同期機43【電験3種 機械】交流電動機の記述で誤りは？平成23年 A問題5 完全解説

今回は平成23年度 機械科目 A問題5を解説します。交流電動機（同期機・誘導機）に関する記述の誤りを1つ選ぶ論説問題です。

V曲線に沿って界磁電流を減らすと電機子電流は増加しますが、力率100％で電機子電流は「最小」になります（最大ではない）。

問題文と選択肢

交流電動機に関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(1)　同期機と誘導機は、どちらも三相電源に接続された固定子巻線（同期機の場合は電機子巻線、誘導機の場合は一次側巻線）が、同期速度の回転磁界を発生している。発生するトルクが回転磁界と回転子との相対位置の関数であれば同期電動機であり、回転磁界と回転子との相対速度の関数であれば誘導電動機である。

(2)　同期電動機の電機子端子電圧をV〔V〕（相電圧実効値）、この電圧から電機子電流の影響を除いた電圧（内部誘導起電力）をE₀〔V〕（相電圧実効値）、VとE₀との位相角をδ〔rad〕、同期リアクタンスをX〔Ω〕とすれば、三相同期電動機の出力は、\(3\times\left(E_0\cdot\dfrac{V}{X}\right)\sin\delta\)〔W〕となる。

(3)　同期電動機では、界磁電流を増減することによって、入力電力の力率を変えることができる。電圧一定の電源に接続した出力一定の同期電動機の界磁電流を減少していくと、V曲線に沿って電機子電流が増加し、力率100〔％〕で電機子電流が最大になる。

(4)　同期調相機は無負荷運転の同期電動機であり、界磁電流が作る磁束に対する電機子反作用による増磁作用や減磁作用を積極的に活用するものである。

(5)　同期電動機では、回転子の磁極面に設けた制動巻線を利用して停止状態からの始動ができる。

出題のポイント：V曲線の最低点は力率1・電機子電流最小

端子電圧と出力が一定の同期電動機では、界磁電流を変えるとV曲線に沿って電機子電流が変化します。不足励磁でも過励磁でも無効電流が加わり、力率1の点で電機子電流が最小になります。

ポイント解説：同じ有効電力なら力率1で電流最小

同期電動機は界磁電流を増減すると力率が変わり、V曲線に沿って電機子電流が変化します。界磁電流を減らしていくと電機子電流は増加しますが、力率100％（力率1）で電機子電流は最小になります。「最大になる」という(3)の記述が誤りです。

問題の解説：電機子電流を最大とした選択肢(3)が誤り

STEP1　正しい記述を確認する

(1) トルクが相対位置の関数＝同期、相対速度の関数＝誘導…正しい。(2) 三相同期電動機の出力 \(P=3\frac{E_0V}{X}\sin\delta\)…正しい。(4) 同期調相機は無負荷の同期電動機で電機子反作用を活用…正しい。(5) 制動巻線で自己始動できる…正しい。

STEP2　誤りを特定する

(3) 「力率100％で電機子電流が最大になる」は誤り。V曲線の最低点＝力率1で、電機子電流は最小になります。よって誤りは(3)。

答え：(3)

まとめ

誤り選択肢	(3)
理由	力率100％で電機子電流は最小（最大ではない）
正しい出力式	\(P=3\frac{E_0V}{X}\sin\delta\)
答え	(3)

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