第二種電工 令和4年度上期午後 問14｜電気機器・配線器具・配線

正答はイ「始動電流が小さくなる」です。

スターデルタ（Y-Δ）始動は、三相誘導電動機を始動するときに最初はスター（Y）接続で起動し、その後デルタ（Δ）接続に切り替える方式です。スター接続では各巻線にかかる電圧がデルタ接続の時の1/√3倍になるため、始動電流がじか入れの1/3に減少します。これが最大のメリットです。始動トルクも1/3に減少するため（選択肢ウが誤り）、大きな始動トルクが必要な負荷には使えません。選択肢アの「始動時間が短くなる」も誤りで、始動電流が抑制されるため始動はむしろゆっくりになります。エの「始動時の巻線に加わる電圧が大きくなる」も誤りで、スター接続では巻線にかかる電圧は1/√3倍に下がります。

正答はイ「始動電流が小さくなる」です。

各選択肢を詳しく分析します。

ア（誤）：始動時間が短くなる

Y-Δ始動では電圧が1/√3倍に下がるためトルクも1/3に減少します。始動トルクが小さいと電動機が定格速度に達するまでの時間が長くなります（始動時間はむしろ長くなる傾向）。よって「始動時間が短くなる」は誤りです。

イ（正解）：始動電流が小さくなる

Y（スター）接続での各巻線電圧 = V/√3（Vは線間電圧）となります。電流∝電圧なので、始動電流はY接続時：Δ接続時 = 1：3となり、じか入れと比較してY-Δ始動の始動電流は1/3に減少します。電源設備への衝撃（電圧降下）を大幅に抑えられるため、15〜37kW級の誘導電動機で広く採用されています。

ウ（誤）：始動トルクが大きくなる

トルク∝電圧²（T∝V²）の関係から、電圧が1/√3倍になるとトルクは(1/√3)² = 1/3倍になります。「大きくなる」は完全に誤りです。

エ（誤）：始動時の巻線に加わる電圧が大きくなる

スター接続での巻線電圧はV/√3で、じか入れ（デルタ接続）より小さくなります。「大きくなる」は逆なので誤りです。本問の正答はイです。

Y-Δ始動の整理

じか入れと比較して：始動電流 = 1/3 ↓、始動トルク = 1/3 ↓、始動時間 = 長め

正答はイ「始動電流が小さくなる」です。Y-Δ始動ではじか入れ比で始動電流・始動トルクともに1/3になります。

Y-Δ始動の電気的解析

三相誘導電動機の巻線をスター（Y）接続した場合、各巻線に印加される電圧（相電圧Vφ）は線間電圧VLを用いて：

Vφ（Y） = VL / √3

デルタ（Δ）接続の場合：

Vφ（Δ） = VL

よって Y時の相電圧 = Δ時の1/√3倍

始動電流は巻線のインピーダンスZに比例し、Is ∝ Vφ/Zなので：

Is（Y） = Is（Δ） / 3 = じか入れ始動電流の1/3

発生トルクは T ∝ Vφ²なので：

T（Y） = T（Δ） × (1/√3)² = T（Δ）/ 3 = じか入れトルクの1/3

Y-Δ始動の適用条件と制約

Y-Δ始動を採用するには巻線の6端子（U1・V1・W1・U2・V2・W2）が全てターミナルボックスに引き出されていることが必要です（デルタ接続に切り替えるため）。また始動完了後にYからΔへ切り替える際に一瞬電流が遮断されるため、慣性の大きい負荷では切り替え時に電動機が減速し、Δ接続時に大電流が再度流れる「切り替えサージ」が問題になる場合があります。

各始動方式の比較

第一種電気工事士・電験三種への展開

電験三種「機械」科目では三相誘導電動機の等価回路・すべり-トルク特性・各始動方式の定量計算が重点出題分野です。比例推移（回転子抵抗変化時のトルク特性変化）・最大トルク（停動トルク）の計算も求められます。また近年は大容量電動機のインバータ化が加速しており、Y-Δ始動の採用が減少しつつありますが、設備の改修・保守の場面では従来の始動回路の知識が必要です。インバータ特有の課題（高調波・EMI・軸電流腐食）への対策知識も実務では重要です。