機械科目の解説

【図解で完全理解】比例推移|滑りと比例する5つの量を完全マスター

💭 こんな悩みはありませんか?

  • 「比例推移」って何?難しそう...
  • T ∝ s とか I₂ ∝ s とか、何が何に比例するの?
  • 計算問題で使い方がわからない

✅ この記事の結論

比例推移とは「滑りが小さい範囲では、いろんな量が滑りに比例する」という超便利な法則です。これを使えば、複雑な計算が一瞬で解けます!

📚 誘導機シリーズ(全8回)

2-1 原理 → 2-2 滑り2-3 比例推移 → 2-4 トルクと出力 → 2-5 等価回路 → 2-6 始動法 → 2-7 速度制御 → 2-8 単相誘導電動機

🔙 前回のおさらい

滑り s は「回転磁界にどれだけ遅れているか」を表す値でしたね。通常運転では s = 0.02〜0.05(2〜5%) という小さな値です。

🎯 比例推移とは?|超シンプルな考え方

「比例推移」という難しそうな名前にビビらないでください。

要するに、「滑りが2倍になったら、〇〇も2倍になる」という単純な比例関係のことです。

身近な例で考えてみよう

お小遣いで考えてみましょう。

💰 お小遣いで理解する比例推移

「お手伝い1回につき100円もらえる」というルールがあるとします。

お手伝い1回 → 100円
お手伝い2回 → 200円(2倍)
お手伝い3回 → 300円(3倍)

これが「比例」です。お手伝い回数が2倍になれば、お小遣いも2倍!

誘導電動機でも同じことが起きます。滑りが2倍になると、いくつかの量も2倍になるのです。

📊 滑りに比例する5つの量

滑りが小さい範囲(通常運転時)では、以下の5つが滑りに比例します。

📐 比例推移の公式(超重要!)
記号 名前 比例関係
T トルク T ∝ s
I₂ 二次電流 I₂ ∝ s
P₂ 二次入力 P₂ ∝ s
Pc 二次銅損 Pc ∝ s²
P 出力(機械出力) P ∝ s

⚠️ 注意!銅損だけ「s²」に比例!

4つは「s」に比例しますが、銅損 Pc だけは「s²」に比例します。これは超頻出のひっかけポイント!

なぜ銅損だけ s² なの?

銅損は Pc = I₂²R で計算されます。

I₂ ∝ s なので、I₂² ∝ s² となります。だから銅損 Pc ∝ s² なのです!

💡 イメージで覚えよう

電流(I₂)が2倍になると...

銅損(Pc)は 2² = 4倍になる!

(電流の2乗に比例するから)

🔍 5つの量を詳しく理解しよう

それぞれの量が何を表すのか、イメージで理解しましょう。

① トルク T ∝ s

💪

トルク = 回転させる力

滑りが大きいほど、回転磁界との速度差が大きくなり、誘導される電流が増え、トルクも大きくなります。

② 二次電流 I₂ ∝ s

二次電流 = 回転子に流れる電流

滑りが大きいと、磁界の変化が激しくなり、誘導される電流も大きくなります。

③ 二次入力 P₂ ∝ s

🔌

二次入力 = 回転子に入る電力

固定子から回転子に伝わる電力。これが機械出力と銅損に分かれます。

④ 二次銅損 Pc ∝ s²(要注意!)

🔥

銅損 = 回転子の抵抗で熱になるロス

Pc = I₂²R なので、電流の2乗に比例。だからs²に比例

⑤ 出力 P ∝ s

⚙️

出力 = 実際に機械を動かす力

二次入力から銅損を引いた残り。モーターが仕事をする力です。

🧮 比例推移の使い方|計算問題を解いてみよう

比例推移の真骨頂は計算問題が超簡単になること!

基本の考え方:比で解く!

比例関係があるということは、「比」で計算できるということです。

📐 比例推移の計算公式

T₁ : T₂ = s₁ : s₂

(トルクの場合。他の量も同様)

つまり、滑りの比 = 各量の比 になります!

例題1:トルクの計算

📋 問題

ある誘導電動機が滑り s₁ = 0.03 で運転しているとき、トルクは T₁ = 50 N·m である。滑りが s₂ = 0.05 に増加したとき、トルク T₂ はいくらか?

✏️ 解答

Step 1:比例推移を使う

T ∝ s より、T₁ : T₂ = s₁ : s₂

Step 2:値を代入

50 : T₂ = 0.03 : 0.05

Step 3:内項の積 = 外項の積

0.03 × T₂ = 50 × 0.05

T₂ = 2.5 / 0.03

T₂ = 83.3 N·m

💡 もっと簡単な考え方

滑りが 0.03 → 0.05 に増えた = 5/3倍になった

だからトルクも 5/3倍 → 50 × 5/3 = 83.3 N·m

例題2:銅損の計算(s²に注意!)

📋 問題

滑り s₁ = 0.02 で運転しているとき、二次銅損は Pc₁ = 200 W である。滑りが s₂ = 0.04 に増加したとき、二次銅損 Pc₂ はいくらか?

⚠️ 注意!銅損は s² に比例!

銅損は Pc ∝ s² なので、滑りの「2乗」の比になります!

✏️ 解答

Step 1:比例推移を使う(s²に注意!)

Pc ∝ s² より、Pc₁ : Pc₂ = s₁² : s₂²

Step 2:値を代入

200 : Pc₂ = 0.02² : 0.04²

200 : Pc₂ = 0.0004 : 0.0016

Step 3:計算

滑りが2倍 → 銅損は 2² = 4倍

Pc₂ = 200 × 4 = 800 W

🎯 試験でのひっかけポイント!

滑りが2倍になったとき...

トルク T → 2倍
二次電流 I₂ → 2倍
二次入力 P₂ → 2倍
銅損 Pc → 4倍(2²倍)⚠️
出力 P → 2倍

⚠️ 比例推移が使える条件

比例推移は万能ではありません。滑りが小さい範囲でのみ成り立ちます。

使える条件

✅ 比例推移が使える場合

  • 通常運転時(s = 0.02〜0.05程度)
  • 負荷が変化したときの計算
  • 電圧が一定の条件

❌ 比例推移が使えない場合

  • 始動時(s = 1)のような大きな滑り
  • 最大トルク付近の領域
  • 電圧が変化する場合

なぜ「小さい範囲」限定なの?

実は、トルクと滑りの関係は完全な直線ではなく、曲線(トルク-滑り曲線)です。

しかし、滑りが小さい範囲では曲線が直線に近いので、比例として扱えるのです。

💡 イメージ:地球は丸いけど、家の周りだけ見れば「平ら」として扱えるのと同じ!

🧠 覚え方のコツ

🎵 語呂合わせ:「TIP₂P、銅だけ2乗」

T(トルク)・I₂(二次電流)・P₂(二次入力)・P(出力)→ s に比例

銅(Pc)だけ2乗 → s² に比例

📝 まとめ

🏆 これだけ覚えて帰ろう!

比例推移とは 滑りが小さい範囲で成り立つ比例関係
s に比例 T, I₂, P₂, P
s² に比例 Pc(銅損)⚠️
計算方法 比で計算! T₁:T₂ = s₁:s₂

🚀 次の記事へ進もう!

次はトルクと出力の関係です。P₂:P:Pc = 1:(1-s):s という超重要な比の公式を学びます!

2-4. トルクと出力の関係を学ぶ →

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