【電験3種 機械】変圧器の返還負荷法｜令和8年度上期 問8

返還負荷法では、2台の変圧器の間に定格電流を流し、外部電源からは鉄損と銅損だけを補います。一次側と二次側を別々に見て、結線と電源の役割を確認します。

問題文と選択肢｜【電験3種】令和8年度上期 機械 問8

問題文

問８　電力用大形変圧器の温度上昇試験の一つに返還負荷法がある。この試験法では，外部電源から鉄損と銅損に相当する電力のみを供給すればよいので試験電源が比較的小規模なものですむ。単相変圧器におけるこの試験の結線方法及び図中に示す鉄損，銅損の供給方法として，次の(1)～(5)のうちから正しいものを一つ選べ。ただし，T₁，T₂は試験対象となる同じ仕様の変圧器，T₃は補助変圧器であり，鉄損を供給する電源Eの電圧は定格電圧とする。

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

1. STEP1一次側を並列にし、定格電圧で鉄損を発生させる電源E → 定格磁束 → 鉄損
2. STEP2二次側の起電力を相殺し、補助電圧で定格電流を流す逆極性直列 → 小さい電圧で銅損を供給
3. STEP3公式図の結線を確認し、選択肢（4）を選ぶ一次並列・二次逆極性直列

STEP1｜一次側を並列にし、定格電圧で鉄損を発生させる

同じ仕様のT₁・T₂の一次巻線を並列にして、電源Eから定格電圧を加えます。各鉄心には定格時と同程度の磁束が生じ、ヒステリシス損・渦電流損からなる鉄損が発生します。

鉄損を供給するのは定格電圧の電源Eです。一次側に電圧を加えることと、二次側に定格電流を流すことを分けて考えます。

STEP2｜二次側の起電力を相殺し、補助電圧で定格電流を流す

同じ仕様の2台では、二次の誘導起電力も等しくなります。二次巻線を逆極性で直列につなぐと、一周の経路では誘導起電力が打ち消し合います。

補助変圧器T₃が小さい電圧u₃を加え、漏れインピーダンスなどによる電圧降下を補って定格電流を流します。巻線に電流が流れることで銅損I²Rが発生します。

銅損を供給するのは補助変圧器T₃です。同極性で起電力が加算される結線は、この試験の結線ではありません。

STEP3｜公式図の結線を確認し、選択肢（4）を選ぶ

公式の選択肢（4）では、T₁とT₂の一次側が電源Eに並列接続され、二次側はT₃とともに循環経路を作っています。端子の極性を示す黒点も確認すると、二次起電力が一周の経路で相殺される結線だと分かります。

負荷相当の電力は2台の間でやり取りされるため、外部からその全量を供給する必要はありません。外部電源は鉄損＋銅損だけを供給し、その発熱によって温度上昇を試験します。

最後に、3つだけ確認