電源電圧一定の下,トルク一定の負荷を負って回転している各種電動機の性質に関する記述として,正しいものと誤りのものの組合せ…

機械 第7問

電源電圧一定の下,トルク一定の負荷を負って回転している各種電動機の性質に関する記述として,正しいものと誤りのものの組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。(ア) 巻線形誘導電動機の二次抵抗を大きくすると,滑りは増加する。(イ) 力率1.0 で運転している同期電動機の界磁電流を小さくすると,電機子電流の位相は電源電圧に対し,進みとなる。(ウ) 他励直流電動機の界磁電流を大きくすると,回転速度は上昇する。(エ) かご形誘導電動機の電源周波数を高くすると励磁電流は増加する。

正答 (5)
正答は (5)。 電源電圧一定、負荷トルク一定という条件で、四つの記述を一つずつ調べます。 【(ア) 巻線形誘導電動機の二次抵抗を大きくすると、滑りは増加する = 正しい】 誘導電動機の二次入力(同期ワット)をP2、二次銅損をPc2 とすると  Pc2 = s × P2 が成り立ちます。トルクが一定ということは二次入力P2 が一定ということですから、二次抵抗を大きくすれば二次銅損が増え、その分だけ滑りs が大きくなります。トルクの比例推移の考え方でも同じ結論になります。同じトルクを出す滑りは、二次抵抗に比例して移動するので
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 r2 ÷ s = 一定 の関係から、r2 を2倍にすればs も2倍になります。巻線形で外部抵抗を入れて速度を落とすのは、この性質を利用したものです。 【(イ) 力率1.0の同期電動機の界磁電流を小さくすると、電機子電流は進みになる = 誤り】 同期電動機のV曲線(位相特性曲線)で説明できます。力率1.0の点を谷底として、界磁電流を増やす(強め励磁)と電機子電流は進み位相に、界磁電流を減らす(弱め励磁)と遅れ位相になります。つまり界磁電流を小さくすると進みではなく遅れになるので、記述は誤りです。覚え方としては、励磁を強めた同期電動機はコンデンサのようにふるまい(同期調相機として進み無効電力を供給する)、励磁が足りない同期電動機はリアクトルのようにふるまう、と押さえてください。 【(ウ) 他励直流電動機の界磁電流を大きくすると、回転速度は上昇する = 誤り】 他励直流電動機の回転速度は  N = (V - Ra × Ia) ÷ (K × φ) で表され、磁束φ に反比例します。界磁電流を大きくすればφ が増えるので、回転速度は上昇ではなく低下します。逆に界磁を弱めると速度が上がるのが界磁制御(弱め界磁)です。記述は誤りです。 【(エ) かご形誘導電動機の電源周波数を高くすると励磁電流は増加する = 誤り】 電源電圧V が一定のまま周波数f を上げた場合を考えます。巻線に生じる誘導起電力の式  V ≒ 4.44 × f × N × φ から、V が一定でf が大きくなればφ は小さくなります。励磁電流は磁束を作るための電流ですから、φ が減れば励磁電流も減ります。別の見方をすると、励磁回路は主としてインダクタンスですから、そのリアクタンスは 2 × 円周率 × f × L で周波数に比例して大きくなり、同じ電圧なら電流は小さくなります。よって増加ではなく減少し、記述は誤りです。 【結論】 (ア)が正しく、(イ)(ウ)(エ)は誤りです。この組合せは (5) です。

出典:令和4年度上期第三種電気主任技術者 機械科目 問7(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ

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