第二種電工 令和4年度下期午前 問14｜電気機器・配線器具・配線

三相誘導電動機は電源の周波数で回転速度が決まる。周波数が高いほど速く、低いほど遅く回る。60Hzで動かしていた電動機を50Hzに変えると、同期速度（回転の上限）が下がるため「回転速度が減少する」（正答ウ）。60Hzと50Hzでは60/50=1.2倍の速度差があり、50Hzにすると約17%遅くなる。

三相誘導電動機の同期速度Ns=120f/P。60Hz→50Hzへの変更でNs50=Ns60×(50/60)≒0.833×Ns60。無負荷運転ではN≒Ns なので、回転速度は約17%減少する（正答ウ）。選択肢ア「回転速度は変化しない」は周波数が変われば速度も変わるので誤、イ「回転しない」は周波数が下がっても回転は継続するので誤、エ「回転速度が増加する」は周波数低下なのに速度が上がるとしており逆で誤。ウ「回転速度が減少する」が正答。周波数が下がれば速度が下がる（周波数に比例する）関係を、50Hz→60Hzで増加する場合と対比して覚える。

60Hz→50Hzで同期速度が下がり、回転速度が減少する（正答ウ）。50Hz→60Hzの場合は逆に増加する。

【計算】Ns60=120×60/P。Ns50=120×50/P=Ns60×(50/60)。速度変化率=50/60≒0.833→約17%減少。無負荷ではN≒Ns なので実際の回転速度も同様に減少（正答ウ）。

【50Hz地域・60Hz地域の問題】日本は東日本（50Hz）と西日本（60Hz）に分かれる。誘導電動機を50Hz設計で60Hz電源に使うと回転速度が上がり冷却ファンの風量増加→電力消費増加、逆に60Hz設計を50Hzで使うと冷却不足→過熱リスクが生じる。工場移設時の電動機交換判断に直結する実務知識。

【周波数と電動機の設計】誘導電動機の設計では定格周波数が仕様書に明記される。最近のインバータ駆動電動機は可変周波数対応（Variable Frequency Drive対応）として設計され、10〜120Hz程度で連続運転可能。ただし低周波数（10〜15Hz以下）では冷却ファンの回転も低下して過熱リスクが上がるため、別途強制冷却（外付けファン）が必要になることがある。

【電験三種・第一種への展開】電験三種「機械」の誘導電動機問題では、速度制御として①一次電圧制御②二次抵抗制御（巻線形のみ）③周波数制御（インバータ）④極数変換（段階的速度変更）の4方式を比較する問題が頻出。周波数制御は最も効率が高い方式として現在の標準。第一種電気工事士では動力設備の設計において電動機の定格確認（周波数・極数）が必須スキル。