電験三種 機械 問35：電気機器（共通）

電験三種「機械」の「電気機器（共通）」に関する問題（令和6年度下期 問7）。正答は(5)です。

【キーポイント】記述a〜cの条件から機器を特定する問題。

記述a「磁束一定・電圧一定で回転速度変化でトルク変化」→直流機(ア)と同期機(エ)。

記述b「一次巻線に負荷電流と励磁電流を流す」→誘導機(イ)と変圧器(ウ)（等価回路類似）。

記述c「電機子巻線に負荷電流が流れ界磁磁束と電機子反作用の合成磁束で起電力発生」→直流機(ア)と同期機(エ)。

記述aとcが重複→(ア)と(エ)が直流機と同期機。(イ)が誘導機、(ウ)が変圧器。

正答(5)「直流機 誘導機 変圧器 同期機」が正解。

【電気機器（共通）の解法と要点】（令和6年度下期 問7）

【各機器の特徴整理】

変圧器：回転なし・電磁誘導のみ・励磁電流+負荷電流が一次に流れる。

直流機：界磁（固定子）+電機子（回転子）・ブラシ/整流子・電機子反作用あり。

誘導機：回転磁界・変圧器原理で二次誘導起電力→電流→トルク・等価回路は変圧器類似。

同期機：界磁と電機子を持ち電機子反作用あり・回転速度は固定（同期速度Ns=120f/P）。

【各記述の分析】

記述a：「磁束一定・電圧一定で速度変化→トルク変化」

→これは(ア)と(エ)。直流機はN=(V-IaRa)/kΦでN変化→T変化。同期機もP=VEsinδ/Xs。

記述b：「励磁電流+負荷電流が一次（固定子）巻線」→(イ)誘導機と(ウ)変圧器（等価回路構造が同じ）。

記述c：「電機子反作用磁束+界磁磁束のベクトル和→誘導起電力」→(ア)直流機と(エ)同期機。

→(ア)=直流機、(イ)=誘導機、(ウ)=変圧器、(エ)=同期機→選択肢(5)正答。

【電気機器（共通）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和6年度下期 問7）

【核心論点：4機器の等価回路統一論】

電験三種の機械科目は4機器（変圧器・直流機・誘導機・同期機）が出題の80%を占める。

4機器の共通点を理解すると学習効率が格段に上がる。

【電磁誘導の応用形態比較】

変圧器：静止形・一次/二次の結合係数k≒1→理想変圧器近似。

誘導機：回転形・変圧器原理を回転に応用・滑りsで二次電圧/周波数が変化。

同期機：回転形・界磁（直流励磁）+電機子（交流）の組合せ・電機子反作用で等価Z変化。

直流機：整流子で電流方向を常に一方向に整流→直流特性を実現。

【電機子反作用の物理的意味と対策】

直流機：電機子電流が界磁磁束を歪める→中性軸移動→整流不良（火花）。補極・補償巻線で対策。

同期機：電機子電流が磁束を変化→端子電圧変動。同期インピーダンスがこの効果を包含。

誘導機：回転子電流が合成磁束を維持（変圧器と類似）→滑りに応じた二次電流で制御。

【電験二種・一種への接続】

電験二種：各機器の過渡特性（直流機：過渡応答/誘導機：等価回路精密解析/同期機：安定度）。

電験一種：電機系統の安定性解析・等価回路パラメータ実測法・大容量機の設計論。