【電験2種重要例題解説:電力・管理】誘導電動機の無負荷試験

電験

問題

定格電圧 \(200\) V, 定格容量 \(3.7\) kW, 周波数 \(60\) Hz, \(8\) 極の三相かご形誘導電動機の無負荷試験の結果が以下の通りであったとき、励磁回路の抵抗 \(r_n\) [Ω], リアクタンス \(x_n\) [Ω] の値を求めよ。ただし、機械損は無視する。

 試験電圧  :定格電圧
 線電流   :\(6\) A
 入力電力  :\(1600\) W

解答のポイント

① 誘導電動機の無負荷試験

励磁回路のインピーダンスが導出可能

無負荷で \(\dot{V_1}\) を与える

ほぼ同期速度 \(N_s\) で運転するため、滑り \(s = 0\)

\(\displaystyle\frac{{r_s}’}{s}\) 大のため、電流は励磁回路のみに流れる

入力電流 \(I_1\) と入力 \(P_1\) が測定できたとすると、励磁インピーダンス \(Z_n\) (実部:\(r_n\), 虚部:\(x_n\)) とすれば、

  \(Z_n = \sqrt{{r_n}^2 + {x_n}^2} = \displaystyle\frac{V_1}{I_1}\)

  \(P_1 = 3r_n{I_1}^2\)

なので、

  \(r_n = \displaystyle\frac{P_1}{3{I_1}^2}\)

  \(x_n = \sqrt{{Z_n}^2 − {r_n}^2}\)

※励磁回路は上図のように、直列接続でも表すことができます。励磁コンダクタンス \(g_0\) [S] と励磁サセプタンス \(b_0\) [S] の並列接続で表記されている場合は、下記の計算をして、励磁インピーダンス \(\dot{Z_n}\) [Ω] の実部を \(r_n\) [Ω], 虚部を \(x_n\) [Ω] とすれば、直列接続でも表記できます。

  \(\dot{Z_n} = \displaystyle\frac{1}{g_0 − jb_0}\)

    \(= \displaystyle\frac{g_0 + jb_0}{(g_0 − jb_0)(g_0 + jb_0)}\)

    \(= \displaystyle\frac{g_0 + jb_0}{{g_0}^2 + {jb_0}^2}\)

    \(= \displaystyle\frac{g_0}{{g_0}^2 + {jb_0}^2} + j\displaystyle\frac{b_0}{{g_0}^2 + {jb_0}^2}\)

    \(= r_n + jx_n\) [Ω]

解答

(1) 励磁回路の抵抗 \(r_n\) [Ω]

  \(P_1 = 3r_n{I_1}^2\) より、

  \(r_n = \displaystyle\frac{P_1}{3{I_1}^2}\)

    \(= \displaystyle\frac{1600}{3×6^2}\)

     \(\unicode{x2252}\) \(14.815\) → \(14.8\) [Ω]

(2) 励磁回路のリアクタンス \(x_n\) [Ω]

励磁回路のインピーダンス \(Z_n\) [Ω] の大きさは、

  \(Z_n = \displaystyle\frac{V_1}{I_1}\)

    \(= \displaystyle\frac{\displaystyle\frac{200}{\sqrt{3}}}{6}\)

     \(\unicode{x2252}\) \(19.245\) [Ω]

であるから、

励磁回路のリアクダンス \(x_n\) [Ω] の大きさは、

  \(x_n = \sqrt{{Z_n}^2 − {r_n}^2}\)

    \(= \sqrt{19.245^2 − 14.815^2}\)

    \(= \sqrt{150.89}\)

     \(\unicode{x2252}\) \(12.284\) → \(12.3\) [Ω]

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