電験三種 機械 問28：電動機応用

電験三種「機械」の「電動機応用」からの出題（令和6年度下期 問14）。正答は(5)です。

エレベータ・クレーン・巻上機の電動機出力計算。

電動機出力P[W]＝(F×v)/η（F: 力[N]、v: 速度[m/s]、η: 総合効率）。

釣合いおもりがある場合は有効荷重=（積載質量-釣合いおもり質量）×g[N]。

題意の条件を代入して正答(5)を確認する。

【電動機応用（エレベータ・巻上機の出力計算）の解法】（令和6年度下期 問14）

【基本公式】

吊り上げ動力（釣合いおもりなし）: P = mgv [W]（m: 質量、g: 9.8m/s²、v: 速度[m/s]）

吊り上げ動力（釣合いおもりあり）: P = (m_load - m_counterweight)×g×v / η [W]

【速度単位換算】

v[m/min] → v[m/s]: v/60

【エレベータの釣合いおもり（カウンターウェイト）】

釣合いおもり質量 = かご質量 + 定格積載質量×40〜50%（バランス点）

積載状態での有効荷重 = 積載質量+かご質量 - 釣合いおもり質量

【本問の計算】

題意の条件（質量・速度・効率・釣合いおもり）を上式に代入して電動機出力[kW]を求める。

正答(5)の値が計算結果と一致することを確認。

【電動機応用（巻上機・エレベータシステム設計）の深層解析】（令和6年度下期 問14）

【正答(5)の根拠：巻上機のエネルギー解析】

【エレベータの4象限動作分析】

荷物有：上昇時（電動機動力）→下降時（発電機モード・回生制動）

荷物なし：上昇時（カウンターウェイトが重い→下降させようとする→制動）→下降時（電動機動力）

有効荷重の計算（積載率によって変わる）:

F_eff = (m_car + m_load - m_cw) × g [N]

m_cw = m_car + m_rated × k （k: バランス係数、通常0.4〜0.5）

【エネルギー回生の経済効果】

エレベータのVVVF+回生システム：下降時・軽負荷時の回生エネルギーを電源に返還。

従来の抵抗制動: 制動エネルギーを熱消費（ビル空調負荷増大）

回生制動: エネルギー回収→25〜50%の消費電力削減（ビルの省エネ化に直結）

【クレーン・ホイストの電動機選定】

定格荷重・速度から必要な定格出力を算出後、負荷持続率（ED）を考慮。

ED[%] = (通電時間/サイクル時間) × 100

ED=25%: 全負荷を断続的に使用する場合の定格（クレーン用モータの標準）

→連続定格（ED=100%）の電動機より小型・軽量で選定可能

【電気鉄道（鉄道車両）への応用】

回生制動を最大限に使用するためのアーキテクチャ:

→VVVF誘導電動機→回生時に架線に電力返還→同一変電所の他の車両が消費

→完全に消費されない場合は蓄電池または抵抗で処理

【電験二種・実務への接続】

電験二種: 電動機選定計算（過負荷耐量・始動電流・保護協調）、クレーン・エレベータの保護リレー設計

実務: ビル管理会社の電気主任技術者としてエレベータ設備の定期点検（年1回）、更新計画策定