次の文章は,誘導機の速度制御に関する記述である。誘導機の回転速度n [min⁻¹]は,滑りs,電源周波数f [Hz],極…
機械 第3問
次の文章は,誘導機の速度制御に関する記述である。誘導機の回転速度n [min⁻¹]は,滑りs,電源周波数f [Hz],極数p を用いてn=120· (ア) と表される。したがって,誘導機の速度は電源周波数によって制御することができ,特にかご形誘導電動機において (イ) 電源装置を用いた制御が広く利用されている。かご形誘導機ではこの他に,運転中に固定子巻線の接続を変更して (ウ) を切り換える制御法や, (エ) の大きさを変更する制御法がある。前者は,効率はよいが,速度の変化が段階的となる。後者は,速度の安定な制御範囲を広くするために (オ) の値を大きくとり,銅損が大きくなる。巻線形誘導機では, (オ) の値を調整することにより,トルクの比例推移を利用して速度を変える制御法がある。上記の記述中の空白箇所(ア)~(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
- (1)(ア): sf/p (イ): CVCF (ウ): 相数 (エ): 一次電圧 (オ): 一次抵抗
- (2)(ア): (1-s)f/p (イ): CVCF (ウ): 極数 (エ): 二次電圧 (オ): 二次抵抗
- (3)(ア): sf/p (イ): VVVF (ウ): 極数 (エ): 一次電圧 (オ): 一次抵抗
- (4)(ア): (1-s)f/p (イ): VVVF (ウ): 相数 (エ): 二次電圧 (オ): 一次抵抗
- (5)(ア): (1-s)f/p (イ): VVVF (ウ): 極数 (エ): 一次電圧 (オ): 二次抵抗
正答 (5)
正答は (5)。
【空白(ア) 回転速度の式】
同期速度は
Ns = 120 × f ÷ p
で、実際の回転速度は滑りs の分だけ遅れるので
n = (1 - s) × 120 × f ÷ p
すなわち、問題文の形に合わせると(ア)には(1 - s) × f ÷ p が入ります。s × f ÷ p としている選択肢は、滑りそのものに比例することになってしまい誤りです。
【空白(イ) 可変電圧可変周波数】
かご形誘導電動機の速度制御で広く使われているのは、可変電圧可変周波数(ブイブイブイエフ)電源装置、いわゆるインバータによる制御です。周波数を下げるときは、磁束を一定に保つために電圧も比例して下げます。
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V ÷ f = 一定
こうしないと、低い周波数で磁束が過大になり、鉄心が飽和して励磁電流が急増してしまいます。一方、定電圧定周波数(シーブイシーエフ)電源装置は電圧と周波数を一定に保つもので、速度制御には使えません。よって(イ)を「シーブイシーエフ」としている(1)(2)は外れます。
【空白(ウ) 極数】
運転中に固定子巻線の接続を切り換えて極数を変える方法を極数切換(ポールチェンジ)といいます。同期速度は極数に反比例するので、たとえば4極から8極に変えれば速度は半分になります。極数は整数なので、速度は段階的にしか変えられませんが、滑りを増やすわけではないので効率はよくなります。「相数」を切り換えるという制御法はありません。よって(ウ)を「相数」としている(1)(4)は外れます。
【空白(エ) 一次電圧】
もう一つの方法が、一次電圧の大きさを変える制御です。誘導電動機のトルクは電圧の2乗に比例するので、電圧を下げるとトルクが下がり、同じ負荷に対する釣合いの滑りが大きくなって回転速度が下がります。二次電圧はかご形では取り出せないので、変更できません。よって(エ)を「二次電圧」としている(2)(4)は外れます。
【空白(オ) 二次抵抗】
一次電圧制御では、二次抵抗が小さいとトルク曲線の運転領域が急な傾きになり、電圧を変えても速度がほとんど変わらないうえ、少しの負荷変動で不安定になります。そこで、速度の安定な制御範囲を広げるために二次抵抗を大きく取った特殊かご形を用います。その結果、二次銅損(二次抵抗による損失)が大きくなり、効率は下がります。二次銅損と滑りの関係
二次銅損 = s × 二次入力
からも、滑りを大きくして速度を下げる方法は損失が増えることが読み取れます。巻線形誘導機では、外部抵抗によってこの二次抵抗の値を調整でき、トルクの比例推移を利用して速度を変えられます。
【結論】
(1 - s)f÷p ・ブイブイブイエフ・極数・一次電圧・二次抵抗、この組合せをもつ (5) が正答です。
出典:令和5年度下期第三種電気主任技術者 機械科目 問3(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
最終更新日
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