三相誘導電動機の始動と保護｜直入れ・スターデルタ始動とサーマル・3Eリレー

この記事を読み終えると、三相かご形誘導電動機の始動方式（直入れ・スターデルタ・リアクトル・始動補償器）を始動電流と始動トルクの比で比べ、スターデルタ始動で制御盤と電動機の間に6本の電線が要る理由と、サーマルリレー・3Eリレーが検出する異常を説明できるようになります。

第一種電気工事士の学科では、スターデルタ始動の「1/3」と、動力制御盤から電動機までの電線の「6本」が、令和5年度から令和8年度上期までの7回のうち、それぞれ2回と3回問われています。判断の軸は2つです。①始動の瞬間の電流とトルクを、どれだけ下げるか（始動方式）。②どの異常を、どの機器が見つけて止めるか（保護）。この記事は試験の学習用で、実際の設備の機器や設定を決めるものではありません。

始動の瞬間には、定格電流の5〜8倍の電流が流れる（例題1）

止まっている電動機に、定格電圧をそのまま加える始動方法を全電圧始動といいます。直入れ（じか入れ）始動とも呼びます。日本電気技術者協会の解説によると、このとき流れる始動電流は定格電流の5〜8倍です。力率も0.2程度と低く、電源の電圧を変動させる原因になります。

回り始めると電流は減り、定格電圧・定格周波数で定格負荷を駆動している場合は、定格の回転速度に近づくと定格電流に落ち着きます。軽い負荷では、定常運転中の電流も定格電流より小さくなります。大きな電流が流れるのは、始動してから加速し終わるまでの短い時間です。電動機が回るしくみと、同期速度・すべりの計算は変圧器と誘導電動機で扱っています。

試験では、かご形誘導電動機の回転速度に対するトルクの曲線を選ぶ設問も出ています。正解は、始動のときにある大きさのトルクがあり、回転速度が上がるにつれて増えて山になり、その先で急に下がって0になる曲線です。

スターデルタ始動は、巻線にかかる電圧を1/√3に下げる（例題2）

始動電流を小さくするには、始動のときだけ巻線にかかる電圧を下げます。その方法のうち、いちばんよく使われるのがスターデルタ始動（Y−Δ始動）です。巻線のつなぎ方を、始動のときはY結線（スター結線）、加速した後はΔ結線（デルタ結線）に切り替えます。

スターデルタ始動に使う電動機は、3つの巻線の両端を、6本の口出し線として外へ出しています。図1の①のように U2・V2・W2 を1点で結ぶと、Y結線になります。このとき、図1の②の巻線1つにかかる電圧は、線間電圧の1/√3です。

√3で割るのは、Y結線では線と線の間に巻線が2つ入り、線間電圧が巻線1つの電圧の√3倍になるからです。運転のときは、図1の③のように巻線の下の端子を隣の相の線へ結びます。Δ結線では線と線の間に巻線が1つだけ入るので、図1の④の巻線には線間電圧の200Vがそのままかかります。

始動電流も始動トルクも、直入れの1/3になる（例題3）

巻線1つのインピーダンスを Z、線間電圧を V とします。Y結線では、線に流れる電流は巻線に流れる電流と同じで、(V ÷ √3) ÷ Z です。Δ結線では、巻線に流れる電流が V ÷ Z で、線に流れる電流はその√3倍の √3 × V ÷ Z になります。2つの線電流の比をとると、1/3です。

Y結線の線電流 ÷ Δ結線の線電流 ＝ (V ÷ √3 ÷ Z) ÷ (√3 × V ÷ Z) ＝ 1/3

始動トルクは、巻線にかかる電圧の2乗に比例します。電圧が1/√3になるので、トルクは (1/√3)² ＝ 1/3 です。電流だけでなく、トルクも1/3に下がります。

試験では、スターデルタ始動の記述のうち誤っているものとして、「始動トルクはΔ結線で全電圧始動した場合と同じである」が正解になっています。「始動時の線電流は1/3に低下する」「始動時には固定子巻線の各相に定格電圧の1/√3倍の電圧が加わる」は、正しい記述です。別の回では、「スターデルタ始動方式の始動電流は、全電圧始動方式の始動電流の3倍にすることができる」が不適切な記述でした。3倍ではなく、1/3です。

制御盤と電動機の間は、6本の電線でつなぐ

Y結線とΔ結線を切り替えるのは、制御盤の中の電磁接触器です。図2の①の主の電磁接触器は U1・V1・W1 へ、図2の②のΔ用の電磁接触器は U2・V2・W2 へ、電源をつなぎます。図2の③のY用の電磁接触器は、U2・V2・W2 を1点で結びます。巻線の両端を制御盤まで引いてくるので、図2の④のとおり、制御盤と電動機の間の電線は6本です。

試験の配線図では、「動力制御盤内」と書かれた破線の枠の中に、四角の中へ△とYを重ねた図記号が描かれます。これがスターデルタ始動器です。この枠から電動機までの配線で必要な電線の本数を問う設問は、3本・4本・5本・6本から選ぶ形で、6本が正解でした。「スターデルタ始動方式であるため、制御盤と電動機間の配線は6本必要（接地線を除く）」も、正しい記述として出ています。

直入れなら、巻線は電動機の側でY結線かΔ結線にまとめてあるので、制御盤から電動機までは3本で足ります。同じ設問には、電動機へ至る分岐回路の電線についての記述もありました。電動機の定格電流が50A以下なら、その1.25倍以上、50Aを超えるなら1.1倍以上の許容電流を持つ電線を使います（電気設備の技術基準の解釈 第149条）。幹線の電線でも同じ1.25倍・1.1倍を使い、その計算は分岐回路と幹線の設計で扱っています。

タイマが、Y結線からΔ結線へ切り替える

図3の①で押しボタンを押すと、図3の②のように、主とY用の電磁接触器が入ります。図3の③のタイマが時間を数え終わると、図3の④でY用が切れ、図3の⑤でΔ用が入ります。日本電気技術者協会の解説も、決めた時間がたってから接点が動く限時回路の使い道として、三相誘導電動機のY−Δ切換始動を挙げています。

Y用とΔ用の電磁接触器は、同時に入らないようにします。図2で、Y用は U2・V2・W2 を1点で結び、Δ用は U2・V2・W2 へ電源の3本をつなぎます。両方が入ると、電源の3本が1点で結ばれて短絡になるからです。メーカーの回路例では、互いの補助接点（b接点）を相手のコイルの回路に入れて、片方が入っている間はもう片方が入らないようにしています。このしくみをインタロックといいます。補助接点と自己保持の読み方は第一種電気工事士 制御回路の複線図で扱っています。

図3の④から⑤の間、電動機はいったん電源から切り離されます。協会の解説は、スターデルタ始動の特徴として、YからΔへの切り換えに際して大きな突入電流が流れることを挙げています。

リアクトル始動と始動補償器は、電流とトルクの下がり方が違う（例題4）

電圧を下げて始動する方法は、スターデルタ始動のほかにもあります。リアクトル始動は、電源と電動機の間にリアクトルを入れて電圧を下げ、加速した後でリアクトルを短絡します。始動補償器による始動は、単巻変圧器で電圧を下げ、加速した後で全電圧に切り替えます。

図4の①の直入れを基準にすると、図4の②のスターデルタ始動は、電流もトルクも同じ割合で下がります。図4の③のリアクトル始動は、電流の下がり方よりトルクの下がり方が大きいのが特徴です。図4の④の始動補償器は、電源側の電流がトルクと同じ割合まで下がります。

始動補償器で電流まで2乗になるのは、変圧器を通すからです。電動機に流れる電流は電圧に比例して0.5倍になり、変圧器の一次側（電源側）の電流は、巻数の比でさらに0.5倍になります。リアクトルは変圧器ではないので、電動機の電流がそのまま電源側の電流です。

結局どれを答えるかは、問われた比で決まります。電流もトルクも1/3ならスターデルタ始動、電流が a 倍でトルクが a² 倍ならリアクトル始動、どちらも a² 倍なら始動補償器です。協会の表では、スターデルタ始動は数十kW以下の低圧の電動機に広く使われ、始動補償器は大容量の電動機に広く使われるとされています。

かご形に使えないのは二次抵抗始動、インバータは周波数を変える

試験では、三相かご形誘導電動機の始動方法として用いられないものを選ぶ設問が出ています。選択肢は全電圧始動（直入れ）・スターデルタ始動・リアクトル始動・二次抵抗始動で、正解は二次抵抗始動です。二次抵抗始動は、回転子の巻線にスリップリングを通して抵抗をつなぐ方法で、巻線形誘導電動機に使います。かご形は回転子の導体が短絡されているので、外から抵抗をつなげません。

インバータは、始動の方法ではなく、速度を変える方法として問われています。正解は「電動機の入力の周波数を変えることによって速度を制御する」です。誘導電動機の回転速度は、周波数・極数・すべり（滑り）で決まります。周波数を変える装置は、交流をいったん直流に変え、インバータで必要な周波数の交流に変え直します。インバータは波形をひずませるので高調波の発生源にもなり、力率改善と高圧進相コンデンサの高調波の節につながります。

効率を高めたトップランナー方式の電動機については、「始動電流が小さくなる」とした記述が、誤りとして出ています。

短絡は配線用遮断器、過負荷はサーマルリレーが受け持つ

日本電気技術者協会の解説によると、600V以下の低圧の電動機は、配線用遮断器と熱動継電器（サーマルリレー）で保護します。図5の①の配線用遮断器が短絡を、図5の③のサーマルリレーが過負荷と拘束を受け持ちます。拘束は、回転子が回れなくなった状態です。始動電流と同じ大きさの電流が流れ続けるので、巻線が焼損するおそれがあります。

サーマルリレーは、ヒータとバイメタルを組み合わせた機器です。主回路の電流でヒータが熱くなり、その熱でバイメタルが曲がって、接点を動かします。この接点は、図5の②の電磁接触器のコイルの回路に入っています。サーマルリレーが動作するとコイルの電流が切れ、電磁接触器が開いて、電動機が止まります。図5の④のように、電磁接触器とサーマルリレーを組み合わせたものが電磁開閉器です。

試験の制御回路図（押しボタンで始動し、タイマで止める回路）でも、主回路は電源側から、過負荷保護付きの漏電遮断器・MC・THR・電動機の順に並び、THR の接点が制御回路のいちばん電源側に入っていました。

サーマルリレーは熱で動くので、大きな電流が流れても、動作するまでに時間がかかります。協会の解説は、始動（拘束）の電流に対して2〜30秒の間で動作する特性を挙げています。始動が終わって電流が下がれば動作せず、回転子が回れないまま電流が流れ続ければ動作します。

電気設備の技術基準の解釈 第153条は、屋内に施設する電動機に、「電動機が焼損するおそれがある過電流を生じた場合に自動的にこれを阻止し、又はこれを警報する装置」を設けることを求めています。電動機の出力が0.2kW以下の場合などは、除かれます。

欠相と反相まで検出するのが、2Eと3E

電動機を保護する機器は、検出できる異常（保護要素）の数で、1E・2E・3Eに分けます。

欠相は、三相のうち1相が欠けた状態です。メーカーの解説は、電磁開閉器が受け持つ保護として、過負荷・拘束と並べて「欠相による焼損」を挙げています。反相（逆相）は、相の順序が逆になった状態で、電動機が逆に回ります。

協会の表でも、電動機の故障と保護装置の組み合わせは、短絡が過電流継電器と配線用遮断器、拘束と過負荷が熱動継電器、欠相（不平衡）と逆相が3Eリレーです。3Eリレーは、過負荷・欠相・反相の3つを1台で検出します。メーカーのFAQでは、3Eは電子式のモータ保護リレーとされています。

3本のうち2本を入れ替えると、電動機は逆に回る

反相で電動機が逆に回るのは、回転磁界の向きが相の順序で決まるからです。試験では、電源の R・S・T と電動機の U・V・W のつなぎ方を変えたときの回転方向が問われています。3本のうち2本を入れ替えたつなぎ方は逆に回り、3本とも順にずらしたつなぎ方は元と同じ向きに回る、が正解でした。

3本とも順にずらすと（RをVへ、SをWへ、TをUへ）、相の順序は R→S→T のまま変わりません。2本だけを入れ替えると、順序が逆になります。協会の解説は、運転中の電動機の2本を入れ替えて逆向きの力で止める方法を、逆相制動として紹介しています。

自己チェック｜1/3・6本・1E〜3Eを、理由と一緒に答える

解説は最初から表示しています。計算の設問は、誤りの選択肢がどの取り違えで出る値かも確かめてください。

始動の比と保護の区分の出どころ

更新履歴：2026年10月25日　定格電流へ落ち着く説明に、定格負荷などの運転条件を加えました。

2026年10月4日に、次の資料の記載内容を確認して、本文の比・例題・図と照合しました。

• 電気技術者試験センター：令和5年度第一種学科試験【午後】の問題（PDF。問10と配線図1）
• 電気技術者試験センター：令和6年度第一種上期学科試験（出題例）の問題（PDF。問10・50）
• 電気技術者試験センター：令和6年度第一種下期学科試験の問題（PDF。問10・11）
• 電気技術者試験センター：令和7年度第一種上期学科試験（出題例）の問題（PDF。問10）
• 電気技術者試験センター：令和7年度第一種下期学科試験の問題（PDF。問50）
• 電気技術者試験センター：令和8年度第一種上期学科試験（出題例）の問題（PDF。問10・34）
• 日本電気技術者協会：誘導電動機の各種始動法（始動電流の5〜8倍、始動方式ごとの電流とトルクの比）
• 日本電気技術者協会：誘導電動機の始動方法、速度特性、制動方法（Y−Δ始動法、二次抵抗始動法、周波数制御、逆相制動）
• 日本電気技術者協会：三相誘導電動機の保護システム（故障の種類と保護装置、熱動継電器）
• 日本電気技術者協会：リレーシーケンスの基礎（限時回路、インタロック回路）
• 三菱電機FA：減電圧始動（スターデルタ始動）の接続と選定（eラーニング。電圧1/√3、3つの電磁接触器の回路例）
• 三菱電機FA：電磁開閉器とは（eラーニング。電磁接触器とサーマルリレーの組み合わせ）
• 三菱電機FA：サーマルリレーやモータ保護リレーの保護要素について（1E・2E・3E）
• 富士電機機器制御：2Eサーマルリレー（用語集）
• 電光工業：スターデルタについて（始動電流の例、切り替えのときの電流）
• 経済産業省：電気設備の技術基準の解釈（PDF。第149条・第153条）

更新履歴：2026年10月4日　図1〜図5と、始動電流・巻線の電圧・始動方式ごとの比の例題、自己チェックを加え、始動のしくみと保護の分担を順に説明する構成に改めた

この記事を書いた人：資格太郎電気工事士の独学合格を目指して学習中。試験センターの問題と技術者協会・メーカーの解説を照合し、電動機の始動方式と保護の分担を図と例題で整理しています。運営者情報と編集方針