同期機47【電験3種 機械】三相同期電動機の駆動とインバータの穴埋め！平成22年 A問題5 完全解説

今回は平成22年度 機械科目 A問題5を解説します。三相同期電動機の駆動・始動と、可変電圧可変周波数（VVVF）電源を問う穴埋め問題です。

励磁電流で力率を調整でき、空げきを大きくできるのが特徴。商用電源では始動トルクの確保が課題で、インバータで周波数を変えて同期速度を変えます。

問題文と選択肢

　三相同期電動機は，50〔Hz〕又は60〔Hz〕の商用交流電源で駆動されることが一般的であった。電動機としては，極数と商用交流電源の周波数によって決まる一定速度の運転となること，(ア)電流を調整することで力率を調整することができ，三相誘導電動機に比べて高い力率の運転ができることなどに特徴がある。さらに，誘導電動機に比べて(イ)を大きくできるという構造的な特徴などがあることから，回転子に強い衝撃が加わる鉄鋼圧延機などに用いられている。

　しかし，商用交流電源で三相同期電動機を駆動する場合，(ウ)トルクを確保する必要がある。近年，インバータなどパワーエレクトロニクス装置の利用拡大によって可変電圧可変周波数の電源が容易に得られるようになった。出力の電圧と周波数がほぼ比例するパワーエレクトロニクス装置を使用すれば，(エ)を変えると(オ)が変わり，このときのトルクを確保することができる。

　さらに，回転子の位置を検出して電機子電流と界磁電流をあわせて制御することによって幅広い速度範囲でトルク応答性の優れた運転も可能となり，応用範囲を拡大させている。空白箇所（ア）〜（オ）に当てはまる語句として正しいものを組み合わせたのはどれか。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	励磁	固定子	過負荷	周波数	定格速度
(2)	励磁	固定子	始動	電圧	定格速度
(3)	電機子	空げき	過負荷	電圧	定格速度
(4)	電機子	固定子	始動	周波数	同期速度
(5)	励磁	空げき	始動	周波数	同期速度

出題のポイント：同期電動機の特徴とVVVF駆動を結び付ける

同期電動機は励磁電流で力率を調整でき、誘導電動機より空げきを大きくできる構造上の特徴があります。一方、商用電源へ直接接続する場合は始動トルクの確保が必要です。VVVFインバータなら、V/fをほぼ一定に保ちながら周波数を低い値から上げ、同期速度Ns＝120f/pを連続的に変えて始動できます。

ポイント解説：V/fを一定に保ちながら周波数で同期速度を変える

同期電動機は励磁電流の調整で力率を変えられ、誘導機より空げきを大きくできます。商用電源直入れでは始動トルクの確保が課題ですが、インバータ（VVVF）で周波数を変えると同期速度が変わり、始動から定格までトルクを確保できます。

問題の解説：励磁・空げき・始動・周波数・同期速度を選ぶ

STEP1　（ア）（イ）同期電動機の特徴

励磁（ア）電流で力率調整。誘導機より空げき（イ）を大きくできる。

STEP2　（ウ）商用電源駆動の課題

直入れでは始動（ウ）トルクの確保が必要。

STEP3　（エ）（オ）VVVF駆動

周波数（エ）を変えると同期速度（オ）が変わる。よって組合せは(5)。

答え：(5)

まとめ

（ア）	励磁
（イ）	空げき
（ウ）	始動
（エ）	周波数
（オ）	同期速度
答え	(5)

▼あわせて解きたい関連問題
・同期電動機の始動方法：【機械】平成25年度A問題5
・回転界磁形の始動：【機械】令和6年度上期A問題5