第三種電気主任技術者・2020年度・機械

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 VV の大きさは V=200VV=200\text{V}、同期リアクタンスは xs=8 Ωx_{s}=8\,\Omega 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 EE 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。

2020年度 機械 問5の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2020年度 機械 問5

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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。

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一相分の電圧方程式を考えます。端子電圧を V˙\dot{V}、誘導起電力(逆起電力)を E˙\dot{E}、同期リアクタンスを xsx_s、電機子電流を I˙\dot{I} とすると、電動機の式は以下のようになります。
V˙=E˙+jxsI˙ \dot{V} = \dot{E} + j x_s \dot{I}
これを変形して E˙\dot{E} を求めます。
E˙=V˙−jxsI˙ \dot{E} = \dot{V} - j x_s \dot{I}
題意より、力率が1なので、電圧 V˙\dot{V} と電流 I˙\dot{I} は同相です。
V˙=200+j0 [V]\dot{V} = 200 + j0 \, [\text{V}]、I˙=10+j0 [A]\dot{I} = 10 + j0 \, [\text{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−j80 [V] \dot{E} = 200 - j(8 \times 10) = 200 - j80 \, [\text{V}]
誘導起電力の大きさ EE は絶対値となります。
E=2002+802=40000+6400=46400≈215.4 [V] E = \sqrt{200^2 + 80^2} = \sqrt{40000 + 6400} = \sqrt{46400} \approx 215.4 \, [\text{V}]
したがって、最も近い値は 215 です。

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