令和5年度 上期 電験3種 機械 問3の過去問解説

令和5年度 上期 電験3種 機械 問3

次の文章は、三相誘導電動機の誘導起電力に関する記述である。
三相誘導電動機で固定子巻線に電流が流れると(ア)が生じ、これが回転子巻線を切るので回転子巻線に起電力が誘導され、この起電力によって回転子巻線に電流が流れることでトルクが生じる。この回転子巻線の電流によって生じる起磁力を(イ)ように固定子巻線に電流が流れる。
回転子が停止しているときは、固定子巻線に流れる電流によって生じる(ア)は、固定子巻線を切るのと同じ速さで回転子巻線を切る。このことは原理的に変圧器と同じであり、固定子巻線は変圧器の(ウ)巻線に相当し、回転子巻線は(エ)巻線に相当する。回転子巻線の各相には変圧器と同様に(エ)誘導起電力を生じる。
回転子が回転しているときは、電動機の滑りをsとすると、(エ)誘導起電力の大きさは、回転子が停止しているときの(オ)倍となる。

上記の記述中の空白箇所(ア)~(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(ア) (イ) (ウ) (エ) (オ)
(1) 交番磁界 打ち消す 二次 一次 $1-s$
(2) 回転磁界 打ち消す 一次 二次 $\frac{1}{s}$
(3) 回転磁界 増加させる 二次 一次 $s$
(4) 交番磁界 増加させる 二次 一次 $\frac{1}{s}$
(5) 回転磁界 打ち消す 一次 二次 $s$

解答・解説

正解(5)

誘導電動機は、固定子に三相交流電流を流すと回転磁界が発生します。

この回転磁界は回転子に巻線に誘導されトルクが生じます。

また、回転子による回転磁界は、固定子に生じる回転磁界を打ち消すように、固定子に起電力を発生させます。

回転子が静止していれば、固定子と回転子に印加されている回転磁界の速度は同じであり、変圧器と同等になります。

固定子側は外部電源から電流を供給されているので変圧器の一次側に相当し、回転子巻線はエネルギーを受ける側なので二次巻線に相当します。

空欄(オ)については難易度が高いですが、変圧器の等価回路をベースにした誘導機の等価回路は下図のようになります。

この図から、回転中の起電力は、回転子が回転しているときの$s$倍になることが分かります。

以上より、
(ア)回転磁界
(イ)打ち消す
(ウ)一次
(エ)二次
(オ)$s$
となるので、正解は(5)です。

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