今回は令和2年度 機械科目 A問題7を解説します。テーマはトルク対速度曲線による安定運転の判定。本問は【機械】令和5年度上期A問題7として再出題された、まったく同一の問題です。繰り返し出るということは、それだけ重要ということ。確実に取りましょう。
ポイントは「安定・不安定は交点の性質として固定されている」こと。加速時と減速時で入れ替わったりはしません。
ほぼ同じ問題が 【機械】令和5年度上期A問題7 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。
問題文と選択肢
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) 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) 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) 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) 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) 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。
出題のポイント：交点の左右でトルク差を確かめる
動作点は、電動機トルクと負荷トルクが等しくなる交点です。交点より少し低速側と高速側でトルク差を調べ、低速側では加速、高速側では減速して交点へ戻るなら安定です。加速中か減速中かという運転経路ではなく、交点付近の曲線の位置関係で判定します。
ポイント解説：トルク差の符号と矢印で安定性を判定
安定かどうかは、交点から速度を少しずらしたときに元へ戻る力（トルク差）が働くかで判定します。戻ればその交点は安定、離れていけば不安定。この性質は曲線の形で決まっており、運転の経路（加速中・減速中）には関係ありません。
問題の解説：N点は不安定、C点は安定
まとめ
| 安定条件 | 交点の左で \(T_M \gt T_L\)、右で \(T_M \lt T_L\) |
| N点（上り坂側） | 不安定：ずれると離れていく |
| C点（下り坂側) | 安定：ずれても戻る |
| 答え | (4) |
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・同一問題（令和5年上期に再出題）：【機械】令和5年度上期A問題7
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