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第三種電気主任技術者(電験三種)・科目別学習

機械

読了目安: 3分

この科目で問われること

「機械」は、電気機器、パワーエレクトロニクス、電動機応用、照明、電熱、電気化学、電気加工、自動制御、 メカトロニクス、電力システムの情報伝送及び処理と、扱う分野が4科目の中でもっとも広い。

変圧器の等価回路と効率、誘導電動機のすべりとトルク、同期機・直流機の特性、整流器・インバータといった パワーエレクトロニクス、照明計算、そして制御盤の中身そのものである自動制御・シーケンス制御までが 範囲に入る。

第一種電気工事士のパワーエレクトロニクス関連トピックや、誘導電動機の同期速度・すべりの知識が そのまま土台になる。制御盤・分電盤の設計に関わる人にとっては、この科目の自動制御・シーケンスの理解が 直接実務に効いてくる。

トピック一覧(16個)

1トピック数分で読めるミニレッスン+理解度チェック。順番に進めよう。

  1. 1 変圧器の原理と等価回路 巻数の比だけで電圧が変わり、電流はその逆比で変わる。理想変圧器の2つの比例式と、現実の漏れ・励磁を書き加えた等価回路が、変圧器を扱うすべての計算の土台になる。 受変電設備のキュービクルにある変圧器を見て、「一次側と二次側で何が変わり、何が変わらないか」を回路の中身から説明できるようになる 未着手
  2. 2 変圧器の効率とV結線・並行運転 変圧器の効率は「鉄損と銅損が等しくなる負荷」で最大になる。1台壊れても三相を送り続けるV結線と、複数台をつないで容量を増やす並行運転——どちらも等価回路の値がそろっているかがカギになる。 変圧器の負荷が軽いときと重いときで、なぜ効率の良し悪しが変わるのかを損失の中身から説明でき、キュービクルで複数の変圧器を組み合わせる意味を構造から理解できるようになる 未着手
  3. 3 誘導電動機の原理とすべり 回転子には電線1本つながっていないのに、なぜ誘導電動機は回るのか。答えは「回転磁界に、わずかに遅れてついていく」という一点にある。この遅れの量が「すべり」であり、電動機のふるまいすべてを決める変数になる。 制御盤やインバータ盤にある三相誘導電動機の銘板(極数・周波数・定格回転速度)を見て、その電動機が今どのくらいの『すべり』で回っているかを暗算できるようになる 未着手
  4. 4 誘導電動機のトルク特性と始動法 誘導電動機は電源を直接つないだ瞬間、定格の何倍もの電流が流れる。トルク-すべり曲線の形と、電流を抑えながら必要なトルクを引き出す始動法の使い分けを理解する。 制御盤にスターデルタ始動器や二次抵抗始動器が組まれているのを見たとき、「なぜこの部品構成が必要なのか」を電流とトルクの両面から説明できるようになる 未着手
  5. 5 同期発電機の原理と特性 非常用発電機を系統や他の発電機とつなぐとき、電圧・周波数・位相をそろえないと大事故になる。同期発電機がなぜ「同期」を要求するのかを、発電の原理と電機子反作用から理解する。 非常用発電機盤の同期投入装置(シンクロスコープ)を見たとき、それが何を監視し、何を防いでいるのかを説明できるようになる 未着手
  6. 6 同期電動機の原理と特性 同期電動機はそのままでは動き出せず、しかも励磁の強さを変えるだけで力率を自在に操れる。誘導電動機との違いと、力率改善に使われる「同期調相機」としての使い方を理解する。 工場の力率改善設備を見たとき、進相コンデンサだけでなく「過励磁の同期電動機」も同じ役割を果たせる理由を説明できるようになる 未着手
  7. 7 直流発電機の原理と特性 回転する導体が磁束を切ることで起電力が生まれ、整流子がそれを直流に変える。分巻・直巻・複巻という界磁の与え方の違いが、そのまま発電機ごとの性格の違いになる。 制御盤や機械室で「昔はこうやって直流電源を作っていた」という直流発電機の仕組みを見て、なぜ今はほとんど使われなくなったかまで含めて説明できるようになる 未着手
  8. 8 直流電動機の原理と特性 電動機は発電機と同じ式を、逆向きに使っている。逆起電力・電圧方程式・速度とトルクの関係を押さえれば、界磁を弱めると速くなるという一見反直感な挙動も、当然の結果として説明できる。 制御盤の中でモーターが「回る力」と「回転速度」をどうやって生み出しているかが式でつながり、直巻電動機になぜベルト駆動を避けろと言われるのかまで説明できるようになる 未着手
  9. 9 パワーエレクトロニクス:整流回路 ダイオードやサイリスタで交流を直流に変える整流回路。半波・全波・三相と相数を増やすほど脈動は小さくなり、サイリスタの点弧角を変えれば直流電圧を無段階に調整できる。 制御盤の中にある直流電源装置や、インバータの入力段が『まず交流を直流に変える』という同じ仕組みでできていることが分かり、なぜ直流電圧を無段階に調整できるのかまで説明できるようになる 未着手
  10. 10 パワーエレクトロニクス:インバータ・チョッパ 半導体スイッチのON/OFFの「比率」だけで、直流の電圧も交流の周波数も自在に作れる。チョッパの降圧・昇圧、インバータのVVVF制御まで、制御盤の心臓部を支える変換の理屈。 制御盤の中のインバータユニットを見て、直流と交流のあいだで何をどう変換しているかを、スイッチのON/OFFの比率という一つの発想で説明できるようになる 未着手
  11. 11 照明計算(光束・照度) 光源の明るさそのもの(光度)と、床が受け取る明るさ(照度)は別物。距離の2乗に反比例する逐点法と、部屋全体の平均照度を求める光束法、2つの計算方法で照明の設計値を導く。 天井の照明器具の仕様と数を見て、床面がどのくらいの明るさになるかを、測定せずに計算で言い当てられるようになる 未着手
  12. 12 電熱(抵抗加熱・誘導加熱) 電気を熱に変える経路は1つではない。被加熱物自身に電流を流す直接抵抗加熱、発熱体を介す間接抵抗加熱、電極すら使わない誘導加熱——電流が流れる先の違いが、加熱方式の違いになる。 電気ヒーターや誘導加熱炉を見たとき、電気がどんな経路をたどって熱に変わっているかを、電流が流れる先の違いから言い当てられるようになる 未着手
  13. 13 自動制御の基礎(フィードバック制御) 制御は「測る→比べる→直す」のループを持つかどうかで開ループ制御とフィードバック制御に分かれる。負帰還の閉ループ利得G/(1+GH)、フィードフォワード経路を含むブロック線図の合成、一次遅れ要素のボード線図、PID制御のP・I・Dそれぞれの役割を押さえる。 制御盤の温度調節器やインバータの速度ループを見たとき、それが「測って→比べて→直す」というフィードバックの輪になっているかどうかを見抜け、複雑なブロック線図や周波数特性のグラフも臆さず読み解けるようになる 未着手
  14. 14 シーケンス制御とリレー回路 シーケンス制御は「測って直し続ける」フィードバック制御とは違い、あらかじめ決めた順序・条件で進む制御。リレーのa接点・b接点の組み合わせで、自己保持やインターロックという実務の基本回路ができている。 制御盤の中の配線を見たとき、それが「自己保持」「インターロック」のどちらの役割を持つ回路かを、接点の配置だけで読み解けるようになる 未着手
  15. 15 電気化学(電気分解・電池) 電気分解も蓄電池も、電子の受け渡し(酸化還元反応)という同じ土台の上に成り立つ。ファラデーの法則で析出量を計算し、蓄電池のセル電圧から電源電圧の作られ方を読み解く。 制御盤やUPS(無停電電源装置)の中にある蓄電池を見て、なぜ2Vや12Vという電圧単位で構成されているか、電気めっき・電解精錬の原理までを一つの理屈でつなげて見られるようになる 未着手
  16. 16 サーボモータとメカトロニクス基礎 サーボモータは検出器で常に自分の位置を測り、目標とのズレ(偏差)を打ち消し続けるクローズドループ制御。ステッピングモータとの違いはこの「見て動くか、見ずに動くか」にある。 制御盤や設備の中にあるサーボモータ・ステッピングモータの配線を見て、エンコーダケーブルの有無から制御の性質(クローズドループかオープンループか)を見分けられるようになる 未着手

参考文献・出典

QUOTATION SIGNAL

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