《機械》〈電動機応用〉[R05:問2]電気鉄道・電気自動車における電動機制御に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★☆☆☆☆（易しい）

次の文章は，電気鉄道・電気自動車における電動機制御に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)にあてはまる最も適切なものを解答群から選べ。

電気鉄道や電気自動車は，搭載された電動機により車輪・タイヤに回転力を伝え，レールや路面と車輪・タイヤとの摩擦により駆動する。電気自動車では，永久磁石同期電動機が主流であるが，電気鉄道では，かご形の\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)が現在広く使われており，１インバータで複数台の\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)を駆動する方式が主流である。また，\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)する際に，駆動用の電動機を用いて，運動エネルギーを\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)に変換する方式がある。変換されたエネルギーは，電気鉄道では架線・レールを通じて他の列車により消費され，電気自動車では\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)に蓄えられる。この制動方法のことを\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)と呼び，エネルギーの再利用が可能である。

しかし，電気自動車の\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)が満充電である場合には，\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)を利用する事は出来ないため，このようなときには，従来の摩擦によるブレーキに切り替える制御が用いられる。また，電気鉄道では，他の列車により\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)を消費できない場合には，\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)する車両の電動機を用いて変換した\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)を車上の抵抗で消費する方法などが用いられている。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　直流直巻電動機　　　　　&（ロ）&　誘導電動機　　　　　&（ハ）&　巻線界磁同期電動機 \\[ 5pt ] &（ニ）&　力行　　　　　&（ホ）&　制動　　　　　&（ヘ）&　始動 \\[ 5pt ] &（ト）&　位置エネルギー　　　　　&（チ）&　電気エネルギー　　　　　　　&（リ）&　熱エネルギー \\[ 5pt ] &（ヌ）&　エンジンブレーキ　　　　　　　&（ル）&　回生ブレーキ　　　　　&（ヲ）&　空気ブレーキ \\[ 5pt ] &（ワ）&　バッテリー　　　　　&（カ）&　燃料タンク　　　　　&（ヨ）&　充電器 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電気鉄道・電気自動車における停止方法に関する問題です。
文章の誘導と選択肢の順番が親切でわかりやすいため，多くの受験生が完答できた問題かと思います。合格するために，こういう問題を確実に得点できるようにしましょう。

1.代表的な電動機の電気的制動法
電動機のブレーキとして，機械的な摩擦制動（自転車のブレーキのようなもの）が扱われる場合もありますが，一般的には電気的制動法が用いられます。

①発電制動
電動機を電源から切り離し発電機として回転させ，発電したエネルギーをジュール熱として消費する制動法です。電車の制動では従来からよく使われている方法です。

②回生制動
電動機の誘導起電力を電源電圧より高くして，発電機として運転し，電気エネルギーを電源に送り返しながら制動する方法です。電気の有効利用が可能となるため，電車の制動でも使用されますが，逆変換等の設備が必要となり一般に高価となります。エレベータの下り等の制動としても使われます。

③逆転制動
三相のうち二相を入れ替かえて，逆回転のトルクを発生させることにより制動させる方法です。制動能力が高くなるので急停止等に利用します。

【解答】

(1)解答：ロ
題意より解答候補は，（イ）直流直巻電動機，（ロ）誘導電動機，（ハ）巻線界磁同期電動機，になると思います。
電気鉄道で現在広く使われている駆動方式は，かご形の誘導電動機です。「かご形の」というのが最大のヒントになっています。

(2)解答：ホ
題意より解答候補は，（ニ）力行，（ホ）制動，（ヘ）始動，になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な電動機の電気的制動法」の通り，回生制動においては制動する際に，駆動用の電動機を用います。その後の文章（４）と（５）の間に「この制動方法のことを」と文章のテーマが制動であることが記載されています。

(3)解答：チ
題意より解答候補は，（ト）位置エネルギー，（チ）電気エネルギー，（リ）熱エネルギー，になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な電動機の電気的制動法」の通り，回生制動においては駆動用の電動機を用いて，運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。

(4)解答：ワ
題意より解答候補は（ワ）バッテリー，（カ）燃料タンク，（ヨ）充電器，になると思います。
電気自動車は，回生制動においては電気エネルギーはバッテリーに蓄えられます。後半の空欄の満充電と記載しているのが大きなヒントです。

(5)解答：ル
題意より解答候補は（ヌ）エンジンブレーキ，（ル）回生ブレーキ，（ヲ）空気ブレーキ，になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な電動機の電気的制動法」の通り，運動エネルギーを電気エネルギーに変換しエネルギーの再利用が可能である制動方法のことを回生ブレーキといいます。