電験三種 機械 問39：電気機器（誘導機）

電験三種「機械」の「電気機器（誘導機）」に関する問題（令和6年度下期 問3）。正答は(3)です。

【基本公式】誘導機：固定子の三相電流→回転磁界（同期速度Ns=120f/P）。

滑りs=(Ns-N)/Ns。0<s<1→電動機、s<0→発電機（超同期速度）、s>1→制動。

正答(3)「回転磁界 スリップリング 電動機 発電機」の根拠：

(ア)回転磁界：三相電流で固定子巻線が回転磁界を作る。交番磁界は単相機。

(イ)スリップリング：巻線形誘導機の二次回路外部引出し端子（整流子は直流機）。

(ウ)電動機（0<s<1）：回転子が回転磁界より低速→回転方向トルク発生。

(エ)発電機（s<0）：回転子が同期速度より高速→回転と逆トルク→発電機動作。

【電気機器（誘導機）原理の解法と要点】（令和6年度下期 問3）

【基本公式・定義】

回転磁界速度（同期速度）：Ns=120f/P [min⁻¹]

滑り：s=(Ns-N)/Ns

電動機動作：1>s>0（回転子が回転磁界より低速）

発電機動作：s<0（回転子が同期速度より高速）

【各空白の根拠】

(ア)回転磁界：三相対称電流で固定子が作る磁界。単相は「交番磁界」で回転なし。

(イ)スリップリング：巻線形誘導機の二次巻線の外部引出し機構。

：整流子は直流機に使用（交流→直流変換）。

(ウ)電動機：s>0時は回転磁界が回転子を「引きずる」→電動機動作。

(エ)発電機：s<0（超同期）時は回転子が回転磁界を「押す」→発電機動作。

：回生制動とも呼ばれ、電力を電源に返すことができる。

→正答(3)「回転磁界 スリップリング 電動機 発電機」

【電気機器（誘導機）原理の深層解析と電験三種合格戦略】（令和6年度下期 問3）

【核心論点と正答根拠】

三相誘導機の動作領域：s>1（逆相制動）、0<s<1（電動機）、s<0（発電機/回生）。

正答(3)「回転磁界・スリップリング・電動機・発電機」が正解。

【誘導機の等価回路（T型）】

二次抵抗：r₂/s（r₂:実抵抗+r₂(1-s)/s（機械出力に対応）。

機械出力（有効電力）：P_mec=(1-s)/s×I₂²r₂=P₂(1-s)（P₂:二次銅損基準）。

二次銅損：P_c2=sP₁（P₁:エアギャップ電力）→効率=1-s（理想時）。

【巻線形誘導機の特性制御】

二次抵抗制御：外部抵抗追加でトルク-速度特性を制御（比例推移）。

比例推移：r₂/s=const→同じトルクを異なる滑りで発生可能→始動時大トルク。

クレーマー制御：二次電力をインバータで電源に回生→大容量ポンプ速度制御に使用。

【風力発電への応用（DFIG）】

二重給電誘導発電機（DFIG）：固定子は系統直結、二次（ロータ）をVSCインバータ制御。

可変速風力発電の主流方式→同期速度±30%の速度範囲で系統連系可能。

電験二種：DFIG制御の電力方程式・安定度・系統事故時のLVRT（低電圧通過）要件が出題。