第二種電工 令和5年度上期午後 問14｜電気機器・配線器具・配線

正答はイ「全電圧始動(じか入れ)での始動電流は全負荷電流の2倍程度である」が誤りです。

実際には、じか入れ始動の始動電流は全負荷電流の5〜7倍程度（場合によっては8倍超）にもなります。「2倍程度」という記述は大幅に過小評価した誤りです。他の選択肢は正しい記述です。負荷が増えると回転速度はわずかに下がり（スリップが増加）、周波数が60Hzから50Hzになると同期速度が下がるため回転速度も低下します。この「始動電流＝5〜7倍」という数値は試験頻出の知識であり、Y-Δ始動や自動変圧器始動を用いる理由そのものです。始動電流を抑えないと電源電圧の瞬時低下（電圧ディップ）を引き起こし、同一系統の他の機器に影響します。

正答はイ「全電圧始動(じか入れ)での始動電流は全負荷電流の2倍程度である」が誤りです。

各選択肢を詳しく確認します。

ア（正）：負荷が増加すると回転速度はやや低下する

三相誘導電動機の回転速度は同期速度（Ns）から実際の回転速度（N）を引いた「すべり（スリップ）」により制御されます。負荷トルクが増大するとすべりが大きくなり、回転速度がわずかに低下します。ただし通常運転範囲では低下量は小さく（数%程度）、ほぼ定速と見なせます。

イ（誤・正答）：始動電流＝全負荷電流の2倍程度は誤り

正しくは5〜7倍（一般的には6倍程度）です。三相誘導電動機は始動時に電動機が停止状態（すべり100%）であり、回転による逆起電力が生じず、電流を制限するものが巻線のインピーダンスだけになるため大電流が流れます。この過大電流を抑制するためにY-Δ始動（始動電流1/3）・自動変圧器始動・リアクトル始動などの減電圧始動方式が使われます。

ウ（正）：周波数60Hzから50Hzに変わると回転速度が低下する

同期速度Ns = 120f/P（f：周波数・P：極数）の公式より、周波数が下がると同期速度も低下し、それに追随して実際の回転速度も下がります。60Hz → 50Hz では同期速度が5/6倍になります。

エ（正）：3本の結線のうちいずれか2本を入れ替えると逆回転する

三相誘導電動機は、3本の電源線のうち任意の2本を入れ替えると回転磁界の向きが逆になり、逆回転します。正しい記述なので誤りではありません。本問の正答はイです。

正答はイ「全電圧始動(じか入れ)での始動電流は全負荷電流の2倍程度である」が誤りです。正しくは5〜7倍程度。

三相誘導電動機の始動電流が大きい理由

三相誘導電動機の等価回路は変圧器と類似しており、始動時（回転数ゼロ・すべりs=1）は回転による逆起電力がなく、回路のインピーダンスが小さくなって励磁電流（磁束形成）に加えて大きな誘導電流が流れます。始動電流Is は定格電流Inの5〜7倍となる理由は以下のとおりです。

始動時の等価インピーダンス Z_start = √(R₁² + X₁² + （R₂/s）² + X₂²) ≈ √(R₁² + (X₁+X₂)²)（s=1のとき）

これに対して定格運転時（s≒0.03〜0.05）は二次抵抗項が大きくなり電流が制限されます。

各始動方式の比較（試験頻出）

電圧ディップと電力品質への影響

じか入れ始動で発生する大電流は、変圧器・電源インピーダンスに電圧降下を生じさせ、電源電圧の瞬時低下（電圧ディップ）を引き起こします。これにより同一系統の蛍光灯・精密機器・他の電動機に悪影響が出ます。内線規程では電動機のじか入れ始動条件として「頻繁に始動しない」「系統容量が十分ある」などを考慮するよう規定しています。

電験三種・第一種電気工事士への展開

電験三種「機械」科目では誘導電動機の等価回路・すべり-トルク特性・比例推移の概念が深く問われます。一次電圧を変化させた場合のトルク特性（T∝V²）、回転子抵抗変化時の特性（比例推移）など、第二種電気工事士では数値だけ覚えればよいところを原理から導ける必要があります。また近年はインバータ制御による可変速駆動（VFD）が主流となり、省エネ法の改正に伴うモータ効率規制（IE3・IE4クラス）対応も実務で重要です。インバータ使用時は始動電流問題は解消されますが、高調波（THD）対策・電磁ノイズ対策が新たな設計課題となります。