電験3種（第三種電気主任技術者試験）の機械科目で頻出の単巻変圧器。本記事で扱う令和6年度下期 A問題8は、【機械】平成25年度A問題8とほぼ同一の問題で、それだけ単巻変圧器の構造と容量が定番テーマであることを示しています。確実に得点できるよう解説します。
カギは巻線の共通部分＝分路巻線、共通でない部分＝直列巻線という名称と、負荷容量＝V₂·I₂ という定義。共通巻線をもつため漏れ磁束が少なく、電圧変動率が小さいのが特徴です。
出題のポイント：分路巻線・直列巻線と容量
単巻変圧器は1つの巻線の一部を一次・二次で共用します。共通部分が分路巻線、共通でない部分が直列巻線。負荷に供給する負荷容量（V₂·I₂）に対し、変圧器自身が磁気で受け持つ自己容量は小さく、小型・高効率になります。
令和6年度下期 機械科目 A問題8：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
電験3種 機械科目 【変圧器】 令和6年度下期 A問題8
次の文章は、単相単巻変圧器に関する記述である。
巻線の一部が一次と二次との回路に共通になっている変圧器を単巻変圧器という。巻線の共通部分を (ア)、共通でない部分を (イ) という。単巻変圧器では、(ア) の端子を一次側に接続し、(イ) の端子を二次側に接続して使用すると通常の変圧器と同じように動作する。単巻変圧器の (ウ) は、二次端子電圧と二次電流との積である。単巻変圧器は、巻線の一部が共通であるため、漏れ磁束が (エ)、電圧変動率が (オ)。
空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして正しいものを選べ。
(1) 分路巻線／直列巻線／負荷容量／多く／小さい
(2) 直列巻線／分路巻線／自己容量／少なく／小さい
(3) 分路巻線／直列巻線／負荷容量／少なく／小さい
(4) 分路巻線／直列巻線／定格容量／多く／大きい
(5) 直列巻線／分路巻線／定格容量／多く／大きい
問題の解説：各空欄を判別する
単巻変圧器の構造図をもとに、(ア)〜(オ)を一つずつ判別します。
(ア)(イ) 分路巻線・直列巻線
巻線の共通部分が(ア) 分路巻線、共通でない部分が(イ) 直列巻線です。
(ウ) 負荷容量
「二次端子電圧と二次電流との積」は(ウ) 負荷容量（\( V_2 I_2 \)）です。変圧器自身が受け持つ自己容量 \( (V_2-V_1)I \) より大きい点に注意します。
(エ)(オ) 漏れ磁束・電圧変動率
巻線の一部が共通であるため、漏れ磁束が(エ) 少なく、電圧変動率が(オ) 小さいという特徴があります。
以上より、(ア)分路巻線・(イ)直列巻線・(ウ)負荷容量・(エ)少なく・(オ)小さい となり、正解は (3) です（選択肢の並びが異なるだけで、内容は変圧器47と同じです）。
ポイント解説：単巻変圧器を理解する
1. 自己容量と負荷容量の違い
負荷容量＝V₂·I₂（負荷に供給）、自己容量＝(V₂−V₁)·I（変圧器が磁気で受け持つ）。自己容量は負荷容量より小さいため、小型・軽量・高効率になります。
2. 漏れ磁束が少ない＝電圧変動率が小さい
巻線を共用するため漏れリアクタンスが小さく、負荷時の電圧降下が少ない＝電圧変動率が小さい。一方で一次・二次が絶縁されない点には注意が必要です。
3. 「共通＝分路、非共通＝直列」
名称は「共通＝分路巻線、非共通＝直列巻線」と覚えれば迷いません。直列巻線が電圧差 \( (V_2-V_1) \) を受け持ちます。
まとめ：各空欄に入る語句
| 空欄 | 入る語 | 内容 |
|---|---|---|
| (ア) | 分路巻線 | 巻線の共通部分 |
| (イ) | 直列巻線 | 巻線の共通でない部分 |
| (ウ) | 負荷容量 | V₂·I₂（二次端子電圧×二次電流） |
| (エ) | 少なく | 共通巻線のため漏れ磁束が少ない |
| (オ) | 小さい | 電圧変動率が小さい |
この問題は【機械】平成25年度A問題8と同一内容です。自己容量を計算する【機械】平成30年度A問題9・【機械】令和5年度上期B問題15もあわせて確認しておきましょう。
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