電験三種 機械 問8：電動機応用

電験三種「機械」の「電動機応用」からの出題（令和7年度上期 問7）。正答は(3)です。

電動機の回転方向・始動・制動に関する問題。直流電動機・誘導電動機の回転方向はフレミングの左手則（電流と磁束から力の方向を決定）。

始動時の課題（大きな始動電流・始動トルク不足）への対策と、制動方法（発電制動・回生制動・プラッギング）の特徴を正確に把握する。正答(3)の記述が正しい。

【電動機応用（回転方向・始動・制動）の解法】（令和7年度上期 問7）

【直流電動機の基本】

• 回転方向: フレミング左手則（Bの向き×Iの向き→力F）
• 逆転: 電機子電流の向きを逆にするか、界磁磁束を逆にする
• 始動: 始動抵抗で電機子電流を制限（E_back=0→I=V/ra が過大になるため）

【誘導電動機の制動方法】

(a) 発電制動（動力制動）: 電源切離後に直流励磁→発電機モードで制動

(b) 回生制動: 回転速度>同期速度でスリップs<0→電力を系統に返還

(c) プラッギング（逆相制動）: 2相を入れ替えて逆転磁界→強力制動、損失大

【正答(3)の根拠】

本問の各選択肢で制動方法の特徴を正確に述べているものが(3)。他の選択肢は制動時の損失・原理に誤りを含む。

【電動機応用（電動機の始動・制動・速度制御）の深層解析】（令和7年度上期 問7）

【正答(3)の根拠：電動機の4象限動作】

電動機の動作は「回転速度の正負」×「トルクの正負」で4象限に分類される。

第1象限（正転電動）: n>0, T>0

第2象限（正転回生制動）: n>0, T<0（発電機として動作し電力回生）

第3象限（逆転電動）: n<0, T<0

第4象限（逆転回生制動）: n<0, T>0

【制動方法の定量比較】

(1) 発電制動（dynamic braking）

- 電源切離し→直流電流印加で制動磁界生成

- 電機子回路に制動抵抗接続で損失処理

- 急速停止可能、損失はすべて熱として消費

(2) 回生制動（regenerative braking）

- スリップs<0（超同期速度）で誘導発電機モード

- 系統に電力返還→省エネ（都市鉄道・エレベータ）

- インバータ制御系では積極的に活用

(3) プラッギング（逆相制動）

- 固定子2相入れ替え→逆転磁界生成

- 制動トルク最大だが損失も最大（全速度で損失発生）

- 急停止が必要な工作機械・クレーンに使用

【VVVFインバータによる速度制御の現状】

現代の誘導電動機速度制御はほぼVVVF（可変電圧可変周波数）インバータが主流。

V/f一定制御：低速から高速まで磁束一定を維持

ベクトル制御（FOC）：トルクと磁束を独立制御→直流機に近い応答性

直接トルク制御（DTC）：センサレスで高速トルク応答

【電験二種・実務への接続】

電験二種: インバータ駆動誘導電動機の等価回路（漏れインダクタンス補正）、ベクトル制御の状態方程式

実務: エレベータ・コンベア・ポンプのインバータ選定（容量・保護協調・EMC対策）