かご形誘導電動機の始動法を比較解説【電験三種 機械】

まずは最もシンプルな始動法、全電圧始動（直入れ始動）から見ていくで。

全電圧始動っていうのは、文字通り定格電圧をそのまま電動機に加えて始動する方法や。スイッチをポンと入れるだけ。何の工夫もない、いちばん単純な方法やな。

「え、それでいいの？始動電流が大きいって言ってたやん」って思うやろ？その通りや。全電圧始動では、定格電流の5〜8倍もの始動電流がドカンと流れる。じゃあなんでこの方法が存在するかっていうと、小容量の電動機なら、始動電流が大きくても電力系統への影響が小さいからや。

具体的には、一般的に数kW程度以下の小型の誘導電動機であれば全電圧始動が許される場合が多い。ただし、電力会社や受電設備の容量によっても変わるから、一概には言えへんけどな。

全電圧始動の利点は、始動トルクが最も大きいということや。電圧を下げへんから、他の始動法に比べて最も大きな始動トルクが得られる。重い負荷を回し始めるときには有利やな。

でも欠点は明らかで、始動電流がめちゃくちゃ大きい。大容量の電動機でこれをやると、電圧降下や他の機器への影響が深刻になる。せやから、中〜大容量の電動機には、これから学ぶ「減電圧始動法」が必要になるんやで。

ほな、中〜大容量のかご形誘導電動機をどうやって始動するか。その基本戦略を説明するで。

かご形誘導電動機の始動電流を減らすには、大きく分けて2つのアプローチがある。

アプローチ①：一次側の電圧を下げる（減電圧始動）

始動電流は、ざっくり言えば電圧に比例するんや。電圧を下げれば、始動電流も比例して下がる。ただし、トルクは電圧の2乗に比例するから、電圧を下げるとトルクはもっと大幅に下がる。これが減電圧始動の宿命やで。

「電圧を下げれば電流は減るけど、トルクはもっと減る」——これが減電圧始動の最大のジレンマや。電流を抑えつつ、負荷を回せるだけのトルクを確保せなあかん。このバランスが始動法選びのキモになるんやで。

アプローチ②：二次側に抵抗を入れる

もうひとつは、二次回路（回転子側）に外部抵抗を挿入する方法や。でもこれは巻線形誘導電動機でしかできへん。かご形は回転子の導体が短絡環で接続されてるだけやから、外部抵抗を入れる場所がないんや。これは次回の第22講で扱うで。

というわけで、かご形の始動法はすべてアプローチ①の「減電圧始動」がベースになる。電圧を下げる方法として、次の3つがあるんや。

これから、この3つをひとつずつ詳しく見ていくで。まずは電験三種で最も重要なY-Δ始動からや！

Y-Δ始動は、電験三種で最も出題される始動法やで。しっかり理解してな。

Y-Δ始動の基本的な考え方はこうや。誘導電動機の固定子巻線は、通常Δ（デルタ）結線で運転する設計になってるとする。このΔ結線を、始動時だけY（スター）結線に切り替えるんや。

ここで大事なのは、Δ結線とY結線で各相の巻線にかかる電圧が変わるということや。

つまり、同じ電源（同じ線間電圧V）に接続しても、Y結線にするだけで各相の巻線に加わる電圧が \( 1/\sqrt{3} \) になるんや。電圧が下がれば始動電流も下がる。これがY-Δ始動の原理やで。

始動が完了して回転速度が上がったら、Y結線からΔ結線に切り替えて通常運転に移行する。この切替は、昔は手動のスイッチでやってたけど、今はタイマー付きの電磁開閉器で自動的に切り替わるようになってるで。

ほな、ここまでの理解を確認する問題いくで！

ほな、第1問いくで！まずは全電圧始動の基本から。

ほな、Y-Δ始動の核心部分に入るで。始動電流が全電圧始動の1/3になる理由を、しっかり導出しよう。

ここが電験三種で最も問われるポイントやから、丁寧にいくで。

まず、通常運転時のΔ結線を考えよう。Δ結線では、各相の巻線に線間電圧Vがそのまま加わる。1相あたりのインピーダンスをZとすると：

次に、始動時のY結線を考える。Y結線では、各相の巻線に加わる電圧が \( V/\sqrt{3} \) になる：

ほな、Y結線時の線電流をΔ結線時の線電流で割ってみよう：

これがY-Δ始動で始動電流が1/3になる理由や！ポイントは「\( 1/\sqrt{3} \) が2回かかる」ことやで。

1回目：Y結線にすることで相電圧が \( 1/\sqrt{3} \) になる → 相電流が \( 1/\sqrt{3} \) になる

2回目：Δ結線では線電流 = \( \sqrt{3} \) × 相電流やけど、Y結線では線電流 = 相電流 → もう \( 1/\sqrt{3} \) 倍

合わせて \( 1/\sqrt{3} \times 1/\sqrt{3} = 1/3 \) になるんや。

始動電流が1/3になることは分かったな。ほな、始動トルクはどうなるか。

トルクは電圧の2乗に比例する（\( T \propto V^2 \)）。Y結線にすると各相の電圧は \( V/\sqrt{3} \) になるから：

おもしろいことに、始動電流もトルクも、どちらも1/3になるんや。

「1/3、1/3」——これは電験三種で丸暗記必須の数値やで。

ただし注意してほしいのは、始動トルクが1/3に下がるということは、重い負荷には使えないということや。全電圧で始動トルクがギリギリの負荷を、Y-Δ始動で回そうとしても回らへん。トルクが足りへんからな。

Y-Δ始動が使えるのは、負荷が軽い状態で始動できる場合に限られる。ファンやポンプのように、始動時は無負荷に近い状態で始動できる用途に向いてるんやで。

ほな、Y-Δ始動の理解を確認する問題いくで！

ほな、第2問！Y-Δ始動の電流に関する問題やで。

Y-Δ始動の数値的な話は分かったな。ここで、利点と欠点をまとめとくで。

特に注意してほしいのが、Y→Δ切替時の過渡電流や。始動が完了してY結線からΔ結線に切り替える瞬間、回路が一瞬開放されてまた接続されるから、その瞬間に大きな電流が流れることがあるんや。これは電験三種でも出題されるポイントやで。

Y-Δ始動が最も適しているのは、ファン、ブロワー、ポンプなど、始動時に負荷が軽い用途や。逆に、コンベアや圧縮機のように始動時から大きなトルクが必要な用途には向かへん。

ほな、始動トルクの問題で理解を確認するで！

第3問！始動トルクに関する問題やで。

次は始動補償器始動について学ぶで。これは単巻変圧器（オートトランス）を使って電圧を下げる方法や。

Y-Δ始動では電圧を \( 1/\sqrt{3} \) にすることしかできへんかったやろ？始動補償器なら、タップを切り替えることで電圧を自由に調節できるんや。60%、65%、80%など、複数のタップが用意されてる。

仕組みはシンプルや。電源と電動機の間に単巻変圧器を入れて、二次側のタップから電動機に電圧を供給する。タップ比をkとすると、電動機に加わる電圧は \( kV \)（ kは1未満の値）になる。

ここで重要なのが、始動補償器での電源側の始動電流の計算やで。変圧器を通すから、モータ側の電流と電源側の電流が異なるんや。

ここが始動補償器の最大の特徴やで。電源側から見た始動電流は \( k^2 \) 倍になる。例えばk=0.8（80%タップ）なら、電源側始動電流は \( 0.8^2 = 0.64 \) 倍、つまり全電圧の64%に抑えられるんや。

そして始動トルクも同じく \( k^2 \) 倍になる。

「電流も \( k^2 \)、トルクも \( k^2 \)」——この関係は始動補償器の最大のメリットを表してるんや。始動補償器は始動電流に対する始動トルクの比率が、全電圧始動と同じなんやで。つまり、電流を減らした分だけトルクが減るけど、その比率は変わらへん。後で学ぶリアクトル始動とはここが違うから覚えといてな。

ほな第4問！始動補償器の計算問題やで。

始動補償器の計算はバッチリやな。ここで利点と欠点をまとめとくで。

始動補償器の最大のメリットは、電圧を自由に選べることやで。Y-Δ始動では \( 1/\sqrt{3} \)（約58%）に固定やけど、始動補償器なら50%、65%、80%など、負荷の条件に合わせて最適なタップを選べるんや。

特に、始動トルクをある程度確保しつつ始動電流を抑えたい場合に威力を発揮する。Y-Δ始動ではトルクが1/3しか得られへんけど、始動補償器なら80%タップで0.64倍のトルクが確保できるからな。

ほな、トルクの問題で確認するで！

第5問！始動補償器のトルクに関する問題やで。

最後の始動法、リアクトル始動を学ぶで。

リアクトル始動は、電動機の一次側に直列にリアクトル（インダクタンス）を挿入して、その電圧降下で電動機にかかる電圧を下げる方法や。

始動時はリアクトルが電圧を食ってくれるから、電動機に加わる電圧が下がる。始動が完了したらリアクトルを短絡して、全電圧を加えるんや。

リアクトル始動で電動機に加わる電圧がα倍（α<1）になったとすると：

ここで注意してほしいのが、始動補償器との違いや。始動補償器では電源側始動電流が \( k^2 \) 倍、始動トルクも \( k^2 \) 倍やった。つまり電流とトルクが同じ比率で減る。

一方リアクトル始動では、電流がα倍なのに対して、トルクは \( \alpha^2 \) 倍。つまり電流の減少率よりトルクの減少率の方が大きいんや。これは「同じ始動電流なら、始動補償器の方がトルクが大きい」ということを意味してるで。

ほな、ここで理解を確認する問題や！

4つの始動法を学んできたな。ここで、すべての始動法を一覧で比較するで。この比較表は電験三種で超重要やから、しっかり頭に入れてな！

この表から読み取れる重要ポイントを整理するで。

ポイント①：Y-Δ始動と始動補償器は、電流とトルクが同じ比率で減る。一方、リアクトル始動は電流の減少に対してトルクがもっと大きく減る。

ポイント②：始動補償器が最も柔軟性が高い。タップ比kを変えるだけで始動条件を調整できるからや。

ポイント③：Y-Δ始動は最も安価で簡単やけど、始動トルクが1/3しか得られへん。トルクが足りへん場合は始動補償器を使うことになる。

第7問！各始動法の比較問題やで。これは電験頻出パターンや！

各始動法の理論は完璧やな。ここで、実際にどうやって始動法を選ぶか、実用的な判断基準をまとめるで。

電験三種では、「この条件のときどの始動法が適切か」という判断問題も出るで。基本的には、コスト重視ならY-Δ、トルク重視なら始動補償器と覚えておけば対応できることが多い。

それと、ここで重要な注意点がある。今回学んだ4つの始動法は、すべてかご形誘導電動機のための方法やで。巻線形誘導電動機は二次側に外部抵抗を入れることができるから、また別の始動法がある。これは次回の第22講で詳しく学ぶで。

ほな、総合問題で仕上げや！

最終問題！今日の総まとめ計算問題やで！

お疲れさん！第21講、完走やで！🎉

今日はかご形誘導電動機の4つの始動法を学んだな。最後にもう一度、超重要ポイントをまとめるで。

特に覚えておいてほしいのは、Y-Δの「1/3、1/3」と、始動補償器の「k²、k²」やで。電験三種では、この数値を使った計算問題が毎年のように出題されてる。

そしてリアクトル始動は始動補償器より不利（同じ電流制限でトルクが小さい）ということも、比較問題で問われるポイントやから忘れんようにな。