令和6年度下期機械問7

交流機の電機子巻線法（分布巻・短節巻）と、その利点

機械A問題配点 5点

出典：一般財団法人電気技術者試験センター令和6年度下期第三種電気主任技術者試験機械科目問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）

正解

(4)

正解の出典：同センターが公表している解答

解説

電機子巻線の種類と、短節巻を使う理由を問う問題。

**(ア) 分布巻** 1相のコイルをいくつかのスロットに分けて配置するのが**分布巻**、1つのスロットにまとめるのが集中巻。「分散巻」という用語は使わない。

**(イ) 2以上** 毎極毎相のスロット数を q とすると、集中巻は q = 1、分布巻は q が**2以上**になる。

**(ウ) 短節巻** コイルの幅（コイルピッチ）を極ピッチより短くした巻き方が**短節巻**。極ピッチに等しいのは全節巻。

**(エ) 誘導起電力** 短節巻では、コイルの両辺がちょうど逆の磁極の真下に来ないので、両辺の起電力が少しずれて足し合わされ、**誘導起電力**が全節巻より小さくなる（短節係数 < 1）。

**(オ) 電圧波形** 代わりに、特定の高調波を打ち消せるので**電圧波形**が正弦波に近づく。コイル端も短くなり、銅の量も減る。

以上より正解は(4)。

分布巻・短節巻のどちらも「起電力は少し減るが、波形がよくなる」という同じ取引をしていると覚えると、(エ)(オ)で迷わない。

選択肢ごとの理由

(1)(イ)の2未満と(エ)の励磁電流が誤り。分布巻は毎極毎相2スロット以上で、短節巻で小さくなるのは誘導起電力。
(2)(ア)の分散巻、(ウ)の全節巻、(エ)の励磁電流、(オ)の力率と、大半が誤り。
(3)(イ)(エ)(オ)が誤り。短節巻で改善されるのは力率ではなく電圧波形（高調波の低減）。
(4)正しい。分布巻／2以上／短節巻／誘導起電力／電圧波形の組合せ。
(5)(ア)の分散巻と(ウ)の全節巻、(オ)の力率が誤り。コイルピッチを極ピッチより短くした巻き方は短節巻。

この論点は、データセンターの現場でこう出てくる

「電圧波形をきれいにする」という巻線設計の狙いは、データセンターの電源品質の話と直結している。 DCの非常用発電機は、UPSやサーバの電源装置（スイッチング電源）といった電力変換器を大量に抱えた負荷に電力を送る。発電機の出力電圧そのものに高調波が多いと、変換器の誤動作や発熱、ひずみの増幅が起きやすい。だから発電機メーカーは分布巻・短節巻（さらにスキュー）を組み合わせて電圧波形のひずみ率を小さく抑え、仕様書にその値を書いている。加えてDCでは、負荷側の変換器が電流をひずませて発電機に返す。発電機は商用系統より内部インピーダンスが大きいので、同じ高調波電流でも電圧のひずみが大きく出る。発電機を選ぶときに、容量だけでなく波形ひずみ率と非線形負荷への対応を確認するのはこのためで、巻線法の話はその仕様欄の裏付けになっている。

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