電験三種 令和2年度(2020) 機械 問7 過去問解説

問7 《電動機応用(トルク対速度曲線と安定運転)》
電動機と負荷の特性を,回転速度を横軸,トルクを縦軸に描く,トルク対速度曲線で考える。電動機と負荷の二つの曲線が,どのように交わるかを見ると,その回転数における運転が,安定か不安定かを判定することができる。誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
  1. (1) 負荷トルクよりも電動機トルクが大きいと回転は加速し,反対に電動機トルクよりも負荷トルクが大きいと回転は減速する。回転速度一定の運転を続けるには,負荷と電動機のトルクが一致する安定な動作点が必要である。
  2. (2) 巻線形誘導電動機では,回転速度の上昇とともにトルクが減少するように,二次抵抗を大きくし,大きな始動トルクを発生させることができる。この電動機に回転速度の上昇とともにトルクが増える負荷を接続すると,両曲線の交点が安定な動作点となる。
  3. (3) 電源電圧を一定に保った直流分巻電動機は,回転速度の上昇とともにトルクが減少する。一方,送風機のトルクは,回転速度の上昇とともにトルクが増大する。したがって,直流分巻電動機は,安定に送風機を駆動することができる。
  4. (4) かご形誘導電動機は,回転トルクが小さい時点から回転速度を上昇させるとともにトルクが増大,最大トルクを超えるとトルクが減少する。この電動機に回転速度でトルクが変化しない定トルク負荷を接続すると,電動機と負荷のトルク曲線が2点で交わる場合がある。この場合,加速時と減速時によって安定な動作点が変わる。
  5. (5) かご形誘導電動機は,最大トルクの速度より高速な領域では回転速度の上昇とともにトルクが減少する。一方,送風機のトルクは,回転速度の上昇とともにトルクが増大する。したがって,かご形誘導電動機は,安定に送風機を駆動することができる。
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正解は(4)
解説
【考え方】交わる点(動作点)で速さが少しずれたとき、元にもどるなら安定、はなれていくなら不安定です。 安定な動作点:交点より少し速くなると負荷トルクの方が大きくなって減速し、少し遅くなると電動機トルクの方が大きくなって加速し、元にもどる点です。 ■1 (1) を確かめる 電動機トルク(回す力)が負荷トルク(じゃまする力)より大きいと速くなり、小さいと遅くなります。 一定の速さで回り続けるには、2つのトルクが等しい点が必要です。→ 正しいです。 ■2 (2) を確かめる 二次抵抗(回転子側の抵抗)を大きくすると、速くなるほどトルクが減る形にできます。 負荷は速くなるほどトルクがふえるので、速くなると負荷が勝って減速し、遅くなると電動機が勝って加速します。 元にもどるので、交点は安定です。→ 正しいです。 ■3 (3) を確かめる 直流分巻電動機は速くなるとトルクが減り、送風機(ファン)は速くなるとトルクがふえます。 (2) と同じ形なので安定です。→ 正しいです。 ■4 (4) を確かめる かご形誘導電動機のトルクは、速さとともにふえて最大トルクになり、その後は減ります。 定トルク負荷(速さに関係なく同じトルク)の横線と、2点で交わることがあります。 最大トルクより低速側の交点:少し速くなると電動機トルクがふえてさらに加速し、はなれていきます。→ 不安定 最大トルクより高速側の交点:少し速くなると電動機トルクが減って減速し、元にもどります。→ 安定 安定なのはいつも高速側の1点だけで、加速時と減速時で変わることはありません。→ 誤りです。 ■5 (5) を確かめる 最大トルクより高速側では、速くなるとトルクが減ります。送風機は速くなるとトルクがふえるので、安定です。→ 正しいです。 答えは(4)ピヨ。
出典:令和2年度(2020) 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7