
(2) & 　電源系統　 & 　\Delta \ 結線　 & 　\mathrm {Y} \ 結線　 & 　\displaystyle \frac {1}{\sqrt {3}}　 & 　三相単巻変圧器　 \\
\hline
(3) & 　絶縁電線　 & 　\mathrm {Y} \ 結線　 & 　\Delta \ 結線　 & 　\displaystyle \frac {1}{\sqrt {3}}　 & 　三相可変抵抗器　 \\
\hline
(4) & 　電源系統　 & 　\Delta \ 結線　 & 　\mathrm {Y} \ 結線　 & 　\displaystyle \frac {1}{3}　 & 　三相可変抵抗器　 \\
\hline
(5) & 　電源系統　 & 　\mathrm {Y} \ 結線　 & 　\Delta \ 結線　 & 　\displaystyle \frac {1}{3}　 & 　三相単巻変圧器　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

かご形誘導電動機の始動方法の知識を問う問題です。
ある程度暗記に頼らなければならない分野で，最初は覚えられないかもしれませんが，少しずつ理解していくようにして下さい。

1.全電圧始動法
電動機に始動装置を設けずに全電圧を印加して始動する方法です。始動電流が大きいため\( \ 3.7 \ \mathrm {kW} \ \)以下の小容量の電動機の場合にしか用いられません。

2.\( \ \mathrm {Y}-\Delta \ \)始動法
始動時は\( \ \mathrm {Y} \ \)巻線，定格時には\( \ \Delta \ \)巻線で運転する方法です。\( \ \mathrm {Y} \ \)巻線は\( \ \Delta \ \)巻線と比較して電圧が\( \ \displaystyle \frac {1}{\sqrt {3}} \ \)倍となるので，それぞれの始動電流の大きさの比は，
\[
\begin{eqnarray}
I_{\mathrm {Y}} &=&\frac {\displaystyle \frac {V}{\sqrt {3}}}{Z} \\[ 5pt ] &=&\frac {V}{\sqrt {3}Z} \\[ 5pt ] I_{\mathrm {\Delta }} &=&\frac {\displaystyle \sqrt {3}V}{Z} \\[ 5pt ] \frac {I_{\mathrm {Y}}}{I_{\mathrm {\Delta }}}&=&\frac {\displaystyle \frac {V}{\sqrt {3}Z}}{\displaystyle \frac {\sqrt {3}V}{Z}} \\[ 5pt ] &=&\frac {1}{3} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となり，始動トルクの比は，
\[
\begin{eqnarray}
\frac {T_{\mathrm {Y}}}{T_{\Delta }} &=&\frac {\displaystyle \left( \frac {V}{\sqrt {3}}\right) ^{2}}{V^{2}} \\[ 5pt ] &=&\frac {1}{3} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

3.補償器始動法
始動時のみ，三相単巻変圧器を用いて，変圧器のタップを切り替えることによって始動する方法です。電圧を\( \ \displaystyle \frac {1}{n} \ \)倍にすると，始動電流と始動トルクをともに\( \ \displaystyle \frac {1}{n^{2}} \ \)倍にすることができます。

4.リアクトル始動法
始動時のみ，電動機と直列にリアクトルを接続して始動する方法で，始動時の端子電圧を\( \ \displaystyle \frac {1}{n} \ \)倍にすると，始動電流を\( \ \displaystyle \frac {1}{n} \ \)倍，始動トルクを\( \ \displaystyle \frac {1}{n^{2}} \ \)倍にすることができます。

5.巻線形誘導電動機の始動法（二次抵抗法）
二次巻線にスリップリングを介し，外部可変抵抗を接続して始動する方法で，比例推移の原理を利用して，始動電流を抑制します。

6.特殊かご形電動機
始動電流を抑制するため回転子側の形状を工夫した電動機で，これまで説明した方法と切り口を変えた対策を講じた方法です。

①深溝かご形電動機
深溝かご形回転子の概要を図1に示します。図1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2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。