次の文章は,電気機器の損失に関する記述である。a コイルの電流とコイルの抵抗によるジュール熱が[ア]であり,この損失を…

機械 第7問

次の文章は,電気機器の損失に関する記述である。a コイルの電流とコイルの抵抗によるジュール熱が[ア]であり,この損失を低減するため,コイルを構成する電線の断面積を大きくする。交流電流が並列コイルに分かれて流れると,並列コイル間の電流不平衡からこの損失が増加する。この損失を低減するため,並列回路を構成する各コイルの鎖交磁束と抵抗値,すなわち,各コイルのインピーダンスを等しくする。b 鉄心に交流磁束が通ると損失が発生する。その成分は[イ]と[ウ]の二つに分類される。前者は,交流磁束によって誘導された電流が鉄心を流れてジュール熱として発生する。そこで,電気抵抗が高い強磁性材料や,表面を絶縁膜で覆った薄い鉄板を積層した積層鉄心を磁気回路に用いて,電流の経路を断つことで損失を低減する。後者は,鉄心の磁束が磁界の履歴に依存するために発生する。この[ウ]を低減するために電磁鋼板が磁気回路に広く用いられている。c 上記の電磁気要因の損失のほか,電動機や発電機では,回転子の運動による軸受け摩擦損や冷却ファンの空気抵抗による損失などの[エ]がある。上記の記述中の空白箇所(ア)~(エ)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。

正答 (1)
正答は (1)。 【空白(ア) 銅損】 コイルに電流を流したとき、巻線の抵抗によって生じるジュール熱が銅損です。  銅損 = I の2乗 × R 抵抗R は導体の断面積に反比例するので、電線を太くすれば銅損を減らせます。問題文が「電線の断面積を大きくする」と書いているのは、まさにこの対策です。また、複数のコイルを並列にしたとき、それぞれのインピーダンスがそろっていないと電流がかたより、一方に多くの電流が流れます。銅損は電流の2乗に比例するので、かたよりがあると合計の銅損は増えてしまいます。そこで、鎖交磁束と抵抗値、すなわちインピーダンスを等しくそろえます。よって(ア)を「鉄損」としている(2)(4)は外れます。
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【空白(イ) 渦電流損】 鉄心に交流磁束が通ると、電磁誘導によって鉄心そのものに渦を巻くような電流が誘導されます。これが鉄心の抵抗を流れてジュール熱になるのが渦電流損です。対策として、電気抵抗の高い強磁性材料(フェライトなど)を使うほか、薄い鉄板の表面を絶縁膜で覆って積み重ねた積層鉄心とし、渦電流の通り道を細かく分断します。渦電流損は板厚の2乗に比例するので、薄くする効果が大きく現れます。「抵抗損」「機械損」という語では、この現象を言い表せません。よって(イ)を「抵抗損」「機械損」としている(2)(4)(5)は外れます。 【空白(ウ) ヒステリシス損】 鉄心の磁束密度は、そのときの磁界の強さだけでなく、それまでにどう磁化されてきたかという履歴に依存します。磁界を一巡させると、磁化の経路がヒステリシス曲線(履歴曲線)を描き、その内側の面積に相当するエネルギーが熱として失われます。これがヒステリシス損です。問題文が「磁界の履歴に依存するために発生する」と書いているのが、そのままこの説明です。けい素を加えた電磁鋼板は、この曲線の面積が小さくなるように作られているので、ヒステリシス損を減らせます。「インダクタンス損」という損失はありません。よって(ウ)を「インダクタンス損」としている(3)(5)は外れます。 【空白(エ) 機械損】 軸受けの摩擦による損失や、冷却ファンや回転子が空気をかき回すことによる風損などを、まとめて機械損といいます。電磁気によるものではなく、機械的な運動によって生じる損失です。回転しない変圧器には存在せず、電動機や発電機にだけ現れます。 【結論】 銅損・渦電流損・ヒステリシス損・機械損 の組合せをもつ (1) が正答です。 【損失の全体像】  銅損(負荷損)   負荷電流の2乗に比例  鉄損(無負荷損)  ヒステリシス損と渦電流損の和  機械損       摩擦損と風損  漂遊負荷損     上記に収まらない漏れ磁束による損失

出典:令和5年度下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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