磁気の応用｜モーター・発電機・渦電流【電験三種 理論】

💡 可逆性を覚えておこう

モーターの軸を外部から回すと → 発電機になる

発電機に電流を流すと → モーターとして回る

電験「機械科目」では、この可逆性がよく出題されるで！

💡 なぜ正弦波になる？

コイルが回転すると、磁束との角度が変化する。

cos ωt を微分すると -sin ωt になる。

だから誘導起電力は sin ωt の形（正弦波）になるんや！

💡 50Hz地域と60Hz地域

東日本：50Hz、西日本：60Hz

これは明治時代に導入した発電機の違いが原因。

発電機の回転数で周波数が決まるから、統一できなかったんや。

💡 ヒント

公式の中で ω が何乗で入っているか確認しよう。

💡 左手と右手の使い分け

左手：モーター（電流→力）= 電気→運動

右手：発電機（運動→電流）= 運動→電気

「モーターは左」と覚えよう！

💡 逆起電力の役割

逆起電力 E は「自然なブレーキ」のようなもの。

回転が速くなる → E が大きくなる → 電流が減る → 加速が止まる

これで一定速度で安定して回転できるんや。

💡 なぜ交流専用？

変圧器は「磁束の変化」で動作する。

直流は一定電流 → 磁束が変化しない → 誘導起電力ゼロ！

だから変圧器は交流でしか使えないんや。

💡 ヒント

電圧比 = 巻数比を使おう。

N₂ < N₁ だから、これは降圧変圧器やな。

💡 吸引力の公式を覚えよう

F = B²S/(2μ₀) は磁気エネルギーから導出できる。

B が2倍になると、力は4倍！

だから強力な電磁石には高い磁束密度が必要なんや。

💡 IH調理器の仕組み

コイルに高周波電流を流す → 交番磁界が発生

→ 鍋底に渦電流が流れる → 鍋自体が発熱！

火を使わないのに加熱できる理由がこれや。

💡 渦電流ブレーキの特徴

① 非接触 → 摩擦がない、摩耗しない

② 速度に比例したブレーキ力 → 滑らかに減速

③ 完全停止は難しい → 摩擦ブレーキと併用

💡 ヒント

公式の中で B が何乗で入っているか確認しよう。

💡 磁束 Φ が主役！

磁気の世界では Φ [Wb] が中心概念。

静電気の電荷 Q に相当するのが磁束 Φ やな。

この関係図を頭に入れておくと、公式が自然とつながるで！

💡 試験での出題パターン

① F = BIl の基本計算

② 平行電流の力の向き（同方向→引力）

③ 電磁石吸引力の B² 依存性

④ e = Blv の運動起電力

💡 鉄損の周波数依存性

ヒステリシス損 Pₕ ∝ f（1乗）

渦電流損 Pₑ ∝ f²（2乗）

高周波になると渦電流損が急増する！これが試験によく出る。

💡 ヒント

各機器の原理と、損失の周波数特性を確認しよう。

💡 理論科目での磁気の位置づけ

静電気 → 直流回路 → 磁気 → 交流回路

磁気は「機械科目」の変圧器、モーター、発電機の基礎！

ここをしっかり押さえておくと、機械科目が楽になるで。

💡 磁気の世界、完全制覇！

磁気は「見えない力」を扱う分野。

でもこの10講座で、その仕組みが全部見えるようになったな！

電験合格に向けて、次のステップへ進もう！

💡 今日のまとめ

電気機器は電磁誘導と電磁力の2つが基本原理。

発電機とモーターは表裏一体、変圧器は相互誘導の応用。

磁気の知識を武器に、次は交流回路や機械科目へ挑戦や！