誘導機とは？三相誘導電動機の特徴をわかりやすく解説【電験三種 機械】

まず、電動機（モーター）の世界を俯瞰してみよか。

「モーター」って一口に言うても、実はいろんな種類があるんや。大きく分けると、直流電動機と交流電動機の2種類がある。名前の通り、直流で動くか交流で動くかの違いやな。

で、交流電動機の中がさらに2つに分かれるんや。ひとつが同期電動機、もうひとつが今回の主役誘導電動機（誘導機）やで。

この図をよく見てな。電動機の中で誘導電動機は「交流電動機」の一種や。直流電動機はすでに直流機の単元で学んだと思うけど、誘導電動機は動く仕組みが全然違うんや。

直流電動機はブラシと整流子という部品で電流の向きを切り替えながら回転してたやろ？一方、誘導電動機にはブラシも整流子もない。じゃあどうやって回るのかっていうと、「電磁誘導」の力で回るんや。これが「誘導機」という名前の由来やで。

電磁誘導って何やったか覚えてるか？磁石を動かすとコイルに電流が流れるっていう、あのファラデーの法則や。誘導電動機はこの原理を巧みに利用して回転力（トルク）を生み出してるんやで。

ほな、次はいよいよ「誘導電動機ってどこで使われてるん？」っていう話や。実はみんなの身の回りにめっちゃあるんやで！

さて、誘導電動機がどこで使われてるか、具体的に見ていこか。

結論から言うと、誘導電動機は世界で最も多く使われている電動機や。「最も」やで。工場で使われるモーターの約90%が誘導電動機っていわれてるくらいや。

「え、そんなに？」って思うやろ。でもな、考えてみてくれ。身の回りを見渡してみ。

どうや？こうして見ると、誘導電動機は「回すもの」のほぼすべてに使われてるって言っても過言やないやろ。ポンプ、ファン、コンプレッサーっていう3大用途だけで、世界の電力消費量の約40〜50%を占めてるとも言われてるんやで。すごいスケールやろ。

でもここで疑問が湧くはずや。「なんでそんなに普及してるん？直流電動機や同期電動機じゃあかんの？」ってな。次のステップで、その理由をじっくり解説するで。

ほな、誘導電動機がなぜこれほど普及しているのか、その理由を掘り下げていくで。

これはな、電験三種でも「誘導電動機の特徴として正しいものはどれか」みたいな形で出題されるから、しっかり理解しといてな。

誘導電動機が普及した最大の理由は、ズバリ「構造が単純」ってことや。これに尽きる。

直流電動機にはブラシと整流子っていう機械的に接触する部品があったやろ？あれは摩耗するから定期的に交換が必要やし、火花が出るから爆発性のガスがあるような場所では使えへん。

同期電動機は回転子に電磁石を使ってて、スリップリングとブラシで回転子に電流を供給せなあかん。やっぱりブラシが必要なんや。しかも起動時に特別な工夫が必要で、単独では始動できへんっていう面倒な性質がある。

ところが、かご形誘導電動機（誘導電動機の最も一般的なタイプ）はどうか。ブラシなし、整流子なし、スリップリングもなし。回転子は頑丈な金属の棒（導体棒）をリング状の金属（端絡環）で両端をつないだだけの、めっちゃシンプルな構造なんや。

この6つの理由をまとめると、誘導電動機は「安くて、丈夫で、壊れにくくて、使いやすい」っていう、実用上の要求をほぼ完璧に満たしてるんや。

特に大事なのは⑥の電源との相性やで。発電所から送られてくる電気はすべて三相交流や。誘導電動機はこの三相交流をそのまま使える。直流電動機みたいに、わざわざ整流器で直流に変換する必要がないんや。これは工場やビルにとってめっちゃ大きなメリットやで。

ほな、ここまでの理解度を確認してみよか！

ほな、第1問いくで！誘導機の基本を確認しよう。

ええ感じやな！ここからは、誘導電動機の2つの種類について詳しく見ていくで。

さっきの分類図でもチラッと出てきたけど、誘導電動機は回転子（ローター）の構造によって大きく2つに分かれるんや。

ひとつがかご形誘導電動機、もうひとつが巻線形誘導電動機や。

ちなみに「固定子（ステーター）」の構造はどっちもほぼ同じで、三相のコイルが巻いてある。違うのは回転子の作りだけやで。

かご形の回転子は、鉄芯のスロット（溝）にアルミニウムや銅の棒（導体棒）を差し込んで、両端をリング状の金属（端絡環）でつないだだけの構造や。この形が「鳥のかご」に似てるから「かご形」って呼ぶんやで。英語では squirrel cage（リスのかご）っていうんや。

一方、巻線形の回転子には、固定子と同じように三相のコイル（巻線）が巻いてある。このコイルの端がスリップリングという回転する接触器に接続されてて、外部から抵抗を接続できるようになってるんや。外部の抵抗値を変えることで、始動特性やトルク特性を調整できるのが巻線形の強みや。

ただし、巻線形はスリップリングとブラシが必要やから、かご形に比べると構造が複雑でコストも高い。せやから、特別な理由がない限りかご形が使われるんやで。実際、工場で使われてる誘導電動機の90%以上がかご形や。

かご形と巻線形の詳しい構造は、第3講〜第5講で徹底的に解説するで。今回は「誘導電動機には2種類あって、かご形の方が圧倒的に多く使われてる」ということを覚えといてな。

もうひとつ、誘導電動機の分類で知っておいてほしいことがあるんや。それは三相と単相の違いやで。

今まで話してきた誘導電動機は、主に三相誘導電動機のことや。三相交流（3本の電線で送られてくる交流）を使って回るタイプやな。工場やビルなど、三相電源が利用できる場所で使われてる。

一方、家庭のコンセントは単相交流（2本の電線、100Vまたは200V）やろ？この単相交流で動く誘導電動機もあるんや。それが単相誘導電動機や。扇風機や換気扇、小型のポンプなんかに使われてるで。

ただし、ここで大事なポイントがある。単相交流だけでは回転磁界を作れないんや。回転磁界っていうのは、誘導電動機を回すために必要な「磁石が回転するような磁界」のことやけど、これは三相交流なら自然に作れるのに、単相交流では作れへん。

せやから、単相誘導電動機には「始動用の工夫」が必要になるんや。コンデンサを使ったり、くまとりコイルっていう特殊な部品を使ったりして、無理やり回転磁界に近い状態を作るんやで。この辺りの話は第24講で詳しくやるで。

電験三種の機械科目で「誘導機」と言ったら、基本的には三相誘導電動機のことやと思ってOKや。この講座シリーズも三相を中心に進めていくで。単相は最後の方で補足的に扱うからな。

ほな、ここまでの内容で問題を出すで！かご形と巻線形の違い、覚えてるかな？

ほな、第2問や！かご形と巻線形の違いを確認するで。

ここからは、誘導電動機の利点と欠点をもう少し深く掘り下げていくで。

さっきSTEP4で6つの理由を挙げたけど、ここではもうちょっと技術的な視点から見てみよか。電験三種では「利点」「欠点」を問う問題がよく出るからな。

まず利点からいくで。

利点① 構造が単純で堅牢

何度も言うけど、これが最大の利点や。特にかご形は、回転する部分に電気的な接触部品（ブラシ、整流子）がまったくない。これを「無接触回転」と言うんや。接触する部品がないということは、摩耗する部品がないということ。つまり壊れにくいんやで。

しかもかご形回転子の導体棒はアルミや銅のダイカスト（鋳造）で作られることが多くて、衝撃や振動にも強い。工場の過酷な環境でもビクともせーへん。

利点② 保守が容易・安価

ブラシの交換が不要やから、メンテナンスコストが低い。直流電動機やったらブラシの摩耗状況を定期的にチェックして交換せなあかんけど、かご形誘導電動機はベアリング（軸受）の潤滑くらいしかやることがないんや。

利点③ 三相交流電源に直結できる

発電所から送られてくる電気は三相交流や。誘導電動機はこの三相交流をそのまま使えるから、電力変換装置が不要やねん。直流電動機は整流器が必要やし、同期電動機は始動装置が必要。誘導電動機は電源に直接つなぐだけでOKや。

利点④ 製造コストが低い

部品点数が少なく、かご形回転子はダイカストで大量生産しやすい。同じ出力の直流電動機と比べると、誘導電動機の方がかなり安く作れるんや。

ほな、次は欠点の話や。誘導電動機にもちゃんと弱点はあるんやで。

ほな、利点をしっかり理解できたか確認するで！

次は誘導電動機の欠点について見ていくで。

どんなに優れた機械でも弱点はある。誘導電動機の弱点を知っておくと、なぜ直流電動機や同期電動機が今でも使われてるのか、その理由もスッキリ分かるようになるで。

欠点① 速度制御が難しい（そのままでは）

これが誘導電動機の最大の弱点や。誘導電動機の回転速度は、基本的に同期速度（電源周波数と極数で決まる速度）の近くでしか回れへん。電源周波数が50Hzなら50Hzなりの速度、60Hzなら60Hzなりの速度にほぼ固定されてしまうんや。

直流電動機は電圧を変えるだけで滑らかに速度が変わったやろ？誘導電動機ではそう簡単にはいかへん。速度を変えるには電源の周波数を変える必要があるんやけど、そのためにインバータ（周波数変換装置）っていう装置が必要になる。

ただし、最近はインバータの技術がめっちゃ進歩して、しかも値段も下がってきてるから、この欠点はかなり解消されつつあるんやで。エアコンの「インバータ制御」って聞いたことあるやろ？あれはまさに、誘導電動機の回転速度をインバータで制御してるんや。

欠点② 始動電流が大きい

誘導電動機を電源に直結して始動すると、定格電流の5〜8倍もの大きな電流が一瞬流れるんや。これを始動電流（突入電流）っていう。この大電流が電力系統に影響を与えたり、他の機器に悪影響を及ぼしたりする。

せやから、大きな誘導電動機には始動法っていう特別な始動方法が必要になるんや。Y-Δ始動とか、始動補償器とか。これは第20〜22講で詳しくやるで。

欠点③ 力率が低い（特に軽負荷時）

誘導電動機は回転磁界を作るために磁化電流（無効電力）を消費するんや。せやから、特に負荷が軽いときに力率が低くなりやすい。力率が低いと電力系統に余計な負担をかけることになるんやで。

ほな、ここまでの内容で問題いくで！

ほな、第4問！欠点の理解を確認するで。

ここで、誘導電動機を他の電動機と比較してみよか。電験三種では「各電動機の特徴の比較」が頻出テーマやから、ここは確実に押さえとこう。

比較する相手は直流電動機と同期電動機の2つや。

まず直流電動機との比較から。直流電動機の最大の強みは速度制御の容易さやったな。電圧を変えるだけで滑らかに速度が変わるから、精密な速度制御が必要な場面で大活躍する。エレベーターや電車（かつて）、工作機械の精密送りなどに使われてきたんや。

でも直流電動機にはブラシと整流子がある。これが摩耗するし、火花が出る。保守が大変やし、爆発性雰囲気では使えへん。コストも高い。せやから、最近はインバータ制御の誘導電動機が直流電動機の領域にもどんどん進出してきてるんやで。

次に同期電動機との比較や。同期電動機は回転速度が電源周波数に完全に同期するから、速度が極めて安定してるのが強みや。また、界磁電流を調整することで力率を制御できるのも大きな特徴で、力率を1.0（最も効率的）にしたり、進み力率にして電力系統の力率改善に使ったりもできるんや。

でも同期電動機は自力で始動できないっていう致命的な弱点がある。始動時には誘導電動機として始動させるか、別の始動装置が必要なんや。構造も複雑でコストも高い。

この比較表を見ると、誘導電動機は構造・保守・コスト・始動の4項目で優れているのが分かるやろ。速度制御と力率が弱点やけど、インバータの普及で速度制御の弱点はかなり克服されてきてるんやで。

電験三種では、この3種類の電動機の特徴を比較して「正しいものを選べ」「誤っているものを選べ」という問題がよく出る。この表の内容は確実に覚えときや！

ほな、電動機の比較問題いくで！

ほな、第6問！誘導電動機の欠点をもう少し深掘りするで。

ここで、電験三種での誘導機の出題傾向についてまとめとくで。試験対策として、どこに力を入れればいいかを把握しておくのは超大事やからな。

電験三種の機械科目で誘導機が出題されるパターンは、大きく分けて以下の通りや。

今日の第1講の内容は、主に最後の「特徴の正誤判定」に関わるところや。「誘導電動機の特徴として正しいものはどれか」「誤っているものはどれか」みたいな問題で、今日学んだ利点・欠点・他の電動機との比較が問われるんやで。

そして、第2講以降で学ぶ「すべり」「電力」「トルク」の計算問題が本丸や。ここが機械科目で差がつくところやから、この誘導機シリーズでしっかり鍛えていこう！

ただ、計算問題を解くにしても、今日学んだ基本的な概念が土台になる。「誘導電動機はなぜ回転磁界の速度ぴったりでは回れないのか？」とか「なぜ始動電流が大きいのか？」とか、そういう「なぜ？」の部分を理解してると、公式の意味がスッと頭に入ってくるんやで。

ほな、総合問題にいくで！

ほな、第7問！ここまでの総合力を試すで！

よっしゃ！ここで今日学んだことを総まとめするで。

第1講では、誘導電動機の全体像を掴むことが目標やった。ほな、重要ポイントを振り返ろか。

特に大事なのは、誘導電動機が同期速度ぴったりでは回れないっていうポイントや。「なんで同期速度と一致しないの？」っていう疑問、これが次回の第2講で学ぶ誘導機の基本原理につながっていくんやで。

次の第2講では、「アラゴの円板」っていう歴史的な実験を使って、誘導電動機がなぜ回るのか、その原理を徹底的に解説するで。お楽しみにな！

ほな、最後に総合チェック問題いくで！

ほな、最終問題や！今日の総仕上げやで！

お疲れさん！第1講、完走やで！🎉

今日は誘導電動機の入門編として、全体像をつかむことに集中してきたな。数式は出てこーへんかったけど、ここで学んだ「利点」「欠点」「かご形と巻線形の違い」「他の電動機との比較」は、この先の25講すべてに関わってくる基礎知識やで。

特に覚えておいてほしいのは、「誘導電動機は同期速度ぴったりでは回れない」というポイントや。これが「すべり」という概念につながり、誘導機のほぼすべての公式の根幹になるんやで。