《機械》〈回転機〉[R3:問4]誘導電動機の分類における,固定子と回転子に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

次の文章は,誘導電動機の分類における,固定子と回転子に関する事項に関する記述である。

а.固定子の分類
三相交流を三相巻線に流すと\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)磁界が発生する。この磁界で運転される誘導電動機を三相誘導電動機という。一方,単相交流では\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)磁界が発生する。この\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)磁界は,正逆両方向の\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)磁界が合成されたものと説明される。したがって,コンデンサ始動形単相誘導電動機では,コンデンサで位相を進めた電流を始動巻線に短時間流すことによって始動トルクの発生と回転方向の決定が行われる。

b.回転子の分類
巻線形誘導電動機では,回転子溝に巻線を納め,その巻線を\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)とブラシを介して外部抵抗回路に接続し, \( \ \fbox {  (エ)  } \ \)電流を変化させて特性制御を行う。かご形誘導電動機では,回転子溝に導体棒を納め, \( \ \fbox {  (オ)  } \ \)に導体棒を接続する。

上記の記述中の空白箇所(ア)~(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{cccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) & (オ) \\
\hline
(1) &  回転  &  交番  &  スリップリング  &  二次  &  端絡環  \\
\hline
(2) &  交番  &  回転  &  整流子  &  二次  &  継鉄  \\
\hline
(3) &  交番  &  回転  &  スリップリング  &  一次  &  継鉄  \\
\hline
(4) &  回転  &  交番  &  整流子  &  一次  &  端絡環  \\
\hline
(5) &  交番  &  固定  &  スリップリング  &  二次  &  継鉄  \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

誘導電動機の回転磁界の原理や回転子の構造に関する問題です。
どの内容もほとんどの電験の参考書に掲載されている内容なので,確実に得点できるようにしましょう。

1.三相誘導電動機の回転原理
図1に示すように,\( \ 120° \ \)ずつずらして三つの巻線を配置して,三相交流を流します。
時刻\( \ t_{\mathrm {1}} \ \)においては,\( \ \mathrm {U} \ \)相のみ正,\( \ \mathrm {V} \ \)相と\( \ \mathrm {W} \ \)相が負なので,各巻線の電流の向きは(a)のようになり,これにより発生する磁界は右ねじの法則から図の右側から左側に向かって発生します。
その後\( \ t_{\mathrm {1}} \ → \ t_{\mathrm {2}} \ →\cdots → \ t_{\mathrm {6}} \ \)と徐々に変化していくと,合成磁界も回転していくことがわかります。これにより,回転磁界が生まれ,回転磁界により回転子がそれについていく形で移動することになります。このときの回転磁界の回転速度を同期速度といいます。

2.単相誘導電動機の磁界の変化
単相誘導電動機は単相の交番磁界により運転する電動機であり,単相の交番磁界は図2のように正方向の回転磁界(青矢印)と逆方向の回転磁界(赤矢印)に分けることができ,2つの回転磁界を合わせたものと考えることができます。
回転磁界によるトルク特性は図3の青線赤線で表されるので,その合成トルクは紫線のようになり,始動時に回転磁界が発生せず,仮にどちらかに動いた場合にはそちら側にトルクがかかるようになることが分かります。


3.三相誘導電動機の回転子
①かご形
かごの形をした導体中に,透磁率の高い鉄心を入れ,両端を短絡環で接続したものです。
構造が簡単で,頑丈かつコンパクトである特徴があります。


出典:みんなが欲しかった!電験三種 機械の実践問題集P.65 TAC出版

②巻線形
鉄心の外側のスロットに二次巻線を挿入した構造の回転子です。
二次巻線はスリップリングを介して外部の抵抗に接続できるという特徴があります。


出典:みんなが欲しかった!電験三種 機械の実践問題集P.65 TAC出版

【解答】

解答:(1)
(ア)
ワンポイント解説「1.三相誘導電動機の回転原理」の通り,三相交流を\( \ 120° \ \)ずつずらした三相巻線に流すと回転磁界が発生します。

(イ)
ワンポイント解説「2.単相誘導電動機の磁界の変化」の通り,単相交流では正方向と逆方向の回転磁界が合成された交番磁界が発生します。

(ウ)
ワンポイント解説「3.三相誘導電動機の回転子」の通り,巻線形誘導電動機では,巻線をスリップリングとブラシを介して外部抵抗に接続することができます。

(エ)
ワンポイント解説「3.三相誘導電動機の回転子」の通り,外部抵抗は二次巻線に接続するので,二次電流を変化させて特性制御を行うこととなります。

(オ)
ワンポイント解説「3.三相誘導電動機の回転子」の通り,かご形誘導電動機は短絡環に導体棒を接続します。