巻線形誘導電動機の低滑り域における近似トルク式は T ∝ s / r2(r2:二次抵抗値,s:滑り)で表される。
令和6年度 上期 第三種電気主任技術者 機械 問15(b)
定格周波数60Hz、6極の三相巻線形誘導電動機があり、二次巻線を短絡して定格負荷で運転したときの回転速度は1170min⁻¹である。この電動機について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、電動機の二次抵抗値が一定のとき、滑りとトルクは比例関係にあるものとする。
この電動機を定格負荷の80%のトルクで運転する場合,二次巻線端子に三相抵抗器を接続し,二次巻線回路の1相当たりの抵抗値を短絡時の2.5倍にしたときの回転速度[min⁻¹]の値として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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この式から,(a)で用いた「r2一定のとき s ∝ T」という関係に加えて,「T一定のとき s ∝ r2」という関係も導かれる。(a)より,二次抵抗値が短絡時のまま(r2 = r0)で80%トルク運転時の滑りは s = 0.02 であった。ここから二次抵抗値を短絡時の2.5倍(r2 = 2.5 r0)にしても同じ80%トルクで運転する場合,T一定のもとで s ∝ r2 の関係より,滑りは s' = s × 2.5 = 0.02 × 2.5 = 0.05 となる。同期速度 Ns = 1200 min⁻¹ であるから,回転速度は N = Ns(1 − s') = 1200 × (1 − 0.05) = 1200 × 0.95 = 1140 min⁻¹。これは選択肢(3)と一致する。
各選択肢の解説
- (1)
980
980 min⁻¹ は滑りに換算すると s = (1200−980)/1200 ≒ 0.183 となり,計算で得られる0.05から大きく外れる。本問の条件(80%トルク・二次抵抗2.5倍)から単純な一段階の計算でこの値に至る根拠は確認できず,誤り。
- (2)
1110
1110 min⁻¹ は滑りに換算すると s = (1200−1110)/1200 = 0.075 となり,計算で得られる s' = 0.05 と一致しない。誤り。
- (3)
1140
1200×(1−0.05)=1140 となり,計算結果と厳密に一致する。よってこれが正答。
- (4)
1170
1170 min⁻¹ は,問題文冒頭で与えられている「二次巻線短絡・定格負荷運転時」の回転速度そのものであり,滑りに換算すると s=0.025(=s0)である。二次抵抗値を2.5倍にした効果も,トルクを80%に下げた効果も反映せず,問題文の初期条件の数値をそのまま答えてしまった場合に生じ得る値であり,本問((b)で問われている条件下の回転速度)とは一致しない。
- (5)
1200
1200 min⁻¹ は同期速度Ns(滑り s=0)そのものであり,負荷トルクを二次側に伝達しながら運転している状態(80%トルク運転)としては生じ得ない値である。誤り。
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