電機子入力電力は P_in = V·Ia = 24 × 3.0 = 72 W。
令和6年度 下期 第三種電気主任技術者 機械 問2
界磁磁束を一定に保った直流電動機が、電機子電圧 24 V、電機子電流 3.0 A で一定速で駆動されている。このときの直流電動機の回転数は 1 500 min⁻¹、出力トルクは 0.4 N·m であった。この直流電動機の電機子巻線の抵抗値[Ω]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、ブラシによる電圧降下、及び電機子反作用は無視できるものとし、考慮すべき損失は電機子巻線の銅損のみとする。
選択肢
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角速度は ω = 2π × 1500/60 = 50π ≒ 157.1 rad/s なので、出力(機械的出力)は P_out = T·ω = 0.4 × 157.1 ≒ 62.8 W。損失は電機子銅損のみなので、銅損 = 72 − 62.8 ≒ 9.2 W。銅損 = Ia²·Ra より Ra = 9.2 / 3.0² ≒ 1.02 Ω ≒ 1.0 Ω。したがって答えは (1)。なお同じ結果は、逆起電力 E = P_out/Ia ≒ 20.9 V、Ra = (24 − 20.9)/3.0 ≒ 1.0 Ω からも得られる。
各選択肢の解説
- (1)
1.0
正しい。Ra = 1.0 Ω のとき銅損は 3.0² × 1.0 = 9.0 W で、入力 72 W − 9.0 W = 63.0 W が出力となる。これは T·ω = 0.4 × 157.1 ≒ 62.8 W とほぼ一致する。
- (2)
2.3
誤り。Ra = 2.3 Ω なら銅損は 3.0² × 2.3 = 20.7 W、出力は 72 − 20.7 = 51.3 W となり、トルクは 51.3/157.1 ≒ 0.33 N·m。与えられた 0.4 N·m と合わない。
- (3)
3.1
誤り。Ra = 3.1 Ω なら銅損は 9 × 3.1 = 27.9 W、出力は 44.1 W、トルクは 44.1/157.1 ≒ 0.28 N·m。与えられた 0.4 N·m と合わない。
- (4)
4.5
誤り。Ra = 4.5 Ω なら銅損は 9 × 4.5 = 40.5 W、出力は 31.5 W、トルクは 31.5/157.1 ≒ 0.20 N·m。与えられた 0.4 N·m と合わない。
- (5)
6.9
誤り。Ra = 6.9 Ω なら銅損は 9 × 6.9 = 62.1 W、出力は 9.9 W、トルクは 9.9/157.1 ≒ 0.06 N·m。与えられた 0.4 N·m と合わない。
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