回転界磁形同期電動機が停止している状態で,固定子巻線に対称三相交流電圧を印加すると回転磁界が生じる。しかし,励磁された回…
機械 第5問
回転界磁形同期電動機が停止している状態で,固定子巻線に対称三相交流電圧を印加すると回転磁界が生じる。しかし,励磁された回転子磁極が受けるトルクは,同じ大きさで向きが交互に変わるので,その平均トルクは零になり電動機は起動しない。これを改善するために,回転子の磁極面に[ア]を施す。これは,[イ]と同じ起動原理を利用したもので,誘導トルクによって電動機を起動させる。起動時には,回転磁束によって誘導される高電圧によって絶縁が破壊するおそれがあるので,[ウ]を抵抗で短絡して起動する。回転子の回転速度が同期速度に近づくと,この短絡を切り放し[エ]で励磁すると,回転子は同期速度に引き込まれる。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。
- (1)(ア): 補償巻線 (イ): 巻線形誘導電動機 (ウ): 界磁巻線 (エ): 交流
- (2)(ア): 制動巻線 (イ): かご形誘導電動機 (ウ): 界磁巻線 (エ): 直流
- (3)(ア): 制動巻線 (イ): 巻線形誘導電動機 (ウ): 界磁巻線 (エ): 交流
- (4)(ア): 制動巻線 (イ): かご形誘導電動機 (ウ): 固定子巻線 (エ): 直流
- (5)(ア): 補償巻線 (イ): かご形誘導電動機 (ウ): 固定子巻線 (エ): 直流
正答 (2)
正答は (2)。
【同期電動機が自力で起動できない理由】
同期電動機の固定子に三相交流を加えると、すぐに同期速度で回る回転磁界ができます。ところが回転子は止まったままなので、回転磁界は回転子の磁極に対して次々に向きを変えながら通り過ぎます。その結果、回転子が受けるトルクは向きが交互に入れ替わり、1周期で平均すればゼロになってしまいます。これが、同期電動機に始動トルクがないといわれる理由です。
【空白(ア) 制動巻線】
そこで、回転子の磁極面に溝を切って導体を通し、両端を短絡環でつないだ巻線を設けます。これを制動巻線(ダンパ巻線)といいます。補償巻線は直流機で電機子反作用を打ち消すための巻線で、同期電動機の起動とは関係がありません。よって(ア)を「補償巻線」としている(1)(5)は外れます。
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【空白(イ) かご形誘導電動機】
制動巻線は、導体を短絡環でつないだ形ですから、かご形誘導電動機の回転子とまったく同じ構造です。回転磁界がこの導体を切ることで誘導電流が流れ、誘導トルクが発生して回転子が回り始めます。つまり、起動のあいだだけ誘導電動機として働かせるわけです。巻線形誘導電動機では、スリップリングを通して外部に巻線を引き出す構造が必要になり、制動巻線の説明には当てはまりません。よって(イ)を「巻線形誘導電動機」としている(1)(3)は外れます。
【空白(ウ) 界磁巻線】
起動時には、回転磁界が回転子の界磁巻線をも切るため、そこに高い電圧が誘導されます。界磁巻線は巻数が多いので、開放のままにしておくと絶縁を破るほどの電圧が現れるおそれがあります。そこで、起動中は界磁巻線を適当な抵抗で短絡しておきます。固定子巻線は電源につながっている側ですから、短絡できるはずがありません。よって(ウ)を「固定子巻線」としている(4)(5)は外れます。
【空白(エ) 直流】
回転速度が同期速度に近づいたところで界磁巻線の短絡を外し、直流で励磁します。すると回転子が電磁石になり、回転磁界に引き込まれて同期速度で回り始めます。これを同期引入れといいます。界磁は直流で励磁するものであって、交流ではありません。よって(エ)を「交流」としている(1)(3)は外れます。
【結論】
制動巻線・かご形誘導電動機・界磁巻線・直流 の (2) が正答です。
【制動巻線のもう一つの働き】
制動巻線は、同期運転に入ったあとも役に立ちます。負荷が急に変わったときなどに回転子が振れる現象(乱調)が起こると、回転子と回転磁界の間に速度の差が生じて制動巻線に電流が流れ、その振れを抑える向きにトルクが働きます。制動巻線という名前は、この働きに由来しています。
出典:令和6年度上期第三種電気主任技術者 機械科目 問5(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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