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電験２種過去問【2020年機械 問3】

2022年8月2日

【誘導機】誘導電動機の速度制御《空所問題》

　次の文章は、誘導電動機の速度制御に関する記述である。文中の\(\fbox{空所欄}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。
　誘導電動機の速度を自由に、かつ広範囲に制御できれば、回転機の可変速制御を必要とする分野で広く応用できる。ここに誘導電動機の同期角速度を\(\omega_{s},極数を2p,\)滑りをs,電源周波数をfとすると、回転角速度\(\omega_{m}\)は、次式のように表現される。
　\(\omega_m=\omega_s(1-s)=\fbox{（１）}(1-s)\)　…①
①式より、極数、滑りあるいは周波数のいずれかを変化できれば、誘導電動機の速度は制御できることになる。
　極数を変化させる方法はあらかじめ極数が変更できるように巻線の接続法を工夫しておき、必要に応じてスイッチで切り換えることにより変える方法であるが、段階的な制御であり連続した可変速を必要とする用途には不向きである。
　滑りを変化させる方式では、誘導電動機の発生トルクが入力電圧の\(\fbox{（２）}\)ことを利用する\(\fbox{（３）}\)法がある。
　本方式は滑りの増加とともに電動機の効率が悪化するので、電動機の効率を重視する用途には不向きである。
　周波数を連続的に制御する方式は、近年の自励式インバータ電源（電力変換器）による駆動が可能となったことにより広く採用されるようになった。例えばオープンループ制御のインバータ電源による駆動では\(\fbox{（４）}\)が行われ、電動機の\(\fbox{（５）}\)が飽和しないようにしている。さらに精密な回転機の制御が求められる時には、ベクトル制御による高精度制御が行われる。

［問３の解答群］

\(\small{\begin{array}{ccc}
(ｲ)&二次電力制御&(ﾛ)&V/f一定制御&(ﾊ)&2乗に比例する\\
(ﾆ)&抵抗制御&(ﾎ)&定電力制御&(ﾍ)&\displaystyle\frac{\pi f}{2p}\\
(ﾄ)&磁束&(ﾁ)&比例推移制御&(ﾘ)&2乗に反比例する\\
(ﾇ)&\displaystyle\frac{p}{2\pi f}&(ﾙ)&一次電圧制御&(ｦ)&銅損\\
(ﾜ)&\displaystyle\frac{2\pi f}{p}&(ｶ)&同期速度&(ﾖ)&大きさに関係なく一定である\\
\end{array}}\)

解答と解説はこちら

解答

\(\small{\begin{array}{cc}
\hline(1)&(ﾜ)&\displaystyle\frac{2\pi f}{p}\\
\hline(2)&(ﾊ)&2乗に比例する\\
\hline(3)&(ﾙ)&一次電圧制御\\
\hline(4)&(ﾛ)&V/f一定制御\\
\hline(5)&(ﾄ)&磁束　　　\\
\hline\end{array}}\)

解説

　誘導電動機の速度を自由に、かつ広範囲に制御できれば、回転機の可変速制御を必要とする分野で広く応用できる。ここに誘導電動機の同期角速度を\(\omega_{s},極数を2p,\)滑りをs,電源周波数をfとすると、回転角速度\(\omega_{m}\)は、次式のように表現される。
　\(\omega_m=\omega_s(1-s)=(ﾜ)\displaystyle\frac{2\pi f}{p}(1-s)\)　…①
①式より、極数、滑りあるいは周波数のいずれかを変化できれば、誘導電動機の速度は制御できることになる。
　極数を変化させる方法はあらかじめ極数が変更できるように巻線の接続法を工夫しておき、必要に応じてスイッチで切り換えることにより変える方法であるが、段階的な制御であり連続した可変速を必要とする用途には不向きである。
　滑りを変化させる方式では、誘導電動機の発生トルクが入力電圧の\(\fbox{(ﾊ)2乗に比例する}\)ことを利用する\(\fbox{(ﾙ)一次電圧制御}\)法がある。
　本方式は滑りの増加とともに電動機の効率が悪化するので、電動機の効率を重視する用途には不向きである。
　周波数を連続的に制御する方式は、近年の自励式インバータ電源（電力変換器）による駆動が可能となったことにより広く採用されるようになった。例えばオープンループ制御のインバータ電源による駆動では\(\fbox{(ﾛ)V/f一定制御}\)が行われ、電動機の\(\fbox{(ﾄ)磁束}\)が飽和しないようにしている。さらに精密な回転機の制御が求められる時には、ベクトル制御による高精度制御が行われる。

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Posted by ちゅん