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2020年度 機械 問5
図はある三相同期電動機の1相分の等価回路である。ただし、電機子巻線抵抗は無視している。相電圧 V V V の大きさは V = 200 V V=200\text{V} V = 200 V 、同期リアクタンスは x s = 8 Ω x_{s}=8\,\Omega x s = 8 Ω である。この電動機を運転して力率が1になるように界磁電流を調整したところ、電機子電流の大きさが10Aになった。このときの誘導起電力 E E E の値[V]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
出典:第三種電気主任技術者 2020年度 機械 問5
正答・解説を確認する 正答:(4) 要点 正解は(4)。同期電動機では V=E+jx_sI なので、誘導起電力は E=V-jx_sI です。力率1で V と I が同相、x_sI=80V となるため、|E|=√(200²+80²)≈215V です。
詳細解説を読む 一相分の電圧方程式を考えます。端子電圧を V ˙ \dot{V} V ˙ 、誘導起電力(逆起電力)を E ˙ \dot{E} E ˙ 、同期リアクタンスを x s x_s x s 、電機子電流を I ˙ \dot{I} I ˙ とすると、電動機の式は以下のようになります。V ˙ = E ˙ + j x s I ˙ \dot{V} = \dot{E} + j x_s \dot{I} V ˙ = E ˙ + j x s I ˙ これを変形して E ˙ \dot{E} E ˙ を求めます。E ˙ = V ˙ − j x s I ˙ \dot{E} = \dot{V} - j x_s \dot{I} E ˙ = V ˙ − j x s I ˙ 題意より、力率が1なので、電圧 V ˙ \dot{V} V ˙ と電流 I ˙ \dot{I} I ˙ は同相です。V ˙ = 200 + j 0 [ V ] \dot{V} = 200 + j0 \, [\text{V}] V ˙ = 200 + j 0 [ V ] 、I ˙ = 10 + j 0 [ A ] \dot{I} = 10 + j0 \, [\text{A}] I ˙ = 10 + j 0 [ A ] と置くことができます。 これらを代入すると、E ˙ = 200 − j ( 8 × 10 ) = 200 − j 80 [ V ] \dot{E} = 200 - j(8 \times 10) = 200 - j80 \, [\text{V}] E ˙ = 200 − j ( 8 × 10 ) = 200 − j 80 [ V ] 誘導起電力の大きさ E E E は絶対値となります。E = 200 2 + 80 2 = 40000 + 6400 = 46400 ≈ 215.4 [ V ] E = \sqrt{200^2 + 80^2} = \sqrt{40000 + 6400} = \sqrt{46400} \approx 215.4 \, [\text{V}] E = 20 0 2 + 8 0 2 = 40000 + 6400 = 46400 ≈ 215.4 [ V ] したがって、最も近い値は 215 です。