令和6年度上期第三種電気主任技術者試験 機械（電気技術者試験センター）問5
機械
制動巻線に関する問題
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回転界磁形同期電動機が停止している状態で，固定子巻線に対称三相交流電圧を印加すると回転磁界が生じる。しかし，励磁された回転子磁極が受けるトルクは，同じ大きさで向きが交互に変わるので，その平均トルクは零になり電動機は起動しない。これを改善するために，回転子の磁極面に［(ア)］を施す。これは，［(イ)］と同じ起動原理を利用したもので，誘導トルクによって電動機を起動させる。起動時には，回転磁束によって誘導される高電圧によって絶縁が破壊するおそれがあるので，［(ウ)］を抵抗で短絡して起動する。回転子の回転速度が同期速度に近づくと，この短絡を切り放し［(エ)］で励磁すると，回転子は同期速度に引き込まれる。上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)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) | |
|---|---|---|---|---|
| (1) | 補償巻線 | 巻線形誘導電動機 | 界磁巻線 | 交流 |
| (2) | 制動巻線 | かご形誘導電動機 | 界磁巻線 | 直流 |
| (3) | 制動巻線 | 巻線形誘導電動機 | 界磁巻線 | 交流 |
| (4) | 制動巻線 | かご形誘導電動機 | 固定子巻線 | 直流 |
| (5) | 補償巻線 | かご形誘導電動機 | 固定子巻線 | 直流 |
- 1(ア) 補償巻線 (イ) 巻線形誘導電動機 (ウ) 界磁巻線 (エ) 交流
- 2(ア) 制動巻線 (イ) かご形誘導電動機 (ウ) 界磁巻線 (エ) 直流
- 3(ア) 制動巻線 (イ) 巻線形誘導電動機 (ウ) 界磁巻線 (エ) 交流
- 4(ア) 制動巻線 (イ) かご形誘導電動機 (ウ) 固定子巻線 (エ) 直流
- 5(ア) 補償巻線 (イ) かご形誘導電動機 (ウ) 固定子巻線 (エ) 直流
答えと解説
✓ これが正解2(ア) 制動巻線 (イ) かご形誘導電動機 (ウ) 界磁巻線 (エ) 直流
解説
制動巻線・かご形誘導電動機・界磁巻線・直流の組合せです。
同期電動機は回転磁界と同じ速度で回るときにしか一定の向きのトルクを生じないので、停止状態から電圧を加えただけでは起動できません。そこで回転子の磁極面に、導体を短絡環でつないだかご形の制動巻線を設けます。制動巻線には回転磁界との速度の差で誘導電流が流れ、かご形誘導電動機と同じ原理の誘導トルクで回転子を加速します。よって(ア)は制動巻線、(イ)はかご形誘導電動機です。
起動中は、回転磁界が回転子の界磁巻線を速く横切るので、巻数の多い界磁巻線に高い電圧が誘導され、絶縁が破壊されるおそれがあります。これを防ぐため、界磁巻線を抵抗で短絡しておきます。よって(ウ)は界磁巻線です。
回転速度が同期速度に近づいたら短絡を外し、界磁巻線に直流を流して磁極を励磁します。すると回転子の磁極が回転磁界に引き付けられて同期速度に引き込まれます。よって(エ)は直流です。
起動は誘導電動機として、運転は直流で励磁した同期電動機として、という切り替えで整理すると覚えやすくなります。
ほかの選択肢の解説
- 1(ア) 補償巻線 (イ) 巻線形誘導電動機 (ウ) 界磁巻線 (エ) 交流：(ア)の補償巻線、(イ)の巻線形誘導電動機、(エ)の交流が誤りです。磁極面の導体は短絡環でつながったかご形の構造で制動巻線と呼ばれ、同期速度に引き込むときの界磁の励磁には直流を用います。
- 3(ア) 制動巻線 (イ) 巻線形誘導電動機 (ウ) 界磁巻線 (エ) 交流：(イ)を巻線形誘導電動機、(エ)を交流としている点が誤りです。制動巻線は外部に引き出さない短絡された導体なので、かご形誘導電動機と同じ原理です。磁極の極性を一定にするには直流で励磁します。
- 4(ア) 制動巻線 (イ) かご形誘導電動機 (ウ) 固定子巻線 (エ) 直流：(ウ)を固定子巻線としている点だけが誤りです。高い電圧が誘導されるのは、回転磁界に速く横切られる回転子側の巻数の多い界磁巻線です。固定子巻線は電源につながり、回転磁界をつくる側の巻線です。
- 5(ア) 補償巻線 (イ) かご形誘導電動機 (ウ) 固定子巻線 (エ) 直流：(ア)の補償巻線と(ウ)の固定子巻線が誤りです。補償巻線は直流機の電機子反作用を打ち消すための巻線で、同期電動機の起動に使うのは制動巻線です。抵抗で短絡して保護するのは回転子の界磁巻線です。
出典：令和6年度上期第三種電気主任技術者試験 機械 問5（電気技術者試験センター）。1問ずつ解ける形に加工しています（B問題の共通の文と図を小問ごとに複写・図と式を問題冊子から切り出して画像で掲載・1行で書ける式を字に書き直し）。解説は当サイト独自のもので、電気技術者試験センターとは関係ありません。
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