電験三種 令和5年度下期 機械 問7｜電気機器（共通損失）

電験三種「機械」の「電気機器（共通損失）」に関する問題（令和5年度下期 問7）。正答は(1)です。

【基本公式】電気機器の損失分類：コイル電流×抵抗→銅損（ジュール熱）。

鉄損=渦電流損＋ヒステリシス損。機械損=軸受け摩擦損＋風損（冷却ファン）。

正答(1)「銅損 渦電流損 ヒステリシス損 機械損」の根拠：

(ア)銅損：コイルのI²R損失→I²R=ジュール熱→正解。

(イ)渦電流損：交番磁束→鉄心に誘導電流→ジュール熱→積層鉄心で対策。

(ウ)ヒステリシス損：磁束の履歴現象→磁気ヒステリシスループの面積→電磁鋼板で対策。

(エ)機械損：軸受け摩擦＋冷却ファン（空気抵抗）→回転体固有の損失。

選択肢(1)が全て正しく対応。

【電気機器（共通損失）の解法と要点】（令和5年度下期 問7）

【損失分類の体系】

電磁損失：

①銅損（ジュール損）：I²×R。コイル（電機子巻線・界磁巻線）の抵抗による損失。

対策：導体断面積拡大・並列巻線のインピーダンス均一化。

②鉄損＝渦電流損＋ヒステリシス損

渦電流損：交番磁束→鉄心に誘導電流（円環状）→ジュール熱。積層鉄心で経路遮断。

ヒステリシス損：磁化の履歴（B-Hループ面積）。電磁鋼板（Si含有）で保磁力減少→低損失。

機械損：

③軸受け摩擦損：ベアリング（ころがり/滑り）の摩擦。

④風損（ベンチレーション損）：冷却ファンの空気抵抗。

【各空白の確認】

(ア)銅損、(イ)渦電流損、(ウ)ヒステリシス損、(エ)機械損

→正答(1)「銅損 渦電流損 ヒステリシス損 機械損」

【電気機器（共通損失）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度下期 問7）

【核心論点と正答根拠】

(ア)銅損=I²R（ジュール熱）、(イ)渦電流損（積層鉄心対策）、(ウ)ヒステリシス損（電磁鋼板対策）、(エ)機械損（軸受+風損）。

正答(1)「銅損 渦電流損 ヒステリシス損 機械損」。

【損失と効率の定量的関係】

変圧器（静止形）：銅損+鉄損のみ（機械損なし）。

誘導機：銅損（一次・二次）+鉄損+機械損+漂遊負荷損（実効損失）。

同期機：界磁銅損+電機子銅損+鉄損+機械損+漂遊負荷損。

直流機：電機子銅損+界磁銅損+鉄損+機械損+ブラシ接触損。

【損失の周波数・電圧依存性】

渦電流損Pe∝f²B²t²（f:周波数、B:磁束密度、t:鉄心厚さ）。

ヒステリシス損Ph∝f B^n（Steinmetz指数n≒1.6〜2.0）。

銅損：一次=定格電流²×R（温度補正あり）、二次=s×エアギャップ電力（誘導機）。

【最新省エネ技術】

非晶質（アモルファス）鉄心変圧器：ヒステリシス損が結晶質の1/10以下→配電変圧器の損失30%削減。

高効率電動機（IE4/IE5クラス）：誘導機→PMSMへ代替→銅損・鉄損両方の大幅削減。

電験二種：損失分離法（銅損・鉄損・機械損の実測分離）・試験法の理論が出題。