解説 - 問題 3

この設問は、電動機の部分負荷特性と、複数の電動機を運用する際の省エネルギー対策に関するものです。

正解は [ア] 稼働台数の調整 です。

電動機は一般に、定格負荷に近い領域で最も効率が高く、負荷が低くなるほど効率が低下するという特性を持っています。これは、電動機を駆動するために必要な無負荷損（鉄損、機械損など）が負荷の大小にかかわらずある程度発生するためです。

「複数の電動機を使用するとき」に、全体の効率を高めるためには、それぞれの電動機が効率の良い運転点（比較的高い負荷率）で運転されるように調整することが重要です。

もし必要な負荷が小さい場合、全ての電動機を部分負荷（例えば20%や30%の負荷率）で運転すると、個々の電動機の効率は大幅に低下し、結果として電動機全体の総合効率も低くなります。これに対し、一部の電動機を停止させ、残りの電動機をより高い負荷率で運転させることで、停止した電動機の無負荷損がなくなり、運転中の電動機は効率の良い領域で運転されるため、電動機全体の総合効率を向上させることができます。

このため、『基準部分(工場)』で求められている「【11】及び負荷の適正配分」とは、負荷に応じて運転する電動機の台数を適切に調整し、各電動機が効率の良い負荷率で運転されるように負荷を配分することを意味します。

入力電圧の調整は、電動機の特性（回転速度、トルク、電流など）に影響を与えますが、必ずしも効率向上に直結するものではありません。電動機は特定の定格電圧で最高の効率が得られるように設計されています。定格電圧から大きく外れる電圧で運転すると、通常は効率が低下したり、過大な電流が流れたり、巻線温度が上昇したりするリスクがあります。特に低負荷時において、電圧を下げることで効率が改善されるケースもありますが、一般的に「稼働台数の調整」ほど汎用的な効率向上策ではありません。

力率の調整（力率改善）は、主に配電系統全体の省エネルギーと品質維持に寄与します。力率が低いと、同じ有効電力を供給するために必要な皮相電力が大きくなり、電流が増加します。これにより、配電線や変圧器での電力損失（ジュール熱損失）が増加し、電圧降下も大きくなります。進相コンデンサを設置して力率を改善することで、これらの損失を低減し、設備の有効利用率を高めることができます。

しかし、力率改善は、個々の電動機自身の「電気入力から機械出力への変換効率」を直接的に向上させるものではありません。力率は、あくまで電気設備全体から見た電源への負担や送電効率に関わる指標です。設問の趣旨は「電動機全体の効率」を高めることであり、これは電動機自体の変換効率に関わる部分負荷特性と稼働台数の関係に焦点を当てています。そのため、力率の調整は目的が異なります。