誘導電動機の速度制御5方式を「かご型3つ・巻線型2つ」で一気に整理する

「誘導機の速度制御、5つもあって全部ごちゃ混ぜになる」——これ、機械科目でつまずく方の“あるある”です。周波数だの極数だの一次電圧だの、似た言葉が並んで、どれがどれだか分からなくなる。

でも安心してください。5方式をバラバラに丸暗記する必要はありません。たった1本の式を入り口にすれば、「かご型で使える3つ」「巻線型でしか使えない2つ」という形に、きれいに整理できます。今日はその地図をいっしょに描いていきましょう。

この記事で身につくこと

• 速度制御のすべての出発点になる 回転数の式 $N＝N_s(1-s)$ の読み方
• 5方式を「周波数・極数・すべりのどれを変えるか」で見分ける視点
• かご型で使える3つと、巻線型でしか使えない2つの決定的な分かれ目
• 試験でよく問われる クレーマとセルビウスの違い、$T\propto V^2$ の連鎖

暗記フレーズ：かご型は周波数・極数・一次電圧、巻線型は二次抵抗・二次励磁

まず、これだけ声に出して覚えてしまいましょう。

「かご型は周波数・極数・一次電圧。巻線型は二次抵抗・二次励磁（クレーマ／セルビウス）。式は $N=\frac{120f}{p}(1-s)$」

5方式を「3つ＋2つ」に割るだけで、頭の中の霧がスッと晴れます。あとはこの分類の“理由”を順番に押さえていきます。

ステップ1：すべての出発点は回転数の式

速度制御とは要するに「回転数 $N$ を変えること」です。では $N$ は何で決まるのか。ここを押さえれば、5方式は“バラバラの知識”ではなく“1つの式のバリエーション”に見えてきます。

$$N=N_s(1-s)=\frac{120f}{p}(1-s)$$

この式に出てくる文字は、たった3つ。

記号	名前	変える方式
$f$	周波数	周波数制御（VVVF）
$p$	極数	極数切換
$s$	すべり	一次電圧・二次抵抗・二次励磁

つまり**「$f$ を変える・$p$ を変える・$s$ を変える」の3パターンしかない**のです。$s$ を変える手段が3通りあるので、合計5方式。これが全体像です。

ステップ2：かご型で使える3つ（周波数・極数・一次電圧）

ここで効いてくるのが「かご型か、巻線型か」という構造の違いです。かご型は回転子が短絡された棒（かご）だけで、外から線をつなぐ場所がありません。だから、いじれるのは固定子（一次）側からできることだけ。それが次の3つです。

方式	何を変える	ひとことメモ
①周波数制御（VVVF）	$f$	同期速度ごと連続可変。電車でおなじみ
②極数切換	$p$	巻き方を切り替える。段階的（とびとび）に変わる
③一次電圧制御	$s$	電圧を下げてトルクを落とし、すべりで調整

①の周波数制御は、電圧と周波数の比 $V/f$ を一定に保ちながら周波数を変える方式。鉄道のあの「ヒュイーン」といううなり音は、まさに周波数が変化している証拠です。

③の一次電圧制御は少し直感に反するので、連鎖でつかみましょう。トルクは電圧の2乗に比例します。

$$T\propto V^2$$

電圧を下げる → トルクが下がる → 負荷を支えきれない → すべり $s$ が増える → $N=N_s(1-s)$ で $N$ が下がる。この一本道で覚えれば迷いません。

ステップ3：巻線型だけの2つ（二次抵抗・二次励磁）

一方、巻線型はスリップリングを通じて二次側（回転子）に外部回路をつなげます。この“裏口”があるからこそ使えるのが、残りの2方式です。

方式	何をする	できる機種
④二次抵抗制御	二次側に外部抵抗を入れてすべりを変える（比例推移）	巻線型のみ
⑤二次励磁制御	二次側に電圧を加えてすべりを操る	巻線型のみ

「④二次抵抗制御がかご型にできないのはなぜ？」——答えは明快で、かご型には抵抗をつなぐ端子がないから。ここが3つと2つを分ける一番のポイントです。ちなみに巻線型は昔は大型クレーンや巻き上げ機で活躍しましたが、現代ではインバータ制御のかご型への置き換えが進んでいます。

ステップ4：クレーマとセルビウスの違い

最後に、⑤二次励磁制御の中身です。試験では「クレーマ」と「セルビウス」の区別がよく問われます。覚え方は、セルビウスはクレーマの進化形という関係でとらえること。

方式	二次側で取り出した電力をどうする？
クレーマ方式	整流して消費（または機械動力として再利用）
セルビウス方式	整流したうえで、さらに電源へ回生（返送）

ざっくり言えば、クレーマは「使い切る」、セルビウスは「電源に返してムダにしない」。返送する分だけセルビウスのほうが効率に優れた“一歩進んだ方式”、と覚えておけば十分です。

まとめ

誘導電動機の速度制御は、暗記すべき“5つの呪文”ではありません。たった1本の式 $N=\frac{120f}{p}(1-s)$ のどこを動かすか、それだけの話でした。

• 速度制御＝$f$・$p$・$s$ のどれを変えるか
• かご型で使える3つ：周波数（VVVF）・極数切換・一次電圧
• 巻線型でしか使えない2つ：二次抵抗・二次励磁（クレーマ／セルビウス）
• 分かれ目はスリップリングで二次側にアクセスできるか
• セルビウスは電源へ回生するクレーマの進化形

「苦手」だった速度制御も、この“3つ＋2つ”の地図さえ手元にあれば、もう本番で迷うことはありません。今日のフレーズを口に出して、自分のものにしていきましょう。