電験三種 令和3年度(2021) 機械 問5 過去問解説
次の文章は，三相同期電動機に関する記述である。
三相同期電動機が負荷を担って回転しているとき，回転子磁極の位置と，固定子の三相巻線によって生じる回転磁界の位置との間には，トルクに応じた角度 $\delta$[rad]が発生する。この角度 $\delta$ を（ア）という。
回転子が円筒形で2極の三相同期電動機の場合，トルク $T$[N・m]は $\delta$ が（イ）[rad]のときに最大値になる。さらに $\delta$ が大きくなると，トルクは減少して電動機は停止する。同期電動機が停止しない最大トルクを（ウ）という。
また，同期電動機の負荷が急変すると，$\delta$ が変化し，新たな $\delta'$ に落ち着こうとするが，回転子の慣性のために，$\delta'$ を中心として周期的に変動する。これを（エ）といい，電源の電圧や周波数が変動した場合にも生じる。（エ）を抑制するには，始動巻線も兼ねる（オ）を設けたり，はずみ車を取り付けたりする。
上記の記述中の空白箇所（ア）〜（オ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) （ア）負荷角，（イ）$\pi$，（ウ）脱出トルク，（エ）乱調，（オ）界磁巻線
- (2) （ア）力率角，（イ）$\pi$，（ウ）制動トルク，（エ）同期外れ，（オ）界磁巻線
- (3) （ア）負荷角，（イ）$\dfrac{\pi}{2}$，（ウ）脱出トルク，（エ）乱調，（オ）界磁巻線
- (4) （ア）力率角，（イ）$\dfrac{\pi}{2}$，（ウ）制動トルク，（エ）同期外れ，（オ）制動巻線
- (5) （ア）負荷角，（イ）$\dfrac{\pi}{2}$，（ウ）脱出トルク，（エ）乱調，（オ）制動巻線
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正解は(5)
解説
【考え方】円筒形同期電動機のトルクは $T \propto \sin\delta$（δ：負荷角）です。これと、乱調・制動巻線の言葉を思い出します。
■1 (ア) 角度 δ の名前
回転子の磁極と回転磁界のずれの角度 δ を、負荷角といいます。→ (ア) 負荷角
力率角は、電圧と電流の位相のずれで、別のものです。
■2 (イ)(ウ) 最大トルク
トルクは $\sin\delta$ に比例します。
$\sin\delta$ は、$\delta = \dfrac{\pi}{2}$（90°）のときに一番大きくなります。→ (イ) $\dfrac{\pi}{2}$
これより大きくずれると、トルクが減って止まってしまいます。
止まらずに出せる最大のトルクを脱出トルクといいます。→ (ウ) 脱出トルク
■3 (エ)(オ) 揺れとその抑え方
負荷が急に変わると、δ が新しい角度のまわりで揺れます。これを乱調といいます。→ (エ) 乱調
乱調を抑えるには、制動巻線（揺れを止めるための巻線）を設けます。制動巻線は、始動のときにも使えます。→ (オ) 制動巻線
界磁巻線は、磁極をつくるための巻線です。
答えは(5)ピヨ。
出典：令和3年度（2021） 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）機械 問5