電験三種 機械 問75：電気機器（変圧器）

電験三種「機械」の「電気機器（変圧器）」に関する問題（令和5年度上期 問9）。正答は(5)です。

【基本公式】変圧器等価回路の励磁回路：励磁コンダクタンスgm（鉄損相当）＋励磁サセプタンスbm（磁化電流相当）。

正答(5)「励磁コンダクタンスに流れる電流は磁化電流に対応し、励磁サセプタンスで発生する損失は鉄損に対応」→誤り。

正しくは：励磁コンダクタンスgm→鉄損電流（有効分）→鉄損P_fe=E²gm。

励磁サセプタンスbm→磁化電流（無効分）→磁束を作る電流（無効電力担当、損失にならない）。

「コンダクタンスに流れる電流=磁化電流」「サセプタンスで発生する損失=鉄損」が逆→誤り。

【電気機器（変圧器）励磁回路の解法と要点】（令和5年度上期 問9）

【変圧器の励磁回路（アドミタンス表示）】

励磁アドミタンス：Y₀=gm+jbm（または gm-jbm）

gm（励磁コンダクタンス）：鉄損に対応→鉄損電流Ic=E×gm（有効成分）

bm（励磁サセプタンス）：磁化電流に対応→磁化電流Im=E×bm（無効成分）

励磁電流I₀=√(Ic²+Im²)=E×Y₀

鉄損：P_fe=E²×gm（コンダクタンスで発生）

磁化電力：Q_m=E²×bm（サセプタンスが担当・損失にならない）

【各選択肢の正誤】

(1)〜(4)正しい：正弦波入力での励磁電流・鉄損の性質を正確に記述。

(5)誤り：「励磁コンダクタンスに流れる電流=磁化電流」は逆（コンダクタンス=鉄損電流）。

「励磁サセプタンスで発生する損失=鉄損」も逆（サセプタンス=磁化電流・損失なし）。

→正答(5)

【電気機器（変圧器）励磁回路の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度上期 問9）

【核心論点と正答根拠】

gm→鉄損電流（有効分・損失あり）、bm→磁化電流（無効分・損失なし）。

選択肢(5)の「コンダクタンス=磁化電流」「サセプタンス=鉄損」の記述が全て逆→誤り→正答(5)。

【励磁電流の非正弦波性（選択肢(1)関連）】

磁気飽和とヒステリシス→B-Hループが非線形→磁化電流が非正弦波。

第3次高調波：単相変圧器では顕著（I₃≒15〜30%）。

Δ結線：第3次高調波電流がΔ内部を循環→外部には出ない→この問題を解決。

Y-Y変圧器（中性点接地あり）：第3次高調波が系統に流出→障害の可能性。

【変圧器のQ管理と力率改善】

励磁電流の無効成分（磁化電流）→系統から見ると遅れ無効電力消費。

大型変圧器（200kVA以上）の励磁電流≒1〜3%→小さいが蓄積で系統負担。

並列コンデンサで力率補償→変電所での集合コンデンサ・進相コンデンサバンク。

【電験二種への接続】

電験二種：変圧器の精密等価回路・非線形励磁特性の解析・高調波フィルタ設計が出題。