目指せ!エネルギー管理士 電気分野

2020年7月19日作成,2020年7月23日更新

平成27年度 問題9 電気機器

(1) かご形誘導電動機,インバータ

1) かご形誘導電動機の回転子は,二次巻線がスロット内に納められた多数の銅またはアルミニウムの棒状の導体と,これらを接続する端絡環からなる。回転子の形状によって,普通かご形と特殊かご形がある。

特殊かご形誘導電動機は始動電流を制限し,始動トルクを大きくするために二次巻線を特殊巻線としたものであり,二重かご形電動機や深溝かご形電動機等がある。

巻線形誘導電動機においては,二次巻線は絶縁された三相巻線である。巻線はコイル終端部でリード線に接続され,リード線は軸内部を通って軸端に設けられたスリップリングに接続され,ブラシを経て,速度制御用の抵抗器に至る。

2) 汎用インバータの交流電源側にはダイオードを用いた三相ブリッジ結線の整流回路があり,負荷側(電動機側)にはインバータ部がある。通常,この組み合わせを一括してインバータと呼んでいる。インバータ部の直流部にはコンデンサが接続され,直流電圧を平滑化している。

汎用インバータにより電動機の速度制御を行う場合,速度検出器を用いることなく容易に速度制御を可能とする $V/f$ 制御方式が多く用いられる。この方式では,電動機の速度は開ループ制御であり,誘導電動機の回転速度は必ずしもインバータ出力の周波数に比例関係になっていない。このため,加速時に周波数の立ち上げを急速に行うと,電動機の回転速度とインバータ出力に相当する同期速度との差が大きくなる。また,通常,制御機能として持っているインバータ部の電流制限もあり,加速ができず失速状態となる。このように,誘導電動機が加速できずに最終的に静止してしまうことをストールという。

(2) 誘導電動機

4 極の誘導電動機が 50 Hz で運転するときの同期回転速度は 1 500 [min-1] である。

定格電圧 200 V,定格出力 2.2 kW,定格周波数 50 Hz で 4 極の三相誘導電動機があり,定格回転速度が 1 460 min-1 であるとすると,この電動機の滑り $s$ は 2.67 [%] である。

この電動機を定格条件で運転しているときの電流が 9.5 A で,力率が 75 % とすると,一次入力は 2.47 [kW] であり,この電動機の効率は 89.1 [%] となる。

また,この電動機のトルクは 14.4 [N·m] となる。

同期回転速度 $n_0$

同期回転速度 $n_0$ は,極数 $p$,周波数 $f$ を用いて次式で求められる。

\[ n_0=\frac{120f}{p}=\frac{120\times60}{4}=1500 \]

滑り $s$

定格回転速度 $n$ のときの滑り $s$ は次式で求められる。

\[ s=\frac{n_0-n}{n_0}\times100=\frac{1500-1460}{1500}\times100=2.666\approx2.67 \text{ [%]} \]
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