APDahlen Applications Engineer
この技術概要では、三相システムにおける欠相故障について解説します。特に、モータに及ぼす潜在的な破壊的影響に重点を置いています。また、この概念を拡張し、三相誘導モータにとって同様に有害な相不平衡についても取り上げています。最後に、適切に調整された 熱動過負荷リレーまたはソリッドステート過負荷リレーを備えたモータスタータを導入することで、高価なモータを保護することを推奨しています。
主な要点
- 1相の喪失や相のバランス不良は、三相誘導モータに損傷（過熱）を与える可能性があります。
- 適切に設定された過負荷リレーを備えたモータスタータは、巻線の損傷が発生する前に自動的にモータの電源を遮断することができます。
- すでに運転中のモータは、ある相が欠相しても、負荷トルクによっては運転を継続する場合があります。この場合、モータが焼損するまで運転し続けるリスクが高くなります。
- 単相モータで始動コンデンサが故障することは、三相モータで1相が失われることと同様です。どちらの場合も、回転磁界が失われます。
この記事は、DigiKey Field Guide for Industrial Automationの一部です。
分類： Understand It → Motors
難易度： 
Student — 難易度レベルの説明
著者： Aaron Dahlen | MSEE | Senior Applications Engineer, DigiKey
最終更新日： 2026年3月10日
三相システムとは何ですか？
わが国の電力系統は、三相システムの好例です。大型の発電機、開閉装置、および配電システムはすべて、三相交流電力を供給するように設計されています。三相システムでは、各波形は互いに120度ずれています。
20世紀初頭にこのシステムがどのように開発されたかについては、多くの歴史的経緯があります。その歴史を要約すると、その中心にあるのは、当時も現在も最大の電力消費機器である三相モータです。三相システムが現在も広く普及しているのは、費用対効果、効率、および信頼性の面で最適化されているためです。
図1： 熱動過負荷リレーを備えた可逆モータスタータの横にある三相モータの写真
著者の考察（経験談）： 商業ビルでの欠相は、決して好ましい状況ではありません。放置すると、建物内の一部の負荷は正常に動作し続ける一方で、他の部分は動作しなくなります。最も分かりやすい症状は、天井照明の一部がまとまって消えてしまうことです。
これらの照明器具にとっては、不便なことで済みます（相間に接続されていない場合に限ります）が、三相モータにとっては非常に深刻な問題です。この状況に電気技師たちが頭を悩ませているのを目にしてきました。なぜなら、その結果として焼けてしまったモータを交換しなければならないことがよくあるからです。
欠相とは何ですか？
欠相は、三相システムのいずれかの相が切断されたり、何らかの理由で失われたりした場合に発生します。一見すると、三相のうち二相が残っているため、この定義は適切ではないように思えるかもしれません。しかし、三相モータ内部では事情が異なります。モータの観点から見ると、残りの二相は単相として見られます。
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三相すべてが存在する場合：モータの固定子内には回転磁界が存在します。この回転磁界は、19世紀の電気工学における最も重要な成果の1つであり、20世紀初頭に広く普及したことを思い出してください。この回転磁界こそが、三相モータのあらゆる利点を支える基盤技術です。その利点には、小型、軽量、高効率などが含まれます。
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ある相が欠損している場合：固定子の磁界はもはや「回転」しなくなります。その代わりに、磁界は単一の物理平面内で増減します。その結果、三相モータは単相モータとして動作します。.
技術的なヒント： 回転磁界の概念は単相モータにも当てはまります。例えば、単相モータで最も一般的な故障モードの1つは、位相シフトコンデンサの損傷です。この種の故障が発生した単相モータは、自力では始動できなくなります。これは非常に一般的な故障であるため、図2に示すように、多くのモータは、ユーザーがコンデンサを素早く交換できるように設計されています。
このコンデンサは位相シフトを生じさせるため、多くの単相モータにおいて重要な部品であることを思い出してください。モータの観点から見ると、この位相シフトは回転磁界として見られます。この状況を別の観点から捉えると、コンデンサによって単相モータが二相（直交電流）モータとして動作していると考えることができます。
図2： カバーを取り外し、ユーザーが交換可能な位相シフト（始動）コンデンサが露出している、使用済みの単相モータの写真
欠相が発生した場合、モータにはどのようなことが起こるのでしょうか？
モータが保護装置なしでAC給電線に直接接続されていると仮定すると、3つの結果が考えられますが、いずれも好ましくないものです。
起動に失敗する場合
三相モータは、三相すべてが揃って回転磁界が生成されなければ始動しません。この回転磁界がなければ、モータは回転せず、すぐに焼けてしまいます。
すでに重い負荷がかかった状態で稼働中の場合
故障が発生した時点でモータがすでに回転している場合、1相が欠落するとモータは失速する可能性が高くなります。保護措置がなければ、モータの巻線が再び損傷することになります。
すでに軽い負荷で稼働中の場合
このような状況では、モータは動作し続ける可能性があります。ただし、この状態で長時間運転を続けると、巻線が損傷する恐れがあります。
技術的なヒント： 相が完全に切断されている場合だけではないことにご注意ください。不平衡な三相システムでも、モータに損傷を与える可能性があります。問題があると思われる場合は、三相電源電圧だけでなくモータ電流も安全に測定するようにしてください。計算は3つのステップで行います。
- ステップ1では、平均値（例えば、平均電圧）を算出します。
- ステップ2では、各相の平均値からのずれを算出します。
- 最後のステップは、最大の偏差を平均で割ることです。
電圧の計算結果は1%未満である必要があります。わずかな電圧の不均衡でも、大きな電流の不均衡を引き起こす可能性があることにご注意ください。
例として、モータで測定した相間電圧が 203、202、および210V AC の208V AC システムを考えてみましょう。平均値は205V AC です。最大の偏差は5V AC です。偏差率は、100 × （5/205） = 2.4%と計算されます。このシステムは不平衡であるとみなされ、次の適切な機会に修理を行う必要があります。不平衡状態で機械的負荷が100%の状態で運転されているモータは、寿命が短くなる可能性があります。
三相モータは欠相からどのように保護すればよいでしょうか？
最初の防御策は、モータスタータを導入することです。モータスタータは、コンタクタと熱動過負荷リレーの2つの部品で構成されていることを思い出してください。モータの寿命を延ばすためには、過負荷リレーを当該モータに合わせて調整することが極めて重要です。これが本記事の核心であり、繰り返し強調しておきたい点です。
技術的なヒント： モータの寿命を延ばすためには、対象となるモータに合わせて過負荷リレーを選定し、調整することが極めて重要です。
モータスタータの過負荷リレーを、モータ巻線の状態を反映する「感応装置」と考えてください。従来のモータスタータは、モータ電流に反応するヒータやバイメタル素子を備えた熱動装置であることを思い出してください。理想的なシステムでは、モータ巻線の温度と熱動過負荷リレーの温度上昇との間に1対1の対応関係があります。過負荷状態では、モータ巻線と熱動過負荷リレーの両方が高温になります。この状態が長時間続くと、熱動過負荷リレーが作動し、モータスタータのコイルへの電力供給が遮断されます。コイルへの電力供給が失われると、コンタクタが開き、モータは停止します。
モータとモータ始動との関係は、一見するとわかりにくいものです。最初は、1%の電圧偏差は大きな問題ではないと考えられたかもしれません。しかし、前述したように、わずかな電圧の不均衡が大きな電流の不均衡につながり、ひいてはモータの1つの巻線、あるいは一対の巻線の過熱を招く可能性があります。この状況は、モータにかかる負荷が変動することによって、さらに複雑化します。
不平衡なシステムで高負荷のモータを運転する場合、事態はさらに複雑になります。詳細には立ち入りませんが、不平衡なシステムで運転する際には、モータをディレーティングして使用する必要があることを認識してください。ディレーティング後の機械出力馬力は計算できます。しかし、高調波のない良好な相平衡を維持するために、電源系統の健全性を改善する方が得策かもしれません。
まとめ
いずれの場合も、適切に選定、設定されたモータスタータは、優れた第一線の保護手段となります。モータの過負荷状態や、欠相によって生じる過大な電流偏差は、モータスタータによって検出されます。
当然のことながら、システムの高度さはモータのコストに見合ったものであるべきです。基本的なモータスタータによって給電および保護される1hpのモータは、良い組み合わせと言えます。100hpのモータには、その多額の設備投資に見合った最先端の監視、保護機能が必要です。三相電源系統の定期的な監視とメンテナンスは、三相機器への投資を守るために必要な取り組みです。
ご健闘をお祈りします。
APDahlen
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著者について
Aaron Dahlen氏、元米国沿岸警備隊（USCG）少佐（LCDR）は、シーフリバーフォールズにあるDigiKeyのシニアアプリケーションエンジニアを務めています。エレクトロニクスおよび産業オートメーションに関する彼の知識と経験は、技術者およびエンジニアとして従事した27年間の軍歴と、その後10年以上にわたる教育経験を通じて培われました。
Dahlen holds an MSEE from Minnesota State University, Mankato. He has taught in an ABET-Dahlen氏は、ミネソタ州立大学マンケート校で電気工学修士号（MSEE）を取得しています。また、ABET認定を受けた電気工学プログラムで教鞭を執ったほか、電子工学技術プログラムのコーディネーターを務め、軍の技術者に対して部品レベルの修理技術を指導してきました。
現在は、ミネソタ州北部の故郷へ戻り、コンデンサ探しから始まった数十年にわたる旅を終えました。彼の物語はこちらからお読みください。
APDahlenさん、こんにちは、
この情報を共有していただき、ありがとうございます。大変参考になりました。これで、三相システムに関する私の疑問はすべて解消されました。
(James)
APDahlen Applications Engineer
jamesboltさん、ありがとうございます。
DigiKeyフォーラムへようこそ。
三相電力というのは実に奥深いテーマですね。以前、ある商業ビルで、三相のうち1相が失われたことがありました。空調設備のモータのいくつかが故障してしまったため、サービス技術者たちは大変困っていました。
別の案件では、ベルトが頻繁に外れてしまう7.5 hpの2段変速ファンに対応しました。原因を調査したところ、モータが低速時は時計回り、高速時は反時計回りに回転していることが判明しました。これで、異音やベルトの問題の原因が明らかになりました。高速側のモータの配線を2本入れ替えるだけで、それ以来、問題は一切発生しなくなりました。
フィードバックをありがとうございました。
Aaron