【電験3種 機械】巻上機の電動機出力|令和8年度上期 問11

荷物を一定速度で持ち上げる仕事率を求め、巻上機の機械効率で割ります。求める電動機出力は軸の機械出力で、電動機への電気入力とは区別します。

問題文と選択肢|【電験3種】令和8年度上期 機械 問11

令和8年度上期 機械 問11の公式問題
公式問題PDFから問題文・図・選択肢を切り抜きました。

問題文

問11 巻上機によって質量1 000 kg の物体を毎秒0.5 m の一定速度で巻き上げているときの電動機出力の値[kW]として,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし,機械効率は90 %,ロープの質量及び加速に要する動力については考慮しないものとする。

(1) 0.6(2) 4.4(3) 4.9(4) 5.5(5) 6.0

出典:電気技術者試験センター・公式問題PDF/公式解答PDF

解答・解説

解答

(4)5.5 kW

  1. STEP1荷物を持ち上げる力を求める一定速度なので、力F=mg
  2. STEP2荷物に与える仕事率を求める仕事率=力 × 速度
  3. STEP3巻上機の機械効率で割って電動機出力を求める4.9 kW ÷ 0.90
機械問11:条件・図・考え方・式・解答をまとめた縦長解説
解答解説:画像内で解き方と答えを確認できます。
目次

STEP1|荷物を持ち上げる力を求める

速度が一定なので加速度は0です。ロープの張力は重力とつり合い、必要な力はmgになります。重力加速度をg=9.8 m/s²として計算します。

持ち上げる力

\[F=mg=1000\times9.8=9800\ \mathrm N\]

質量のkgをそのまま力のNとして扱わず、重力加速度を掛けます。

STEP2|荷物に与える仕事率を求める

時間Δtの間に荷物が進む距離はvΔtです。仕事FvΔtを時間Δtで割ると、毎秒の仕事である仕事率Pload=Fvになります。

荷物の仕事率

\[P_{\mathrm{load}}=Fv=9800\times0.5\]\[=4900\ \mathrm W=4.9\ \mathrm{kW}\]

これは荷物に届く有効な機械出力です。巻上機の損失を考えると、電動機の軸にはさらに大きな出力が必要になります。

STEP3|巻上機の機械効率で割って電動機出力を求める

巻上機の機械効率は、電動機の軸から入る機械出力のうち、荷物の仕事に使われる割合です。

効率の定義から求める

\[\eta=\frac{P_{\mathrm{load}}}{P_{\mathrm{motor}}}\quad\Rightarrow\quad P_{\mathrm{motor}}=\frac{P_{\mathrm{load}}}{\eta}\]\[=\frac{4.9}{0.90}\simeq5.44\ \mathrm{kW}\]

最も近い選択肢は(4)5.5 kW。

損失を補うので、荷物の仕事率を効率で割るのが正しい向きです。0.9を掛けると、必要な軸出力が荷物の仕事率より小さくなってしまいます。

問題の90%は巻上機の機械効率です。電動機の電気入力を計算する効率として扱いません。

巻上機の機械効率と、電動機軸出力・荷物の仕事率の関係
STEP3:電動機の軸出力の90%が荷物の仕事に使われます。

最後に、3つだけ確認

一定速度の巻上げでは力F=mg。

荷物の仕事率はmgv=4.9kW。

電動機の軸出力は4.9/0.90≒5.44kW。

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