【電験三種:機械】令和5年度下期 問15

電験三種令和5年度下期機械問15 令和5年度下期

概要

計算だけは非常に簡単な計算問題ですが、そもそも滑り周波数とは何か?となり、躓いた人も多い問題だったのではないかと思います。

滑り周波数とは回転子(二次側)に誘導される電流の周波数のことです。
固定子(一次側)に流れる電源周波数を \(f [Hz]\) 、滑りを \(s\) とすると、滑り周波数\(f_s[Hz]\)は、
\(f_s=s×f [Hz]\)です。

キーワード
滑り周波数

 

問題

定格出力15 kW、定格周波数60 Hz、4 極の三相誘導電動機があり、トルク一定の負荷を負って運転している。この電動機について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

(a) 定格回転速度\(1746min^{-1}\)で運転しているときの滑り周波数の値[Hz]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1) 1.50    (2) 1.80    (3) 1.86    (4) 2.10    (5) 2.17

 


(b) インバータにより一次周波数制御を行って、一次周波数を40 Hz としたときの回転速度\([min^{-1}]\)として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、滑り周波数は一次周波数にかかわらず常に一定とする。

(1) 1146    (2) 1164    (3) 1433    (4) 1455    (5) 1719

 

答え

(a)(2)
(b)(1)

 

解説テキスト リンク

 

回答解説

(a)問題の回答の流れ
1.同期速度\(N_s\)を求める
2.滑り\(s\)を求める
3.滑り周波数\(f_s\)を求める

1.同期速度\(N_s\)を求める
同期速度\(N_s[min^{-1}]\)は、周波数\(f=60Hz\)、極数\(p=4\)なので、次のように求められます。
\(\displaystyle N_s=\frac{120f}{p}=\frac{120・60}{4}=1800min^{-1}\)


2.滑り\(s\)を求める
定格回転速度\(N=1746min^{-1}\)から滑り\(s\)を求めます。
\(N=(1-s)N_s\)
⇔\(1-s=\frac{N}{N_s}=\frac{1746}{1800}=0.97\)
⇔\(s=0.03\)


3.滑り周波数\(f_s\)を求める

固定子(一次側)に流れる電源周波数を \(f [Hz]\) 、滑りを \(s\) とすると、滑り周波数は \(f_s=sf [Hz]\)です。

\(f_s=sf=0.03・60=1.8\)

 

以上より、(a)問題は、(2)1.8 が答えです。

 

 


(b)問題の回答の流れ
1.周波数制御後の滑り\(s_2\)を求める
2.周波数制御後の同期速度\(N’_s\)を求める
3.滑り\(s’\)のときの回転速度\(N’\)を求める

1.周波数制御後の滑り\(s_2\)を求める

問題文の滑り周波数は一次周波数にかかわらず常に一定という条件から、\(f_s=1.8Hz\)。
周波数制御後の一次周波数は\(f’=40Hz\)です。これらの条件から周波数制御後の滑り\(s’\)は、

\(f_s=s’f’\)
⇔\(s’=\frac{f_s}{f’}=\frac{1.8}{40}=0.045\)

 


2.周波数制御後の同期速度\(N’_s\)を求める

周波数制御後の一次周波数は\(f’=40Hz\)、極数\(p=4\)なので、
\(N’_s=\frac{120f’}{p}=\frac{120・40}{4}=1200 min^{-1}\)

 


3.滑り\(s’\)のときの回転速度\(N’\)を求める

周波数制御後の滑り\(s’=0.045\)、周波数制御後の同期速度\(N’_s=1200 min^{-1}\)なので、

\(N’=(1-s’)N’_s=(1-0.045)・1200=1146 min^{-1}\)

 

以上より、(b)問題は、(1)1146 が答えです。

 

 

滑り周波数とは
滑り周波数とは回転子(二次側)に誘導される電流の周波数のことです。

滑り周波数は、固定子(一次側)が作る回転磁界と回転子(二次側)の相対速度によって決まります。この相対速度は、回転磁界の回転速度である同期速度\(N_s[min^{-1}]\)、回転子の回転速度\(N[min^{-1}]\)としたとき、
\(N_s-N\) …①
と表されます。

すべりの式\(s=\frac{N_s-N}{N_s}\)を変形すると、
\(N_s-N=sN_s\) となります。

同期速度が\(N_s=\frac{120f}{p}\)であることから、回転速度を周波数に置き換えて考えることができるので、滑り周波数\(f_s[Hz]\)は、
\(f_s=sf\)
と表すことができます。

 

 

出典元

一般財団法人電気技術者試験センター (https://www.shiken.or.jp/index.html)
令和5年度下期 第三種電気主任技術者試験 機械科目問題問15

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