電験三種 機械 問37：電気機器（同期機）

電験三種「機械」の「電気機器（同期機）」に関する問題（令和6年度下期 問5）。正答は(2)です。

【基本公式】同期電動機始動：自起動不可→誘導起動法が標準。

正答(2)「制動巻線 かご形誘導電動機 界磁巻線 直流」の根拠：

(ア)制動巻線：回転子磁極面に短絡導体棒→かご形と同じ原理で誘導トルク発生→自起動可能。

(イ)かご形誘導電動機：制動巻線の起動原理がかご形誘導機と同じ。

(ウ)界磁巻線：起動時に三相電圧が高電圧を誘起→巻線絶縁破壊防止のため抵抗で短絡。

(エ)直流：同期速度に近づいたら直流励磁で磁極確立→引込み同期。

【電気機器（同期機）始動法の解法と要点】（令和6年度下期 問5）

【同期電動機の始動問題】

静止時に三相電圧印加：回転磁界が同期速度で回転するが、回転子は静止→トルク平均ゼロ→起動不可。

【誘導起動法（制動巻線利用）のステップ】

①界磁巻線を抵抗で短絡（高圧誘導防止）→三相電圧印加

②制動巻線（かご形導体棒）に誘導電流→かご形誘導機と同じ起動トルク発生

③回転速度が同期速度の95%程度まで上昇

④界磁巻線の短絡を解放→直流励磁で界磁確立

⑤回転子が同期速度に引き込まれて同期運転開始

【各空白の判定】

(ア)制動巻線（ダンパ巻線）：磁極面のかご形導体棒

(イ)かご形誘導電動機：制動巻線の起動原理

(ウ)界磁巻線：高圧誘起防止のため短絡（巻線形誘導機の二次抵抗起動に類似）

(エ)直流：引込み後の励磁電源

→正答(2)

【電気機器（同期機）始動法の深層解析と電験三種合格戦略】（令和6年度下期 問5）

【核心論点と正答根拠】

制動巻線（ダンパ巻線）：かご形誘導起動+安定運転時の制動効果（電力動揺抑制）の二重機能。

正答(2)「制動巻線・かご形誘導・界磁巻線・直流」が正解。

【始動法の種類と適用】

①誘導起動法（制動巻線）：最も一般的。大容量機に適用。

②補助電動機法：別の電動機で同期速度まで加速→直流励磁で引込み。大容量発電機の初期起動に使用。

③インバータ起動法（周波数起動）：可変周波数電源で徐々に速度上昇→始動トルクが大きく最近主流。

大型ポンプ揚水発電機（電動機として起動）：インバータ起動または補助電動機が使われる。

【制動巻線の安定度寄与】

系統事故後の電力動揺（サブ同期振動）を制動巻線の2次銅損で減衰→安定度向上。

電験二種：同期機安定度理論（等面積判別法・スウィング方程式）で制動係数Dが重要。

【最新技術：永久磁石同期電動機（PMSM）の起動】

PMSMは制動巻線がない→センサレスベクトル制御が必須。

EV駆動モータ（IPMSM）：インバータ制御で0rpmから全トルク→同期引込み不要。

電験三種から電験二種へ：同期機始動→系統安定度→大規模電力系統制御へと体系的に深まる。