概要
巻線形誘導電動機の固定子と回転子に関する論説問題です。
選択肢で二択までは絞れますが、巻線の種類について理解していないと回答できません。
ほとんどの人が、最後の二択で祈ったのではないでしょうか。
キーワード
巻線形誘導電動機、固定子、回転子、巻線、比例推移
問題
三相巻線形誘導電動機は、\(\fbox{ （ア） }\) を作る固定子と回転する部分の巻線形回転子で構成される。
固定子は、 \(\fbox{ （イ） }\) を円形又は扇形にスロットとともに打ち抜いて、必要な枚数積み重ねて積層鉄心を構成し、その内側に設けられたスロットに巻線を納め、結線して三相巻線とすることにより作られる。
一方、巻線形回転子は、積層鉄心を構成し、その外側に設けられたスロットに巻線を納め、結線して三相巻線とすることにより作られる。
始動時には高い電圧にさらされることや、大きな電流が流れることがあるので、回転子の巻線には、耐熱性や絶縁性に優れた絶縁電線が用いられる。
一般的に、小出力用では、ホルマール線や \(\fbox{ （ウ） }\) などの丸線が、大出力用では、 \(\fbox{ （エ） }\) の平角銅線が用いられる。
三相巻線は、軸上に絶縁して設けた3 個のスリップリングに接続し、ブラシを通して外部(静止部)の端子に接続されている。
この端子に可変抵抗器を接続することにより、 \(\fbox{ （オ） }\) を改善したり、速度制御をすることができる。
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。
| （ア） | （イ） | （ウ） | （エ） | （オ） | |
|---|---|---|---|---|---|
| （１） | 回転磁界 | 高張力鋼板 | ビニル線 | エナメル線 | 効率 |
| （２） | 回転磁界 | 電磁鋼板 | ビニル線 | エナメル線 | 始動特性 |
| （３） | 電磁力 | 電磁鋼板 | ビニル線 | エナメル線 | 効率 |
| （４） | 電磁力 | 高張力鋼板 | ポリエステル線 | ガラス巻線 | 効率 |
| （５） | 回転磁界 | 電磁鋼板 | ポリエステル線 | ガラス巻線 | 始動特性 |
答え
（５）
解説テキスト リンク
回答解説
\(\fbox{（ア）}\)
三相誘導電動機で固定子巻線に電流が流れると\(\fbox{（ア）}\)回転磁界が生じます。
回転磁界が生じる原理について説明します。
誘導電動機には、R相、S相、T相の各相のコイルが120°ずつずらして巻かれています。
これらのコイルに三相交流が流れると、R・S・T相の各相が磁界を作り出します。
各相の磁界を合成すると、下図のように回転する磁界が得られます。
このようにして、あたかも固定子の外周沿いに磁石が回転しているかのように磁界の向きが変わる回転磁界が固定子の内部に発生します。
これが、固定子が回転磁界を発生する原理です。
\(\fbox{（イ）}\)
固定子は、 \(\fbox{ （イ） }\) 電磁鋼板を円形又は扇形にスロットとともに打ち抜いて、必要な枚数積み重ねて積層鉄心を構成し、その内側に設けられたスロットに巻線を納め、結線して三相巻線とすることにより作られます。
電磁鋼板とは、鉄にシリコン、アルミニウム、マンガン等を添加することで、磁気特性を向上させた鋼板です。透磁率が高いため、多くの磁束を通すことが出来ます。
電気エネルギーから磁気エネルギーに変換する際に、渦電流損とヒステリシス損からなる鉄損が発生します。
鉄心のヒステリシス曲線の面積が、ヒステリシス損です。
ヒステリシス損を小さくするためには、残留磁束密度が高く、保持力が小さいヒステリシス特性を持った鉄心が必要です。
渦電流損は板厚の二乗に比例して大きくなります。
そのため、板厚を薄くした上で、鋼板間を絶縁体層を挟んで積み重ねることで積層鉄心とすることで、渦電流損を小さくすることができます。
\(\fbox{（ウ）}\)・\(\fbox{（エ）}\)
一般的に、小出力用では、ホルマール線や \(\fbox{ （ウ） }\)ポリエステル線 などの丸線が、大出力用では、 \(\fbox{ （エ） }\)ガラス巻線 の平角銅線が用いられる。
ホルマール線
銅線の表面にポリビニルホルマール樹脂を焼き付けた絶縁電線（エナメル線）です。
耐油性・耐加水分解性・機械的強度に優れ、変圧器（トランス）、モーター、コイル等の巻線として幅広く使用されています。
ポリエステル線
銅線にポリエステル樹脂の絶縁被膜を焼き付けることで、耐熱性、絶縁性に優れたエナメル線です。
※エナメル線
銅線などの導体表面に薄く強固な絶縁性樹脂被膜（樹脂ワニス）を焼き付けることで、コーティングされた電線を総称したものです。
ガラス巻線
ガラス巻線（ガラス編組電線）は、銅線の周囲にガラス繊維被覆した耐熱電線です。高温環境でも絶縁性能を維持し、燃えにくいため、ヒーターやモーター、電気炉などの配線に使用されます。
\(\fbox{（オ）}\)
巻線形回転子の三相巻線は、問題文の通り軸上に絶縁して設けた3 個のスリップリングに接続し、ブラシを通して外部抵抗（可変抵抗器）に接続されています。
可変抵抗器の抵抗値を操作することで、二次抵抗値を操作することができます。
二次抵抗が大きいと、始動電流を抑えながら大きなトルクを得ることが出来るので、 \(\fbox{ （オ） }\)始動特性を改善することが出来ます。
また、二次抵抗に比例してトルク特性曲線が推移する比例推移を利用することで、速度制御をすることができます。
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４年度上期 第三種電気主任技術者試験 機械科目問題問３
参考書
イラストがとても多く、視覚的に理解しやすいので、初学者に、お勧めなテキストです。
問題のページよりも、解説のページ数が圧倒的に多い、初学者に向けの問題集です。
問題集は、解説の質がその価値を決めます。解説には分かりやすいイラストが多く、始めて電気に触れる人でも取り組みやすいことでしょう。
本ブログの管理人は、電験３種過去問マスタを使って電験３種を取りました。
この問題集の解説は、要点が端的にまとまっていて分かりやすいのでお勧めです。
ある程度学んで基礎がある人に向いています。
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