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電験2種過去問【2022年機械 問2】

【誘導機】V/f一定制御されている誘導電動機《空所問題》

 次の文章は、インバータによりV/f一定制御されている誘導電動機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。
 三相誘導電動機の速度制御としてPWMインバータを用いたV/f一定制御が広く用いられている。ここで、Vは電動機の端子電圧、fは端子電圧の周波数である。V/f一定制御されている誘導電動機の定常状態のトルク特性が、端子電圧の周波数\(f_1,f_2\)に対し、図のように与えられている。また、負荷のトルク特性は回転数Nに関わらず\(T_L\)一定で図のように与えられている。このとき、電動機の回転数はそれぞれ、\(N_1,N_2\)である。今、この電動機が\(f_2\)にて運転中で、回転数が\(N_2\)のときに、周波数\(f_1\)に切り換え、\(N_1\)まで減速して、点Aで負荷トルクと電動機トルクがつりあう。
 \(N_2\)からの減速過程のうち、\(N_0<N<N_2\)では電動機は\(\fbox{(1)}\)をするので、電動機は\(\fbox{(2)}\)トルクを発生する。これにより減速する回転系としては、軸受の摩擦などを無視すると、この\(\fbox{(1)}\)のトルクと負荷トルクの合成が減速トルクとなる。
 続いて、\(N=N_0\)まで減速すると、このとき、電動機は\(\fbox{ (3)}\)で運転しているので、負荷トルクのみが減速トルクとなる。
 さらに減速して、\(N_1<N<N_0\)となると、電動機は\(\fbox{ (4)}\)をするので、
\(\fbox{(5)}\)トルクを発生する。この区間では電動機の発生トルクは負荷トルクより小さいので、負荷トルクから電動機トルクを差し引いた差が減速トルクとして働く。

[問2の解答群]

\(\small{\begin{array}{ccc}
(イ)&逆転運転      &(ロ)&負の    &(ハ)&同期速度 \\
(ニ)&逆相動作      &(ホ)&電動機動作 &(ヘ)&逆相   \\
(ト)&スイッチング周波数の&(チ)&制動機動作 &(リ)&発電機動作\\
(ヌ)&拘束状態      &(ル)&インバータの&(ヲ)&高周波の \\
(ワ)&加速動作      &(カ)&ゼロの   &(ヨ)&正の   \\
\end{array}}\)

解答と解説はこちら

解答

\(\small{\begin{array}{cc}
\hline(1)&(リ)&発電機動作\\
\hline(2)&(ロ)&負の   \\
\hline(3)&(ハ)&同期速度 \\
\hline(4)&(ホ)&電動機動作\\
\hline(5)&(ヨ)&正の   \\
\hline\end{array}}\)

解説

 三相誘導電動機の速度制御としてPWMインバータを用いたV/f一定制御が広く用いられている。ここで、Vは電動機の端子電圧、fは端子電圧の周波数である。V/f一定制御されている誘導電動機の定常状態のトルク特性が、端子電圧の周波数\(f_1,f_2\)に対し、図のように与えられている。また、負荷のトルク特性は回転数Nに関わらず\(T_L\)一定で図のように与えられている。このとき、電動機の回転数はそれぞれ、\(N_1,N_2\)である。今、この電動機が\(f_2\)にて運転中で、回転数が\(N_2\)のときに、周波数\(f_1\)に切り換え、\(N_1\)まで減速して、点Aで負荷トルクと電動機トルクがつりあう。
 \(N_2\)からの減速過程のうち、\(N_0<N<N_2\)では電動機は\(\fbox{(リ)発電機動作}\)をするので、電動機は\(\fbox{(ロ)負の}\)トルクを発生する。これにより減速する回転系としては、軸受の摩擦などを無視すると、この\(\fbox{(リ)発電機動作}\)のトルクと負荷トルクの合成が減速トルクとなる。
 続いて、\(N=N_0\)まで減速すると、このとき、電動機は\(\fbox{(ハ)同期速度}\)で運転しているので、負荷トルクのみが減速トルクとなる。
 さらに減速して、\(N_1<N<N_0\)となると、電動機は\(\fbox{(ホ)&電動機動作}\)をするので、
\(\fbox{(ヨ)正の}\)トルクを発生する。この区間では電動機の発生トルクは負荷トルクより小さいので、負荷トルクから電動機トルクを差し引いた差が減速トルクとして働く。