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2020年3月30日月曜日

3年生夏学期月曜2限 「電気機器学基礎」 Ver. 2020/04/06

---What's new?---
4/04 初版公開しました。
4/05午前にUTAS上に公開の ZOOM講義のためのリンクを変更しましたので、ご注意ください!
4/06 初頭の文の誤記を修正しました。
4/06  Google classroomに4/6の補足資料をアップロードしました。
----------------------------------------------------------

まずは、3年生として本郷へのご進学おめでとうございます。これからの専門科目の学びの日々が稔り多きものとなることを願っています!古関の自己紹介に替えて、こちらをご覧ください。

1. 本年度の講義の特徴
 感染症拡大防止策のため、当面の講義がオンライン化されます。ZOOMでお目にかかりましょう。
またレポート課題や資料の連絡を Google Classroom で行ってみます。Google classroomに g.eccアカウントでログインし、講義のCode  ywnlhpe をご入力ください。さらに積極的な意見交換をこのホワイトボードを用いてお願いします。(アクセスはg.eccアカウントからのみになります。)

 準備期間が不足する中、十分な準備ができぬままの初めての試みになります。講義の改善のため、ご意見のフィードバックを歓迎します。「講義 電気機器学基礎の改善の提案」というSubjectで takafumikoseki@ieee.orgまでご意見ください。

2. オンライン講義に臨むための準備について
 電気系フリートークや、大学からのオンライン講義対応の情報ですでにインストールなどの準備ができていると思いますが

(1)  g.ecc.u-tokyo.ac.jpのアカウントをactivateする。
(2) PC等にビデオ会議ソフト ZOOMをインストールする。
(3) UTASのシラバスの下の方にある欄で、オンライン講義に参加するためのURLを入手しておく。(自分のGoogle keep などに、参加する予定の講義とそのLink一覧と作っておくとよい。)

など必要な準備を自分でして、講義に臨んでください。

3.講義参加準備についての個人的な参考意見
 タブレットやスマホではなくPC環境を整備されることをお薦めします。当座学科PCなども手に入りにくいでしょうから、安価なChromebookや、中古のOSなしのノートPCを通販で買って、UbuntuなどのLinux系OSや ChromeOSのフリー版であるCloudreadyをインストールすれば、3万円前後で学習に十分なPC環境を自前で準備できるでしょう。

 すでに携帯電話会社が、大学生の講義聴講のためのデータ通信特別優遇措置を発表していますが、個人的には、できればご自宅や下宿に、有線の光回線の契約をされる方がいいかと思います。

 特定の商品をお薦めするつもりは全くないのですが、ご参考情報まで。
Simフリー端末で格安Sim をお使いの方、月々の契約のデータ通信容量を一時的に引き上げるとともに、当座のしのぎには、Amazonなどで「大容量 プリペードsim」などと打って探すと、半年とか1年有効でよさそうなものが見つかります。また、直販サイトでは現在すでに売り切れになってしまっていますが、Calendar sim とかFuji Wifiの Sim にも容量/価格で魅力的なものがあります。Star Wifi (あえて批判的記事を引用)や CMLinkには契約期間のしばりがないので暫定的環境整備に向いているかもしれません。ただ、すでに「どんなときもWifi」などがおかしくなっているように、LTEの回線での使い放題プランは、今後の講義オンライン化の広がりの中で回線容量のひっ迫が起き、うまくいかなくなる可能性が大きいように思います。


4.ZOOM講義参加にあたってのお願い
皆さんご自身のデータ通信料節約と回線資源の有効活用のため、そして講義をできるだけ稔り多いものとするために、聴講の際、以下のことにご留意ください。

(1) 講義入室の際、ご自身の顔を出すためのビデオをオフ、マイクもミュートにしてください。(こちらから顔を出すお願いをした場合、あるいは質問などで発言される際には、ご自身でマイクのアン ミュートをしてください。)

(2) これは正式の講義なので、ZOOMで接続をされる際の表示名は氏名を正しく表示してください。
(ZOOMへの表示名で当方は講義への参加を認識しますので、「正しい氏名」の表示がないために採点上の不利益を生じることがあった場合、それは自己責任とお考えください。)

(3) なかなか音声での質問もしにくいと思いますので、その場合には、ZOOMの文字チャットの機能をご活用ください。また、受信状況や、講義方法についてのご意見も書いてくださること歓迎です。----その場合も、講義室内での正規の情報交換ですのでコメントに実名・学生証番号の情報をつけてご記入ください。学期末の講義アンケートは完全な匿名性を保証する形で行います。一方、講義内の発言は、必ず個人が特定できる形で「自分自身の顔を見せる形で」行ってください。

----本学期の講義予定----

回数 日 曜日 テーマ 内容
1) 2020/04/06 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性

----レポートについての一般的注意事項----
  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、

(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典

などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。
-----------------------------------------------------

2) 2020/04/13 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
基本的な物理の復習と電気機器の議論でよく登場する物理量

3) 2020/04/20 月
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?

4) 2020/04/27 月
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器の等価回路と測定法(ごく簡単に!)

5) 2020/05/11 月
電磁誘導における各種起電力の整理 (変圧器・回転機動作の直感的理解のために!)
誘導機の等価回路(速修)と測定法 (ごく簡単に!)

6) 2020/05/18 月
   三相対称交流と回転磁界

直流機入門I: 他励直流機とその定常的な回路方程式
 他励直流機の結線と特性の比較


7) 2020/05/25 月
直流機入門II:  各種直流機の結線と特性
 各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)
 速度制御と弱め界磁
 直流機の過渡現象の制御モデル

8) 2020/06/01 月
誘導機I

3相巻線に3相対称交流電流を流すと、回転磁界(進行磁界)が自然にできることに関してこの図を見て理解を深めてください。この例の巻線は集中巻きに近く、進行磁界に講義で話した空間高調波の影響があり、進行磁界の分布波形がきれいな正弦波になっていないことも、この図のプロットの中で見取っていただけるといいと思います。

誘導機の単相等価回路
   誘導機の等価回路導出を説明している詳細な資料をこちらでご覧ください。

誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と
すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性

9) 2020/06/08 月
誘導機II
始動方法(続き かご形誘導機の場合)
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)
円線図を用いた特性の表現
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

10) 2020/06/15 月
6/10提出の、分巻直流機演習の復習解説

同期機 I
直流機は特別な形態の同期機と考えることもできる。
  == 三相巻線と同期発電機の原理
構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)

11) 2020/06/22 月
同期機 II 
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
同期機の測定法
単位法・同期発電機と電力系統

12) 2020/06/29 月
同期機 III
同期発電機の出力特性
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機

13) 2020/07/07 水
パワーエレクトロニクス入門
パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?
+期末テストに向けて: 演習問題の振り返り

14)  2020/07/## 月 期末テスト@###号教室 09:00-12:00
講義アンケートの配布
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。


--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。
(weekly report課題を解くうえでの参考になると思います。)

---推薦参考書----
A recommended English textbook: click here!

<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)

電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!


電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社

<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

2019年3月30日土曜日

3年生夏学期講義 電気機器学基礎 Ver. 2019/07/08

---What's new?---
3/30 初版を公開しました。
4/07 初回レポートへのリンクをはりました。
4/15 第2回レポートへのリンクをはりました。
4/22 第3回レポートへのリンクをはりました。
5/13 ご無沙汰です! 第4回レポートへのリンクをはりました。
5/20 五月祭お疲れさまでした!人気企画 第2位獲得おめでとうございます!
     第5回レポートへのリンクをはりました。
5/27 第6回レポートへのリンクをはりました。
6/02 第7回レポートへのリンクをはりました。
6/09 誘導機の補足説明と第8回目のレポートへのリンクをはりました。
6/16 対称3相交流電流による回転磁界発生の補足説明と第9回目のレポートへのリンクをはりました。
6/17 最終講義日の記載を改訂しました。また、テキストの略解等へのリンクを追記しました。
6/22 第10回目のレポートへのリンクをはりました。
7/8 第11回目最後のレポートへのリンクをはりました。  
----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容
1) 2019/04/08 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性

4/15に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、

(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典

などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

第1回めのスライドの控えの暗号化pdfをこちらからご入手ください。(約10MB)

2) 2019/04/15 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
基本的な物理の復習と電気機器の議論でよく登場する物理量

4/22に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

3) 2019/04/22 月
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?

5/13に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

4) 2019/05/13 月
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
5/20に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

5) 2019/05/20 月
電磁誘導における各種起電力の整理 (変圧器・回転機動作の直感的理解のために!)
誘導機の等価回路(速修)と測定法 (ごく簡単に!)

5/27に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

6) 2019/05/27 月
   三相対称交流と回転磁界

直流機入門I: 他励直流機とその定常的な回路方程式
 他励直流機の結線と特性の比較

6/03に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

7) 2019/06/03 月
直流機入門II:  各種直流機の結線と特性
 各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)
 速度制御と弱め界磁
 直流機の過渡現象の制御モデル

6/10に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

8) 2019/06/10 月
誘導機I

3相巻線に3相対称交流電流を流すと、回転磁界(進行磁界)が自然にできることに関してこの図を見て理解を深めてください。この例の巻線は集中巻きに近く、進行磁界に講義で話した空間高調波の影響があり、進行磁界の分布波形がきれいな正弦波になっていないことも、この図のプロットの中で見取っていただけるといいと思います。

誘導機の単相等価回路
   誘導機の等価回路導出を説明している詳細な資料をこちらでご覧ください。

誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と
すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性

6/17に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

9) 2019/06/17 月
誘導機II
始動方法(続き かご形誘導機の場合)
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)
円線図を用いた特性の表現
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

6/24に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

10) 2019/06/24 月
6/10提出の、分巻直流機演習の復習解説

同期機 I
直流機は特別な形態の同期機と考えることもできる。
  == 三相巻線と同期発電機の原理
構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)

7/08に提出をお願いする(7/01の自習教材の分を含む)レポートの課題をこちらからご入手ください。 ==> 期限を7/17までに延長しました。

(11)) 2019/07/01 月  休講: プリントによる自習
自習のための参考資料:冬学期のパワエレに興味のある人は教科書のパワエレ概論の章にざっと目を通してみてください。pdfとしての参考資料もここにご提供します。(暗号化pdf PWは最初ン講義で示したもの:ただし、本ファイル名にもヒントはある。)

上記のpdfに記されている概要:パワーエレクトロニクス入門
パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?

12) 2019/07/08 月
同期機 II 
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
同期機の測定法
単位法・同期発電機と電力系統

7/17に提出をお願いする第11回目のレポートをこちらからご入手ください。

13) 2019/07/17 水
同期機 III
同期発電機の出力特性
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機
+期末テストに向けて: 演習問題の振り返り

14)  7/29 月 期末テスト@245号教室 09:00-12:00
講義アンケートの配布
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。


--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。
(weekly report課題を解くうえでの参考になると思います。)

---推薦参考書----
A recommended English textbook: click here!

<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)

電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!


電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社

<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

2018年3月23日金曜日

3年生夏学期講義 電気機器学基礎 Ver. 2018/07/05

---What's new?---
3/23 初版を公開しました。
4/9 第1回目の講義終了に伴う改訂をしました。
7/5 すみません、ページの更新を忘れていました。7/9に提出いただくレポートはありませんが、パワーエレクトロニクス入門までをまとめた補足教材を載せますので、適宜、ご覧ください。(ページの更新し忘れのご指摘ありがとうございました!)

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容
1) 2018/04/09 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性

4/16に提出をお願いするレポート課題をこちらからご入手ください。

  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

4/09に用いたスライドのコピーをこちらからご入手ください。(講義で示したPW付き、約10MB)

2) 2018/04/16 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
基本的な物理の復習と電気機器の議論でよく登場する物理量

4/23に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

3) 2018/04/23 月
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?

4/23に受領した第2回目のレポートへのフィードバック
(1) 問1で、inductance, magnetic permeabilityを書けていないレポートが結構多数ありました。

(2) 学生証番号 03-190483: 講義選択の都合で第1回目のレポートが出せなかったとのこと、問題ありませんので05/07に第1回目のレポートの提出をお願いします。

(3) 03-180513 4/23版は大変残念な完成度でした。5/7の再提出をお勧めします。

5/07に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。
(できるところまで考えて記入し、よくわからない所はとりあえずそのまま空欄にして次の講義に臨んでもいいです。)

4) 2018/05/07 
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器の等価回路と測定法(ごく簡単に!)

5/14に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

5) 2018/05/14 月 
電磁誘導における各種起電力の整理  (変圧器・回転機動作の直感的理解のために!)
誘導機の等価回路(速修)と測定法 (ごく簡単に!)

5/21に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

6) 2018/05/21 月  
直流機入門: 他励直流機とその定常的な回路方程式
他励直流機の結線と特性の比較
各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)  
速度制御と弱め界磁  
直流機の過渡現象の制御モデル

5/28に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

次回に扱う、3相巻線に3相対称交流電流を流すことで進行磁界(回転磁界)ができる原理を、次の図を見て理解を深めてください。


7) 2018/05/28 月 
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 
    誘導電動機の原理と等価回路

6/04に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

誘導機の等価回路を導くまでの詳細な説明については、こちらをご参照ください。(学術的な参考資料としてお考えください。興味をもって式を追っていただくと、電気機械の動作原理についての理解が深まると思いますが、ここでの導出過程はそれなりに複雑なので、ここの理解を本科目では必須とはしません。)

8) 2018/06/04 月 
誘導機II
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と 
            すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)

6/11に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。
(講義直後にご指摘をいただきました板書誤記の修正を含みます。ご指摘ありがとうございました!)


9) 2018/06/11 月 
誘導機III
(モデル同定のための測定法)
円線図を用いた特性の表現
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

6/18に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。
(講義直後にご指摘をいただきました板書誤記の修正を含みます丁寧なご指摘ありがとうございました!)


10) 2018/06/18 月
同期機 I
直流機は特別な形態の同期機と考えることもできる。 
== 三相巻線と同期発電機の原理

構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

7/02に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

--) 2018/06/25 月 ==> 休 講 

(海外からの帰国が難しいため、この日は休講にさせていだくこととなりました。)その分、上記の「演習問題」を充実したものとしますので、御寛恕ください!!
(プリントによる秋学期に向けての補足説明....)
+パワーエレクトロニクス入門 
<-- p="">(パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?)

<-- p="">
11) 2018/07/02 月 同期機 II 
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法  

7/09 に説明する予定の内容の補足資料をこちらからご入手ください。(最初の講義で示したPWつき 暗号化pdf)

12) 2018/07/09 月 同期機III
単位法・同期発電機と電力系統
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機
+期末テストに向けて: 演習問題の振り返り

<-- p="">13)  7/30(月) 期末テスト@245号教室 09:00-12:00
講義アンケートの配布 
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社

<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

2017年4月5日水曜日

3年生夏学期講義 電気機器学基礎 2017/07/04改訂

---What's new?---
4/18 4/24に提出をお願いする第2回目の演習問題をアップロードしました。その中で講義終了時にご指摘のあった、板書の誤記も修正しています。
4/9 4/10のスライドおよび第1回目の演習問題をアップロードしました。
4/25 教科書の補足文書へのリンクを追加しました。
5/16 第3回めの演習問題の図のにあった誤記を修正しました。
5/23 5/29が「休講」となることを前提に、関連する記述を改訂しました。
6/12 期末テストの日時を追記しました。(期末テストは木曜日午前ですのでご注意!)
7/04 7/10 提出予定の演習課題をアップロードしました。(これが最後になります!お疲れ様でした。)

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容
1) 2017/04/10 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性

4/17に提出をお願いするレポート課題をこちらからご入手ください。
  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

4/10に用いたスライドのコピーをこちらからご入手ください。(講義で示したPW付き、約10MB)

2) 2017/04/17 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
基本的な物理の復習と電気機器の議論でよく登場する物理量

4/24に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

3) 2017/04/24 月
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?

5/1に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。
(できるところまで考えて記入し、よくわからない所はとりあえずそのまま空欄にして次の講義に臨んでもいいです。)

4) 2017/05/01 
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
5/8に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

5) 2017/05/08 月 
電磁誘導における各種起電力の整理  (変圧器・回転機動作の直感的理解のために!)
誘導機の等価回路(速修)と測定法 (ごく簡単に!)
直流機入門: 他励直流機とその定常的な回路方程式
5/15に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

6) 2017/05/15 月  
直流機(続き):
他励直流機の結線と特性の比較
各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)  
速度制御と弱め界磁  
直流機の過渡現象の制御モデル

5/22に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

次回に扱う、3相巻線に3相対称交流電流を流すことで進行磁界(回転磁界)ができる原理を、次の図を見て理解を深めてください。


7) 2017/05/22 月 
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 
    誘導電動機の原理と等価回路

6/05に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

誘導機の等価回路を導くまでの詳細な説明については、こちらをご参照ください。(学術的な参考資料としてお考えください。導出課程は結構複雑なので、この理解は必須とはしないつもりです。)

8) 2017/06/05 月 
誘導機II
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と 
            すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)

6/12に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

9) 2017/06/12 月 
誘導機III
モデル同定のための測定法
円線図を用いた特性の表現
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

6/19に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

10) 2017/06/19 月
同期機 I
直流機は特別な形態の同期機と考えることもできる。 
== 三相巻線と同期発電機の原理

構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

6/26に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。

11) 2017/06/26 月 同期機 II 
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法  


12) 2017/07/03 月 同期機III
単位法・同期発電機と電力系統
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機


-------------------------------------
7/10 に提出をお願いするレポートの課題をこちらからご入手ください。


13) 2017/07/10 月 
同期機の復習 期末テストに向けて: 演習問題の振り返り


(余裕があれば....)
パワーエレクトロニクス入門 
(<-- p="">
(パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?)


14)  7/27(Thu) 期末テスト@2##号教室 09:00-12:00
講義アンケートの配布 


         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社

<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

2016年3月3日木曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2016/07/11 改訂)

7/11ですべての講義を終了しました!ご聴講ありがとうございました。

☆ 7/29(Fri) 期末テスト@246号教室 13:00-16:00
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

<==なお月曜日1限の「制御工学第一」の期末テストは持ち込み不可です!


これまでに効果的の見られた講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2016/04/11 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換
電気機器の種類と歴史
電気機械の種類と分類
電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性

4/11の講義で用いたスライドをこちらでご覧ください。(PWつき)

4/18に提出をお願いするレポート課題をこちらからご入手ください。
  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

-------------------------------------------------------------------
2) 2016/04/18 月
電気機械エネルギー変換の物理的基礎
エレクトロニクスとパワー
電気機器学の学問としての位置づけ
思考の上手な手抜き:交流電力の考え方

04/25に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

3) 2016/04/25 月
瞬時電力と平均電力、 皮相電力/有効電力/無効電力
単相交流と三相交流
なぜ電力システムで三相交流が好んで用いられるのか?
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法

05/02に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

4) 2016/05/02 月
磁気回路法によるモデリング(導入+変圧器の復習)
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
変圧器、誘導機の等価回路と測定法(ごく簡単に!)

05/09に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。
なお、このプリントの図には、05/02および5/9の講義後にご指摘をいただいた、二次側の定数の記述の板書誤記の訂正を含みます。
(前君 ご指摘ありがとうございました!貴兄の計算が正解です。)

5) 2016/05/09 月 
電磁誘導における各種起電力の整理
直流機入門: 他励直流機とその定常的な回路方程式

05/16に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。
(講義の進度に合わせ問題を減らしました。 5/9)

6) 2016/05/16 月  
 直流機(続き):
他励直流機の結線と特性の比較
各種自励直流機の結線と特性比較 (+複巻電動機・発電機)  
速度制御と弱め界磁  
直流機の過渡現象の制御モデル

<板書誤記修正のご連絡とお詫び>
本日の講義で、発電機と電動機により回路方程式の符号が変化する部分が、板書では内部誘導起電力の前についていたが、抵抗による電圧降下の前ではないかとの指摘がありました。そのとおりですので、誤記をお詫びし、ここに訂正いたします。

(なお、このようなご指摘は講義の中で直接行っていただくようお願いします。講義中にインタラプトを書けることは決して無礼なことではありません!)

05/23に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

7) 2016/05/23 月 
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 
    誘導電動機の原理と等価回路
 
三相巻線、三相対称交流で回転磁界(進行磁界)が何故できるかについて、黒板の記録や教科書の記述pp.56-57に加え、こちらの図もご参照ください。

05/30に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

8) 2016/05/30 月 
誘導機II
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
誘導機におけるエネルギーの流れ
スリップの意味と、速度、トルク特性(起動トルク 定格動作点の考え方)
誘導機の動作モード(電動機モード、逆相制動モード、回生制動モード)

06/06に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

また、5/30の講義で言及した、誘導機の等価回路が、なぜR_2/sを含むこの形になるかを、基本から論理的に説き起こすと、この資料に示した形が最も古関にはわかりやすいように感じられます。(が式の展開は結構大変で理解するのに2時間位はかかると思います。)

式の展開を厳密に追わないまでも、全体の流れをざっと見るとともに、誘導機の構造のイメージをつかむため、掲載した写真だけでもご覧になると良いご参考になるかと思います。

9) 2016/06/06 月 
誘導機III
等価回路に基づく特性計算 テブナンの定理と 
            すべり---トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性
モデル同定のための測定法
円線図を用いた特性の表現
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

06/13に提出をお願いするレポート課題はありません!
(古関の都合で、タイムリーなページの更新が出来なかったことをお詫びします。レポートは1回お休みです。)

10) 2016/06/13 月
同期機 I
 +5/23に提出いただいた直流機の基礎に関する演習が悲惨な出来のものがありましたので、すこしこれについて解説します。 講義中の界磁電流分の抜けのタイムリーなご指摘、ありがとうございました。

直流機は特別な形態の同期機と考えることもできます。 == 三相巻線と同期発電機の原理

構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

06/20に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。
06/20の講義で説明予定の等価回路、フェーザダイアグラムと電機子反作用に関する説明の図をこちらから御入手ください。(講義で示したPWつき。)

11) 2015/06/20 月 同期機 II 
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法  

06/27に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

12) 2016/06/27月 同期機III
同期発電機と電力系統
7/6に提出をお願いする突極機、同期電動機についての基本演習のレポート課題をこちらから御入手ください。

07/04に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。
 (公開が木曜日と遅くなってしまってすみませんでした!)

13) 2016/07/04 月
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機
(課題レポートはありません。)

14) 2016/07/11 月
講義アンケートの配布 
パワーエレクトロニクス入門 --- PWつき
(パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?)

期末テストに向けての復習と自由議論:演習問題の復習など

XX)  7/29(Fri) 期末テスト@246号教室 13:00-16:00
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

2015年3月22日日曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2015/07/06 改訂)

What's NEW
05/11の(一次側から見た)変圧器の等価回路の説明の一部に誤記がありましたので以下の通り修正します。

一次漏れインダクタンス: 
 誤 L_sigma1 = L_1-M   正  L_sigma1 = L_1-a*M  = (1-alpha) L_1
主インダクタンス
 誤 M    正 aM = alpha * L_1


==========
昨年度まで効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2015/04/06 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換、電気機器の種類と歴史

4/6の説明に用いたスライドのコピー(暗号化ファイル)をこちらから御入手ください。
4/13 に提出をお願いする第1回目のレポート課題をこちらから御入手ください。


  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

-------------------------------------------------------------------
2) 2015/04/13 月
電気機械の種類と分類、電気機械エネルギー変換の物理的基礎、エレクトロニクスとパワー、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

04/27に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

X3) 2015/04/20 月 講師都合により休講
ご迷惑をおかけしてすみません。4/13出題の演習問題に自習要素を多く盛り込んで、バックアップをさせていただきます。

4) 2015/04/27 月 思考の上手な手抜き:交流電力の考え方 単相交流と三相交流
なぜ三相交流が好んで用いられるのか?
三相交流の典型的な電力測定法 ---2電力法
磁気回路法によるモデリング(導入)
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)

05/11に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

5) 2015/05/11 月 変圧器、誘導機の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
磁気回路法によるモデリング(続き)
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)
午後の学生実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路 <==板書に誤記あり、本ページトップの正誤アナウンスをご参照!

直流機入門: 直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機

###今週末は五月祭のため、5/18提出のレポートはなし###
五月祭 電気系の展示 優秀賞受賞おめでとうございます!!!

6) 2015/05/18 月 
直流機: 他励直流機の結線と特性の比較 
各種自励直流機の結線と特性比較
  (複巻電動機・発電機)
 速度制御と弱め界磁 
 直流機の過渡現象の制御モデル

5/25に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

三相巻線、三相対称交流で回転磁界(進行磁界)が何故できるかについて、教科書の記述pp.56-57に加え、こちらの図もご参照ください。

7) 2015/05/25 月 
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 
   変圧器と誘導電動機の関係
  誘導電動機の原理と等価回路

講義で時間の都合で省略した誘導電動機等価回路導出の物理的・数学的根拠の詳細はこちらをご覧ください。

6/01に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

8) 2015/06/01 月 誘導機II
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価 回路に基づく特性計算 テブナンの定理とすべり--トルク特性
誘導機の始動法と比例推移特性
6/08に提出をお願いするレポート課題をこちらから御入手ください。

9) 2015/06/08 月 
誘導機III
 モデル同定のための測定法
 円線図を用いた特性の表現
誘導機の速度制御(逆相制動、回生制動を含む) 空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

+同期機 I
   三相巻線と同期発電機の原理

6/15に提出をお願いする誘導電動機のまとめのレポート課題をこちらから御入手ください。

10) 2015/06/15 月
同期機II
 構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

6/22に提出をお願いする同期機の基本的性質に関するレポート課題をこちらから御入手ください。

11) 2015/06/22 月 同期機 III  
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法  

本日最後に触れた p85の教科書の記述にはわかりにくいところがあるので、補足します。

---補足---
ここでは機械の単相等価回路の三相の結線はスター結線を仮定していると考えて良い。V_nが相関電圧を表しているとして、三相定格容量はS_n=sqrt(3)*V_n*I_n、インピーダンスの基準値Z_base=V_n/(sqrt(3)*I_n)となる。
また、単相等価回路の定格電圧E_n=V_n/sqrt(3)と考える。(<==このことが教科書中に明確には記されていないので、わかりくく感じられる!)

また、(4.21)の最後の項のZ_Sは、第二、第三項のZ_Sとは値の異なる無次元量であることを明示的に示すためZ_S-puなどと別記号を使用して表記すべきである。
---補足説明終わり---

6/29に提出をお願いする同期機の基本的性質に関するレポート課題をこちらから御入手ください。(問題2はやや難しく感じられるかもしれないが、上記のp85の記述を良く読んで考え方が理解できれば単純な計算で答えが求まる実は易しい問題である。)

12) 2015/06/29 月 同期機IV
同期発電機と電力系統
7/6に提出をお願いする突極機、同期電動機(<=ここは予習的要素を含む)についての基本演習のレポート課題をこちらから御入手ください。

13) 2015/07/06 月 (講義最終日)
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機
+期末試験について:演習問題の復習など

(時間があれば:)パワーエレクトロニクス入門 
(パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?)
 ==> これについては時間の都合上、説明を諦めました。 興味のある方は、この資料をご覧ください。(講義最初に説明したPWつき暗号化ファイル。)

7/6で講義は全て終了しました。
講義アンケートへのご協力誠にありがとうございました!

14)  7/31 期末テスト@246号教室 09:00-12:00 (講義の部屋と違うので注意!)
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能


以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版


2014年3月19日水曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2014/07/13 改訂)

================
昨年度まで効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定(暫定版)----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2014/04/07 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換、電気機器の種類と歴史

4/14 に提出をお願いする第1回目のレポート課題をこちらから御入手ください。
                                   (=> 提出の日付に誤記がありましたことをお詫びします!)

本日の講義で示したスライドのコピーはこちらから御入手ください。(講義にて示したPWつき)


  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

-------------------------------------------------------------------
2) 2014/04/14 月
電気機械の種類と分類、電気機械エネルギー変換の物理的基礎、エレクトロニクスとパワー、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

 4/21に提出をお願いする第2回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

3) 2014/04/21 月
思考の上手な手抜き:磁気回路法によるモデリング
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)

4/28に提出をお願いする磁気回路と変圧器の基礎に関する第3回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

4) 2014/04/28 月
午後の実験課題との関係: 変圧器(と誘導機)の等価回路
直流機: 直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機

5/12に提出をお願いする直流機の基礎と三相電力の測定法に関する第4回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

5) 201405/12 月 変圧器、誘導機の等価回路と測定法(ごく簡単に!)
 他励直流機の結線と特性の比較 
 各種自励直流機の結線と特性比較
  (複巻電動機・発電機)
 速度制御と弱め界磁 
 直流機の過渡現象の制御モデル

5/19に提出をお願いする自励式の直流機の回路と特性についての第5回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

6) 2014/05/19 月 

誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 
   変圧器と誘導電動機の関係
   誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
モデル同定のための測定法

三相巻線、三相対称交流で回転磁界(進行磁界)が何故できるかについて、教科書の記述pp.56-57に加え、下記の図もご参照ください。



5/26第二限の自習のお願いを兼ねた、6/02に提出をお願いする交流回転機の基礎と誘導電動機の単相等価回路について第6回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

また、興味のある方は誘導機の等価回路導出法に関する詳細な数学的補足説明を、こちらでご覧ください。


7) 2014/05/26 月  休講: プリントによる誘導機特性計算演習を自習の形でお願いします。ご迷惑をおかけしてすみません!

誘導電動機II
 等価 回路に基づく特性計算 テブナンの定理とすべり--トルク特性


8) 2014/06/02 月 誘導機III
誘導機の種類とエネルギーの流れ、円線図を用いた特性の表現
誘導機の始動法
誘導機の速度制御
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)

6/02の復習としての誘導電動機の特性計算に関する第7回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

9) 2014/06/09 月 同期機 I : 三相巻線と同期発電機の原理
 復習: 三相巻線と進行磁界
誘導機の基本的復習に関する第8回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

10) 2014/06/16 月
同期機II:構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

同期機の基礎に関する第9回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

11) 2014/06/23 月 同期機 III  
特性のモデリング(円筒形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法、 発電機と電力系統 


同期機のモデリングに関する第10回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

12) 2014/06/30 月 同期機IV
特性のモデリング(突極形発電機の等価回路とフェーザダイアグラム)
測定法、 発電機と電力系統 

同期機の特徴や単位法に基づく簡易計算についての第11回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

13) 2014/07/07 月 同期機V
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機

同期電動機の基本に関する第12回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
14)  7/14 パワーエレクトロニクス入門 
(パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?)

+期末試験について:演習問題の復習など

上記の補足プリントをこちらからご入手ください。(暗号化ファイル:初回の講義で記録していただいたPWつき/なお、初回スライドの中にもその記述がある。)


------------------------------------
14) 2014/07/28 月  09:00-12:00 期末テスト@246教室
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

英語で基礎的なことが良く書かれている本(これは古関が大学院生の時に輪講のために購入したものですが、現在では入手が困難になっているようです。)

2013年4月7日日曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2013/07/08 改訂)


「電気機器学基礎」


電気機器学基礎の講義は、月曜日の 10:30-12:00@245号教室で行います。

===WHAT'S NEW===
7/08: パワーエレクトロニクス補足資料をアップロードしました。
6/10: 6/10の講義で黒板に書いた、同機器の電機子巻線および界磁の電流の向きを表す記号「・」と「×」が誤って逆に書かれていたとの指摘が講義後にありましたので、誤記をお詫びし訂正いたします。ノートの記載の修正をお願いします。
また、「なぜ、磁束の向きと電流ベクトルの向きが同じなのかがわからない」との質問がありました。これは、そのように書くことを皆の共通の約束とする、という意味で、向きの定義のしようがない電流に関して、磁束とコイル電流は比例するので、「あるコイルに電流を流すと発生する磁束の向きにそのコイルの電流ベクトルを書く」「電圧ベクトルは-dPhi/dtのため、それよりも90度遅れた方向に書く」という約束事を明示的に知っておくことが、教科書などのフェーザダイアグラムを詳細に見て理解するために必要なことです。

4/12: 7/15は海の日で休み、月曜振替日として5/7火曜日が当てられていることから講義日程表を一部書き換えました。

================
昨年度まで効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2013/04/08 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換、電気機器の種類と歴史、エレクトロニクスとパワー、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

板書の訂正、補足
☆直流機自励式の巻線分類
 (1) 直巻機  series machine
 (2) 分巻機  shunt machine
 (3) 複巻機  compound machine, compound-wound machine 

★04/08のスライドをこちらからご入手ください。講義で示したPW付きです。(約5.4MB, 暗号化pdf)

---第1回目のレポート課題(4/15提出)---
他の動力発生方法と比較して、電気機械による動力発生の優れている点、劣っている点は何かを[1] 考え論じてください。そして、そのことと関係付けて、昨今の電気エネルギーに関する世の中の動きであなたが特に注目していることを挙げてください。

[2] 本講義への期待、要望があれば書いてください。

(A4レポート用紙半ページ程度で短く回答してください。レポートの最初に、学生証番号、氏名と提出日を明記してください。)

  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

--------------------------------------------------------------------------
2) 2013/04/15 月
電気機械の種類と分類、電気機械エネルギー変換の物理的基礎

4/22に提出をお願いする第2回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

3) 2013/04/22 月
思考の上手な手抜き:磁気回路法によるモデリング
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)
午後の実験課題との関係: 変圧器と誘導機の等価回路と測定法

5/07に提出をお願いする第3回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

4) 2013/05/07 火曜日(月曜振替)  
直流機: 直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機
他励直流機の結線と特性の比較 

5/13に提出をお願いする第4回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
 なお、上記のレポートにおける三相同期機と関係して、三相巻線、三相対称交流で回転磁界(進行磁界)が何故できるかについて、教科書の記述pp.56-57に加え、下記の図もご参照ください。


5) 2013/05/13 月 
各種自励直流機の結線と特性の比較+直流機まとめ
(複巻電動機・発電機)

5/20に提出をお願いする第5回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
(計算問題のため、教科書を参照しつつ時間をかけて基本的な特性を自分自身で理解すべく努めてください。この部分をきちんと理解することがこのあとの学習のために大切です。五月祭明けの提出で大変な人もいるかと思いますが、決して提出日の講義中の内職では追いつかないこと、くれぐれもご注意ください!)

6) 2013/05/20 月
直流機 補足説明: 
 速度制御と弱め界磁 
 直流機の過渡現象の制御モデル
誘導電動機I
   三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 
   変圧器と誘導電動機の関係
   誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)

誘導機の等価回路導出法に関する詳細な数学的補足説明を、興味のある方はこちらでご覧ください。

5/27に提出をお願いする第6回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

7) 2013/05/27 月  誘導電動機II
等価 回路に基づく特性計算 テブナンの定理とすべり--トルク特性
モデル同定のための測定法
誘導機の種類とエネルギーの流れ、円線図を用いた特性の表現
誘導機の始動法

6/3に提出をお願いする誘導機の等価回路の計算法に関する第7回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

8) 2013/06/03 月 誘導機III
誘導機の制御
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)
三相巻線と進行磁界

6/10に提出をお願いする誘導機の特性計算や始動法に関する第8回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

9) 2013/06/10 月 同期機 I : 三相巻線と同期発電機の原理

6/17に提出をお願いする、電力および三相巻線に関わる基本事項の復習に関する第9回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

10) 2013/06/17 月
同期機II:構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

☆6/24に提出をお願いする、同期発電機の基本事項復習に関する第10回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

11) 2013/06/24 月 同期機 III  
特性のモデリング
測定法、 発電機と電力系統 

7/1に提出をお願いする、同期発電機の基本事項復習に関する第11回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

12) 2013/07/01 月 同期機IV
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: トルクの発生原理 V特性と同期調相機

☆7/8に提出をお願いする、同期電動機の基本事項復習に関する第12回目のレポート課題をこちらから御入手ください。

重要!   03-120723, 03-120458 の河原さん、上田さんには、第8回目、10回目、11回目のレポートの内容に関して、個別に確認したいことがあり、再三講義中に呼びかけたのですが、応答が無く、とても残念に思っております。今でも履修単位取得を希望される場合は、次回7/8の講義開始直前にお声がけください。


13) 2013/07/08 月 演習問題の復習
パワーエレクトロニクス入門 期末試験について:演習問題の復習
パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?

上記の補足プリントをこちらからご入手ください。(暗号化ファイル:初回の講義で記録していただいたPWつき/なお、初回スライドの中にもその記述がある。)

--)  7/15 「海の日」のため休み

------------------------------------
14) 2013/07/29 月 09:00-12:00 期末テスト@246教室
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

--- 本年度教科書指定---
仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
  作業中で不完全ですが正誤表や演習問題の解答をここでご覧ください。


---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)
電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:「最新小型モータが一番わかる ~基本からACモータの活用まで~ (しくみ図解)」見城 尚志, 陳 正虎, 簡 明扶 著
出版社: 技術評論社 (2013/3/27), ISBN-10: 4774155845, ISBN-13: 978-4774155845

技術に興味のある人向けの一般的な解説書ですが、写真や図が具体的で、原理的な理解を深めるのに適していると思います。

☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

英語で基礎的なことが良く書かれている本(これは古関が大学院生の時に輪講のために購入したものですが、現在では入手が困難になっているようです。)

2012年3月16日金曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2012/06/20 改訂)


「電気機器学基礎」


電気機器学基礎の講義は、月曜日の 10:30-12:00@245号教室で行います。

昨年度効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。


----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容


1) 2012/04/09 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換、電気機器の種類と歴史、エレクトロニクスとパワー、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

本日のスライド(後半は4/16にも使用予定)をこちらからご入手ください。講義で示したPW付きです。(約5.4MB, 暗号化pdf)


---第1回目のレポート課題(4/16提出)---
他の動力発生方法と比較して、電気機械による動力発生の優れている点、劣っている点は何かを[1] 考え論じてください。そして、そのことと関係付けて、昨今の電気エネルギーに関する世の中の動きであなたが特に注目していることを挙げてください。

[2] 本講義への期待、要望があれば書いてください。

(A4レポート用紙半ページ程度で短く回答してください。レポートの最初に、学生証番号、氏名と提出日を明記してください。)

  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

2) 2012/04/16 月
電気機械の種類と分類、電気機械エネルギー変換の物理的基礎

4/23提出の第2回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

3) 2012/04/23 月
思考の上手な手抜き:磁気回路法によるモデリング
(変圧器の復習+電磁誘導における各種起電力)
午後の実験課題との関係: 変圧器と誘導機の等価回路と測定法

5/7提出の第3回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

4) 2012/05/07 月 

直流機: 直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機
他励直流機の結線と特性の比較 

5/21提出の第4回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
(5/14提出予定としておりましたが、5/14の講義内容を反映して復習を兼ねて再度お考えいただく方が学習効果が高まると思いますので、提出を5/21に延長します。ちょっと量が多く見えますが、段階的に解けるように枝問を構成していますので、引き続き教科書の5章および5/14の講義のノートを参照しつつ、挑戦してみてください。)

5) 2012/05/14 月 
各種自励直流機の結線と特性の比較+直流機まとめ
(複巻電動機・発電機 速度制御と弱め界磁 直流機の過渡現象の制御モデル)

第5回目の課題レポート: 05/07の記述をご覧ください。

6) 2012/05/21 月 誘導電動機I

三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 

変圧器と誘導電動機の関係(すでに4/23に説明済)
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)


補足資料を以下から入手し、必要に応じて良く学んでください。

三相巻線と回転磁界の関係の解説
古関が執筆した誘導電動機に関する基礎的な解説文(オーム社のハンドブックの元原稿)


5/28提出の第6回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

7) 2012/05/28 月  誘導電動機II
等価 回路に基づく特性計算 テブナンの定理とすべり--トルク特性
モデル同定のための測定法
誘導機の種類とエネルギーの流れ、円線図を用いた特性の表現
誘導機の始動法


6/04提出の第7回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
(問題文の一部を修正しました。)

8) 2012/06/04 月 誘導機III
誘導機の制御
空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)
三相巻線と進行磁界

板書の誤記修正:
本日前半の板書、効率計算の分子で (1-s)/s と書くべきところを (1-s)と誤記したとの御指摘を、講義終了直後にいただきました。ここにそのことをお知らせし、誤記のお詫びをいたします。確認し、ノートの該当部分を修正していただきますようお願いします。

 6/11提出の第8回目のレポート課題をこちらからご入手ください。
(公開が遅くなりましてすみませんでした。)

9) 2012/06/11 月 同期機I
三相巻線と同期発電機の原理
6/18 提出の第9回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

10) 2012/06/18 月
同期機II:構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用
6/25提出の第10回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

11) 2012/06/25 月 同期機 III  
特性のモデリング
測定法、 発電機と力系統 トルクの発生原理

7/02提出の第11回目のレポート課題をこちらからご入手ください。

12) 2012/07/02 月 同期機IV
同期電動機の種類とその特長、同期電動機: V特性と同期調相機
パワーエレクトロニクス入門の補足説明と7/30提出の第12回目(最終回)のレポート課題をこちらからご入手ください。(ファイルは暗号化されていますので、最初の講義で話したPWで開けてください。)


13) 2012/07/09 月  パワーエレクトロニクス入門
パワー半導体デバイス、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, オンオフ機能を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法,
オンオフ制御能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?

--) 2012/07/16  休日


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14) 2012/07/30 月 09:00-12:00 期末テスト @246
         自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

--- 本年度教科書指定---
☆☆☆☆☆仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
    演習問題の解答は追ってweb上に公開予定です。


以下の☆の数はあくまでも初心者向けという観点からの古関の個人的見解に基づくものです。

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>

☆☆☆☆:西方正司 基本を学ぶ電気機器 (オーム社 ISBN-978-4-274-21138-6)
(初学者に大変わかりやすく記述されている!)


☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)
(専門性の高いレベルまでコンパクトにまとめられている。)

電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

☆仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版



英語で基礎的なことが良く書かれている本(これは古関が大学院生の時に輪講のために購入したものですが、現在では入手が困難になっているようです。)
☆☆☆☆:
Fitzgerald/Kingsley/Umans: "Electric Machinery" International Student Edition, MacGrawHill

2011年5月9日月曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2011/07/24改訂)

「電気機器学基礎」


制御工学第一の予備的アナウンス訂正
前回講義の際に申し上げた1限の「制御工学第一」古関担当分の講義に関するアナウンスを訂正します。

7/18: 海の日 のため講義なし
7/25:速修 状態空間法入門
ということで、古関による制御工学第一の講義は7/25講義終了日1回のみとなります!


電気機器学基礎の講義は、月曜日の 10:15-11:45@245号教室で行います。本年度は、東日本大震災の影響に伴い、学務日程が変更となっているため5/9(月)開講です。

昨年度効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2011/05/09 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換、電気機器の種類と歴史、エレクトロニクスとパワー、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

---第1回目のレポート課題(5/14提出)---
電気エネルギー機械変換がわれわれの生活や産業界の世界で果たしている役割を述べよ。他の動力発生方法と比較して、電気機械による動力発生の優れている点、劣っている点は何かを考えそのことと関係付けて論じてみよ。今回の震災後の停電の経験を通じた考察を述べても良い。(A4レポート用紙半ページ程度で短く回答してください。レポートの最初に、学生証番号、氏名と提出日を明記してください。)

  ★講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があります。したがって、
(1) 学生証番号/氏名
(2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
(3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
(4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示すようにしてください。

サーバメインテナンス作業のためページの更新が遅くなりましたが、講義で示したスライドはこちらでご入手ください。(講義でアナウンスしたPWつきです。)
2) 2011/05/14 土 (月曜扱いの振替日)
電気機械の種類と分類、電気機械エネルギー変換の物理的基礎、思考の上手な手抜き:磁気回路法によるモデリング


三相巻線と回転磁界の関係の解説
古関が執筆した誘導電動機に関する基礎的な解説文オーム社のハンドブックの元原稿)

第2回演習問題(5/23講義時に提出)
本日の講義の中では二電力法の説明までで、十分な復習にはなりませんでしたが、単相変圧器の等価回路を導く経験をするという意味で、この演習問題を解いてみてください。

#) 2011/05/16 月  休講

3) 2011/05/23 月
直流機
直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直お流機
本日板書の不備があったことをお詫びします。その際十分ノートが取れなった方への補足です。

----------------------------------
直流機の欠点:
ブラシ・整流子があること 
(1) 整流子の構造は複雑 ---値段が高い、速度超過など機械的な擾乱に弱い
(2) 整流子、ブラシはまもう部品 --- 定期的な点検・保守作業が必要
(3) 整流子のために、直接トルク発生に必要な部分以外の体積/重量が必要 --- 出力密度が交流機と比較して小さくなる
----------------------------------



第3回演習問題(5/30講義時に提出)


4) 2011/05/30 月 直流機の結線の種類と特性の比較 


第4回演習問題(06/06講義時に提出)

講義の後で、教科書p98 図5.1の発電機と電動機の注は逆ではないかとのご指摘をいただきました。感謝します。
この本はまだ出版されたばかりで、随所に細かな誤りのチェックが潜んでいる可能性もありますので、ちょっとでも疑問に思ったら遠慮なくご質問、ご指摘をいただければありがたく存じます。引き続きよろしくお願いします。

5) 2011/06/06 月 
直流機の特性のまとめ+ 誘導電動機I
複巻電動機・発電機 速度制御と弱め界磁 直流機の過渡現象の制御モデル
三相対称交流と回転磁界 誘導機の単相等価回路 


第5回演習問題(06/13講義時に提出)
第5回目の演習問題の提出日を6/13に延期しました。

6) 2011/06/11 土(補講日)誘導電動機II
変圧器と誘導電動機
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)


7) 2011/06/13 月  誘導電動機III
等価 回路に基づく特性計算 テブナンの定理とすべり--トルク特性



6/11 出題予定であった第6回目演習問題は演習期間を1週間として、6/13にまとめて出題します。
==> お詫び この作業も遅れてしまいまいたので、第6回目のレポート提出期限を 6/27とし4題まとめて出題させていただきます。(6/17)

第6回演習問題(06/27講義時に提出)
(分量が2回分りますので、ぎりぎりに見て破綻しないようにご注意ください!)

8) 2011/06/18 土(補講日)誘導機IV
モデル同定のための測定法
誘導機の種類とエネルギーの流れ、円線図を用いた特性の表現
誘導機の始動法と制御

9) 2011/06/20 月 同期機I
(誘導機補遺:空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)) 
三相巻線と同期発電機の原理

10) 2011/06/27 月
同期機II:構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用


第7回演習問題(07/11講義時に提出)
(分量が2回分りますので、ぎりぎりに見て破綻しないようにご注意ください!)

#) 2011/07/04 月  休 講

11) 2011/07/11 月
同期機 III  特性のモデリング
測定法、 発電機と力系統 トルクの発生原理


第8回演習問題(07/16講義時に提出)


12) 2011/07/16 土 (月曜扱いの振替日) 同期機IV

同期電動機の種類とその特長、同期電動機: V特性と同期調相機
第9回演習問題(07/25講義時に提出)
上記のリンクが、サーバメインテナンスのため7/24にアクセス不能になっているというご指摘がありましたので、下記に予備のリンクを追加します。

第9回演習問題(<=上と同じファイルです 予備リンク 07/25講義時に提出)
同期電動機およびパワーエレクトロニクスに関する補足資料はこちらから

##) 2011/07/18 月 海の日


13) 2009/07/25 月  パワーエレクトロニクス入門 
パワー素子、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, 自己消弧能力を持たない素子と転流回路, 高調波問題と解析法, 
自己消弧能力を持つ素子とPWM, ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ
+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、
制御と電気機器の一般理論?


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14) 2009/08/01 or 08? 月 期末テスト自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

--- 本年度教科書指定---
☆☆☆☆☆仁田旦三・古関隆章:
 新・電気システム工学 電気機器学基礎 数理工学社 ISBN-978-4-901683-76-0 
(すでに生協書籍部に入荷済との連絡をいただいております。)
演習問題の解答は追ってweb上に公開予定です。

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>
☆☆☆☆「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)

電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

☆☆☆☆藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

英語で基礎的なことが良く書かれている本(これは古関が大学院生の時に輪講のために購入したものですが、現在では入手が困難になっているようです。)
☆☆☆☆:
Fitzgerald/Kingsley/Umans: "Electric Machinery" International Student Edition, MacGrawHill
電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2010/06/23改訂)
電気機器学基礎の講義は、月曜日の 10:15-11:45@245号教室で行います。本年度は4/5開講です。

2010年4月4日日曜日

電気電子工学科 学部3年生「電気機器学基礎」 (2010/06/23改訂)

電気機器学基礎の講義は、月曜日の 10:15-11:45@245号教室で行います。本年度は4/5開講です。

昨年度効果的であった講義のやり方を踏襲し、出席調査がわりの簡単なレポート課題を出題します。毎週このブログを良く見てください。

----本学期の講義予定----
回数 日 曜日 テーマ 内容

1) 2010/04/05 月 はじめに
電気-機械エネルギー変換、電気機器の種類と歴史、エレクトロニクスとパワー、電気機械エネルギー変換技術の社会的役割とその重要性、電気機器学の学問としての位置づけ

初回の講義に大勢お越しくださりありがとうございました。
本日のスライドのデータ、講義での説明の通り、暗号化してここから入手可能にしましたので、ご覧ください。来週は入学式のためお休みです。19日に再度お目にかかりましょう。
<==スライド配布資料の文字が見えないというご指摘がありました。そのために、みにくかった手書きの数式部分の補足説明ファイルをここに置きます。

---第1回目のレポート課題(4/19提出)---
電気エネルギー機械変換がわれわれの生活や産業界の世界で果たしている役割を述べよ。他の動力発生方法と比較して、電気機械による動力発生の優れている点、劣っている点は何かを考えそのことと関係付けて論じてみよ。(A4レポート用紙半ページ程度で短く回答してください。レポートの最初に、学生証番号、氏名と提出日を明記してください。)

<==引き続き4/26にも提出を受け付けます。 最初のレポートを拝見して:  第1回目のレポートを見て、何について論じているのか表題も無くいきなり書き始めているものが多く見られました。講義レポートといえども「読み物として完結」している必要があるでしょう。
 (1) 学生証番号/氏名
 (2) 表題(講義レポートの場合には問題文の再掲でも良い)
 (3) 内容(事実と意見コメントなどは明確に分けて書くのが良い)
 (4) (必要に応じ)参考文献リスト、参考資料の出典
などの基本的事項が、たとえ短い報告書であっても形式的に明確に示されている必要があると思います。

------------------------------------
2) 2010/04/12 月 入学式のため休講

3) 2010/04/19 月
電気機械の種類と分類、電気機械エネルギー変換の物理的基礎、思考の上手な手抜き:磁気回路法によるモデリング
次週以降の講義の順番を多少変更します。
第二回のレポート課題(4/26提出)はここからご入手ください(再訂正版)!(巻線抵抗rの定義がなされていないというご指摘があり4/22深夜に差し替えました。<==さらにお詫びと訂正: 既にいただいたレポート中で、問題文の重要な誤植(磁気抵抗のインバースの上付文字が書き落とされていたこと)が指摘されておりましたので訂正版に差し替えます。これに起因する採点上の不利は無いようにしますが、磁気抵抗に関わる次元が矛盾したままの答案が多くなってしまいましたので、今後の物理的な正しい理解のために御注意ください!)

4) 2010/04/26 月 直流機
直流電動機と発電機、同期機の特殊形としての直流機

5) 2010/04/30 金(月曜扱いの振替日)  直流機の結線の種類と特性の比較 

------第3回目の演習問題(5/10提出に変更しました!)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)
所属学科/学生証番号/氏名 

(1) 直流電動機、直流発電機の電機子巻線の定常状態の回路方程式を示し、それに基づき直流機におけるエネルギーの流れを説明せよ。

(2) (必要に応じて参考書などの記述を参照しつつ)他励直流機の界磁巻線(field winding)、電機子巻線(armature winding)の結線方法を図示し、(1)で示した回路方程式に基づき、その結線をした場合の発電機(generator)としての負荷特性(回転数一定、界磁電流をパラメータとし、横軸--負荷電流、縦軸--電機子電圧の関係を示すグラフ)、および電動機(motor)としての負荷特性(電機子電圧を一定、界磁電流をパラメータとし横軸--機械トルク 縦軸--回転数の関係を示すグラフ)を描いて簡潔に説明せよ。

補足説明:4/30の講義中の最後に質問のあった他励直流電動機(motor)の負荷特性(電機子電圧を一定、界磁電流をパラメータとし横軸--機械トルク 縦軸--回転数の関係を示すグラフ)についての質問は、ご質問者の誤解に基づくもので、トルクの式を用いて電機子電流I_aを表現し、それを電機子巻線の回路方程式に代入して、I_aを消去しトルクと、界磁電流および負荷トルクの式を書くことで、講義で示したような綺麗な直線の特性が得られることをご納得いただきました。
----------
皆さん良い連休を!

6) 2010/05/10 月 直流機の特性のまとめ+ 誘導電動機I

------第4回目の演習問題(5/17提出: 5/13修正)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)

所属学科/学生証番号/氏名 

(1) (必要に応じて参考書などの記述を参照しつつ)分巻直流電動機および直巻直流電動機の界磁巻線(field winding)、電機子巻線(armature winding)の結線方法を図示し、その回路方程式に基づき、これらの結線を施した場合の負荷特性(電機子電圧を一定として、横軸--機械トルク 縦軸--回転数の関係を 示すグラフ)を描き、その動作特性を簡潔に説明せよ。

(2) 誘導電動機について(5/13追記)
三相対称交流の復習と進行波形成の確認
V_1(x,t)=V_0 cos(x)*cos(wt)
V_2(x,t)=V_0 cos(x-2/3*%pi)*cos(wt-2/3*%pi)
V_3(x,t)=V_0 cos(x+2/3*%pi)*cos(wt+2/3*%pi)

この3つを重ねあわせた V_total(x,t)=V_1+V_2+V_3
が進行波となることを示せ。 図として表現する方法についてはこちらを参照

(3) 自習のために
誘導機の単相等価回路を示せ。(図示して簡単な説明を付け加えるのみでよい。)

[参考] 誘導機の定常特性は変圧器に似た単相等価回路を用いて議論され、特性測定法などもそのモデルに基づいて決められているが、その等価回路自身の導出は必ずしも自明ではない。講義ですべて説明するには分量が多すぎることもあり、講義の中では説明を省略する。その詳細な導出過程については
この記述を参照せよ。この資料では、5.3.61式までで、三相交流により進行波=回転磁界が形成されるという基本から単相回路回路の導出を説明している。

----------

7) 2010/05/17 月  誘 導電動機II
交流における 電気機械エネルギー変換入門 :(回転系を中心とした)古典力学と電磁気の復習、思考の手抜きの技術としての電気回 路、多相交流、三相巻線と進行磁界、回転磁界の数学的表現方法、力とトルク、その物理的意味、誘導機の原理と特長、誘導機の構成

------第5回目の演習問題(5/24提出: 5/18出題)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)

所属学科/学生証番号/氏名 

(1) 端子電圧と一次電圧が一定のときの誘導機の速度、トルク特性の典型的な概形を示し、同期速度、臨界トルク、始動トルク、定格動作点、すべりなどの主要な用語を、そのグラフとの関係の中で説明せよ。

(2) 講義の中では直接説明していないが、誘導電動機の二次側(回転子)の構造には、巻線形二次導体、かご形二次導体がある。参考書、WEBの記述などを参照し、それらの構造上の特徴と長短を説明せよ。

(3) (予習)参考書などを参照に、誘導電動機の定常特性を表現する1相あたりのT形等価回路を書き、変圧器の等価回路との類似点、相違点を説明せよ。
(ヒント:この等価回路の二次側回路において、二次回路の抵抗によるジュール損と機械出力が各々どのような形で表現されているか?)

8) 2010/05/24 月   誘導電動機III (項目を整理しました!)
変圧器と誘導電動機
誘導電動機の原理と等価回路(=T型、π型等価回路)
等価 回路に基づく特性計算

------第6回目の演習問題(5/31提出 5/24出題)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)

所属学科/学生証番号/氏名 

[1] 誘導機の単相あたりの等価回路を図示し、この回路の二次電流をテブナンの定理を用いて簡単に計算する手順を示せ。そして、その手法を用いてギャップを介して二次側に伝達される電力を計算せよ。また、この電力の物理的意味を講義ノートを参照して説明せよ。

[2] 予習:誘導機等価回路の式を用いて、一次周波数一定の電圧源で駆動される誘導機のトルク--すべり特性(あるいはトルク--速度特性)が、二次抵抗を変化させることでどのように変化するかを説明せよ。この性質を利用し、巻線形誘導機の始動時の円滑な加速のために、どのような工夫がされるか。

-------

9) 2010/05/31 月 誘導機IV
モデル同定のための測定法
誘導機の種類とエネルギーの流れ、円線図を用いた特性の表現
誘導機の始動法と制御

------第7回目の演習問題(6/6提出 5/31出題)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)

所属学科/学生証番号/氏名 

[1] 誘導機の単相T形等価回路を書き、(実験書や参考書の記述を参照しながら)この等価回路の定数を定める(=モデル同定)のための、基本的な試験法とその測定結果を用いた定数の具体的算出方法を簡潔に説明せよ。

[2] (参考書やウェブの関連ページなどを参照しつつ、)講義で簡単に触れた誘導機の円線図の概形を描け。ただし、一次側抵抗値は近似的にゼロとして良い。特に、s=0, 1, ±∞の動作点が、その円上のどこに位置するか記入し、その動作点の意味を説明せよ。

[3] かご形二次導体を持つ誘導機の場合、「比例推移特性」を生かし始動の円滑化を図るために、どのような原理/方法が用いられているかを説明せよ。

10) 2010/06/07 月  同期機I
(誘導機補遺:空間高潮波とゲルゲス現象などの諸注意、単相誘導機(小型誘導機)) 
三相巻線と同期発電機の原理

------第8回目の演習問題(6/11出題 6/14の講義時に提出)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)
所属学科/学生証番号/氏名 

(1) 小電力用単相誘導モータにおいて、どのようにして回転磁界を得るかという点を中心に、その原理と方式を説明せよ。

(2])交流巻線の空間高調波低減方法について述べ、巻線係数の意味を説明せよ。

11) 2010/06/14 月   同期機II
構造と分類, 同期機の機能, 電機子反作用

------第9回目の演習問題(6/16出題 6/21の講義時に提出)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)
所属学科/学生証番号/氏名 

(1) (参考書を参照しながらの予習:)同期発電機(円筒機)の準定常状態における1相あたりの等価回路を示し、負荷の力率が1である場合の、内部起電力、端子電圧と、負荷電流、電機子巻線抵抗と同期リアクタンスによる電圧降下の関係をフェーザ図を描いて示せ。

(2) 上と同様に、負荷電流の力率がゼロ(遅れ負荷電流、進み負荷電流の場合のそれぞれについて)フェーザ図を描け。ただし、この図では電機子巻線抵抗は十分小さく無視できるとしてよい。これらの図から進みの負荷電流をとる場合には、電機子反作用が増磁作用になることを説明せよ。


12) 2010/06/21 月 同期機 III  電機子反作用、特性のモデリング

最初に説明をした、負荷電流が力率1および力率0(電機子反作用による減磁作用、増磁作用)のフェーザ図でおいていたモデル簡易化のための仮定は

(1) 電機子巻巻線の抵抗 r_aは無視できるほど小さい、
(2) 同期リアクタンスX_sの中で、漏れリアクタンスはきわめてわずかで、同期リアクタンスのほとんどは電機子反作用リアクタンスであると考えてよい、
の2つでした。(講義後に、質問に来た方から、あとの説明との関係が明確でないという指摘がありました。良いご質問ありがとうございました。)

------ 第10回目の演習問題(6/23出題 6/28の講義時に提出)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)
所属学科/学生証番号/氏名

(1) 6/21の講義ノートを復習し、円筒形同期発電機のフェーザ図の描き方を確認せよ。(これは特にレポートに記載する必要はない。)そして、同期発電機の(準)定常状態を表現する単相等価回路を描き、内部起電力、電機子反作用の影響を考慮するために等価回路の中に含める同期インピーダンスとして考慮する各インピーダンスについて簡単に説明せよ。

(2) 参考書の該当する記述を参考にしつつ、突極機のフェーザ図を描け。また、突極機において、直軸リアクタンスと横軸リアクタンスが一般に異なる値をとるのはなぜかを簡潔に説明せよ。

----

13) 2010/06/28 月 同期機IV
測定法、 発電機と力系統 トルクの発生原理、

------ 第11回目の演習問題(6/29出題 7/05の講義時に提出)------
(必 ずしも問題文を書き写す必要はないですが、レポートには何について論じているのか、テーマを最初に書くことが必須です。)
所属学科/学生証番号/氏名

(1) (参考書のp142ページなどの記述を参照しつつ)同期電動機の界磁電流を調整することで電機子電流の力率が調整できる原理を説明せよ。同期機のV特性といわれるグラフを示し、その原理を説明せよ。

(2) 6/28の講義で扱った電力の式に基づき、(電機子巻線の抵抗が十分小さいという前提のもとでの)突極機のトルクの式を示せ。その右辺第二項を積極的に利用したモータをリラクタンスモータという。リラクタンスモータの長所と欠点を述べよ。

-------
7/5の講義は最後のコマとなるため、板書を行う時間が十分にないことが予想されます。
そこで、この講義ノートを投影する形で説明を迅速に進めたいと思います。
(約400kB PWつき 初回の講義で通知したとおり、k####0です。)

7/12を休講とせざるをえないため変則的な加速を伴う進め方となりますことをお詫び申し上げます。

14) 2010/07/05 月
同期機補足:
同期発電機の並行運転 同期電動機の種類とその特長、同期電動機: V特性と同期調相機
パワーエレクトロニクス入門 I
パワーエレクトロニクス入門I: パワー素子、信号処理とパワーのエレクトロニクスの相違、DC/DC, AC/DC, AC/AC, DC/AC変換, 自己消弧能力を持たない素子と転流回路


15 ) 2010/07/12 月  パワーエレクトロニクス入門II
高調波問題と解析法, 自己消弧能力を持つ素子とPWM,
ACモータのインバータによる可変速駆動, サーボモータ

+電気駆動制御と座標変換
制 御 同期機の原理と直流機の関係
エネルギー流れの理解、過渡現象の理解、制御と電気機器の一般理論?
制御工学との関係:定常現象と過渡 現 象、産業応用の話題(電機駆動とモーション制御)、
機器設計に伴う諸問題==> 電磁界数値解析(上記リンクの説明のみで概ね斜字で示したこの発展部分は省略とします。)

休講予定: ==> すみません。
講義の進度に応じ、適宜補足説明をこの部分に掲載する予定です。

電気機器学基礎の講義の範囲を超えますが、4年夏学期の堀教授の「モーションコントロール」の講義などで習う、回転機械の一般的な座標変換を用いた永久同期形モータの「速い制御」の考え方をまとめた資料を、参考のためここにご提供します。この資料では、制御および過渡現象のシミュレーションを、MatlabのSimulinkというツールを用いて、古典的な電流フィードバック制御器、速度フィードバック制御器、位置フィードバック制御器を順を追って設計する方法をまとめています。

16) 2010/07/22 木 13:00-14:40  期末テスト
自分で書いたA4の紙1枚持ち込み可能

--- 本年度教科書指定---
「エレクトリックマシーン & パワーエレクトロニクス」
エレクトリックマシーン&パワーエレクトロニクス編集委員会 編/森北出版(定価 2800円)

---推薦参考書----
<入門書として初学者に読みやすいもの>

☆☆☆ 電気学会 多田隈他:「電気機器学基礎論」

藤田:「電気機器」 森北出版
(amazonでは5つ星がついています!)

<一般的なもの>
☆☆☆☆☆:(株)日立製作所総合教育センタ技術研修所編
「小形モータの技術」 オーム社
メーカのエンジニア養成を目的に書かれていますのでわかりやすく実用的です。電気自動車や有限要素法による特性計算の話題までカバーしますので、基礎的な知識を広く身につける意味でお薦めです!

電気学会 「電気機械工学」「電動機制御工学」

仁田他: 「大学課程 電気機器(1)」 オーム社
(これは昨年まで準教科書として用いていた書籍です。現在、名誉教授の仁田丹三先生が、数理工学社から出版予定の教科書を執筆準備されています。)


<専門性の高いもの>
本ブログでも詳しく紹介した電磁気と制御の応用を統一的に解説した優れた参考書
(必ずしも電気機器学の伝統的な構成にそって記述されているものではありません。)
☆☆☆:坂本哲三 著 「電気機器の電気力学と制御」 森北出版

英語で基礎的なことが良く書かれている本(これは古関が大学院生の時に輪講のために購入したものですが、現在では入手が困難になっているようです。)
☆☆☆☆:
Fitzgerald/Kingsley/Umans: "Electric Machinery" International Student Edition, MacGrawHill

2009年8月16日日曜日

090816 2009年度電気機器学基礎採点結果と講評




 期末テストを下記のとおり毎週レポートの延長上の問題設定にし、さらに例年とあまり変わらない問題としました。問題のレベルとしては工業高校卒業生を対象とする電気主任技術者第三種試験の電気機器の国家試験よりはやややさしい程度かと思います。
 持込可とした割には期末テストの得点は平均的に予想外に低かったというのが正直な感想です。(一説には、持込可とするから準備が不十分となり得点が低くなるという話もありますが...)
 そこで、通常のレポート点の配分を例年よりは大きめの割合で評価すべく設定をし、下記のような総合得点分布及び判定といたしました。
 普段のレポートを出さず、一発勝負に賭けても、期末テストでそれなりに得点をすれば勝負できる環境にしましたが、それにも関わらず、毎週のレポートを出さずに単位を取れた人は結果的に皆無でした。やはり学習は通常からの地道な蓄積がものを言うということを実感させられる結果となりました。一方、普段の抗議に参加しながら期末テストを受験しなかっ人が2人いたのは、もったいないことで残念だったと思います。
 単位を取得できた人でも、答案の内容を見ると半数以上の人は基本的な物理的理解が不十分のように思います。電気機械エネルギー変換は技術の基本ですので、今後の講義や実験などの場を通じて、さらに理解を深めるよう不断の努力を望みます。

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期末試験各問についてのコメント
[1] 同期機

(1) 同期機(円筒機)の定常状態における等価回路を示し、(発電機として)その定数を定めるための基本的な測定法を説明せよ。

これは大変基本的な問題で全員満点を期待しましたが、同期機と誘導機の区別がついていない人が3割くらいいることに驚きました。


(2) 同期電動機のV特性について説明し、そのような特性が得られる原理をフェーザ図を用いて説明せよ。


持ち込み可であったため、なんとなくそれらしい図を示せた人がほとんどでしたが、フェーザ図との関係で、論理的定量的な議論を展開できた人とそれができなかった人の間で大きな差が出ました。


[2] 誘導電動機

三相誘導電動機の1相あたりの等価回路を想定する。講義で述べたとおり鳳-テブナンの定理を用いて一次側の回路を簡略化する計算技法を経て、一次側相電圧 、同期角周波数 およびすべり の関数として、トルクを導く。簡単のため、ここでは主磁束による鉄損は無視する。

(1) この等価回路定数を定めるための基本的な測定法を、(実験室での経験を思い出しながら)説明せよ。

これは実験で経験したことを素直に記せば半分以上は取れる問題だったはずですが、まったく頓珍漢なこと、計測としてまったく意味をなさない記述を書いた人が2割くらいいました。また、電機子、界磁など、誘導機とは無関係のことを書いた人も2-3名いました。思い当たる人は深刻に反省をする必要があります。


(2) 誘導機のトルクとすべり関係式に基づき、駆動電源の電圧、 周波数を一定とし、すべりが -1から2からまで変化する場合の、典型的なすべり---トルク曲線の概形を示せ。すべりの大きさでこの機械の動作状態を分類し、各々の状態における動作、エネルギーの流れに関して説明せよ。


 これは講義でかなり力を入れて説明したところですので、講義に出席していた人は、最低限何となく正解に近い分はかけていたようです。すべりが負になったときのトルク特性が正しく書けていない人が目立ちました。


(3) トルクの式に基づき、二次抵抗が変化した場合の、すべり---トルク曲線の比例推移特性について説明せよ。そして、その誘導機の始動方法との関係を論じてみよ。(ヒント: 始動に関しては、かご形と二次巻線形に分けて論じる方が解答しやすいと思われる。)


 比例推移特性の物理的理解に基づく説明と、始動時の二次抵抗を積極的に大きくする方法について、巻線形とかご形を分けて説明ところがポイントでした。誘導機の円滑な始動のためにstar-△切替がテキストには説明されていますが。これは一次側から見た機械全体のインピーダンスを始動時に想定的に大きくして始動電流を抑制する手段ですので、二次抵抗変化とは直接関係しないことに注意してください。
(したがって、この部分の回答にstar-△結線切替について述べた解答は積極的に減点対象としました。)

[3] 直流機
4kW 100Vの定格を持つ直流機がある。この電機子抵抗はr=a=0.1 ohmとする。回転数1500rpm一定の速度で外部から回転させたときの他励発電機としての電機子巻線の無負荷端子電圧が、界磁電流の関数として下の図のように計測されている(図はこのHPでは省略)。(以下の(1)(2)では、グラフを描く根拠とした回路図や式も併記せよ。)

(1) この直流機を他励の発電機として用いる。同期モータを駆動源として1500rpmで回転させたとき、 界磁電流と設定した場合における電機子電流と電圧との関係を3本のグラフに示せ。


直流機の定常特性は、基本原理さえ理解していれば、加減乗除(中学1年生の数学)で記述できるものですので、もっとできてほしかったです。特に、エンジアリングセンスの問題として、発電機の出力電圧は界磁電流が一定ならばほぼ一定、負荷電流を取ればとるほど端子電圧が微小に下がるということは計算するまでもなく理解してほしいところですが、負荷電流をとるほど端子電圧が上がるような図を描いた人がいたのは大変残念です。また、式は正しく書けていても、数値のオーダが過大であった(電機子電流数百Aのグラフを書いたりしている)人も大きく減点しました。4kW定格で100Vならば、電流は40A前後としてその周辺で特性計算するという常識を持って欲しいと思います。エンジニアリングは式の形のみならず、数値を大切にすることも重要です。             


(2) この直流機を分巻電動機として用いる。電機子巻線をの一定電圧源に接続したとき、界磁電流をと3通りに変化させた場合の回転数とトルクとの関係を3本のグラフとして示せ。


これは前問に比べると、やや複雑ですが、やはり直線のグラフになることくらいは気づいて欲しかったです。
                             

(3) 直巻直流機の速度--トルク特性を考え、上記の分巻電動機と比較し、その特徴について自由に論じよ。


直巻直流機という始動時に大きな電機子/界磁電流を流して始動トルクを自然に大きく取るという車両駆動用の特殊なモータの特性について、よく復習してください。

[4] パワーエレクトロニクスの基礎


(1) パワーエレクトロニクスが車両などの可変速駆動にもたらした影響について知るところを述べよ。


 これは、電気技術者の基礎的教養として、講義中にかなり具体的説明を加えましたが、あまり良い理解は得られていないという印象を受けました。今後のパワーエレクトロニクス、応用電気工学、モーションコントロールの講義などでも、技術の歴史的経過を意識的に注意深く学んで欲しいと思います。


(2) 単相交流を全波整流する回路を、ダイオード4つを用いて構成する。その回路図を示し、基本的動作を説明せよ。


 単相整流回路は、パワーエレクトロニクスの基本中の基本ですので、回路図、回路の基本動作の説明、直流側・交流側の基本的な電圧、電流波形を相互に関連付けてきちんと書けることは、電気技術者として不可欠な基礎学力だと思います。


(3) (2)のダイオード4つをサイリスタに置きかえると、出力電圧の制御を行うことが可能となる。その動作を説明し、これを例に「点弧角を用いた電圧制御」の原理と問題点を述べよ。


「問題点」については、高調波のことと、交流側から見た力率の悪さの2つに言及してくれることを期待しておりました。
力率と効率の違いが理解できていない人は大きく減点しました。 また、点弧角を点呼角と書いた人も減点しました。 点弧核が90度を越えると、直流側から交流側に電力が流れることになることを問題とした人もいましたが、これはむしろインバータ動作として積極的に用いる機能ですので、問題というよりは、サイリスタ・フル・ブリッジ回路の重要な特長と捉えるべきだと思います。