電験二種「機械」の出題ポイント解説【頻出テーマ総まとめ】

第二種電気主任技術者（電験二種）一次試験「機械」の出題ポイントを総まとめ。回転機（直流機・誘導機・同期機）、変圧器、パワーエレクトロニクス、自動制御、照明・電熱・情報処理の5大テーマを、電験三種より深い水準（伝達関数・ボード線図・PWM制御・並行運転条件）で体系的に解説します。

※受験料・試験日程・合格基準等は改定される場合があります。最新情報は必ず電気技術者試験センターの公式情報でご確認ください。

機械で問われる5大テーマ

直流機: 構造（界磁・電機子・整流子・ブラシ）。誘導起電力 E=K·Φ·N。トルク T=K·Φ·I_a。電機子反作用で磁束分布が歪み転流不良→補極・補償巻線で対策
直流機の特性: 他励・分巻（定速度）・直巻（始動トルク大、無負荷では暴走）・複巻。速度制御は界磁制御・電機子電圧制御・抵抗制御
誘導機（三相誘導電動機）: 同期速度 Ns=120f/p（p:極数）。すべりs=(Ns-N)/Ns。二次入力P₂、機械出力P_o=(1-s)P₂、二次銅損P_c2=s·P₂
誘導機のトルク: T=(1/ωs)·(s·E₂²·r₂/((r₂)²+(s·x₂)²))。最大トルク時のすべり s_m=r₂/x₂、最大トルクは r₂ に無関係
誘導機の始動: 全電圧（直入）・Y-Δ始動（電流1/3）・始動補償器・二次抵抗始動（巻線形）・インバータ始動
同期機（同期発電機・電動機）: 電機子反作用（負荷力率で変化：遅れ力率→減磁、進み力率→増磁）。短絡比 Ks=I_fo/I_fs、%同期インピーダンス Z_s%=100/Ks
同期発電機の並行運転条件: 起電力の大きさ・周波数・位相・波形・相回転が一致すること
同期電動機の特徴: 一定速度（同期速度）回転、力率を任意に調整可（V特性曲線）、始動トルクなし→始動には補助巻線等が必要

等価回路: 一次巻線抵抗r₁・漏れリアクタンスx₁、二次を一次換算したr₂'・x₂'、励磁回路（励磁コンダクタンスg₀・励磁サセプタンスb₀）
電圧変動率: ε≒p·cosθ+q·sinθ（p:%抵抗降下、q:%リアクタンス降下、θ:負荷力率角）
効率: η=出力/(出力+鉄損+銅損)。最大効率は鉄損=銅損のとき。鉄損は一定、銅損は負荷率²に比例
並行運転条件: 極性一致／変圧比一致／%インピーダンス一致／結線（位相変位）一致が必須
三相結線: Δ-Δ（一台故障時V結線継続可、容量√3/3）／Y-Y（中性点接地可・第三高調波問題）／Δ-Y（昇圧用）／Y-Δ（降圧用）。V結線は三相変圧器2台運転で容量=単相容量×√3
単巻変圧器: 一次・二次巻線の一部を共用。共通容量と固有容量の比で経済的

パワー半導体素子: ダイオード・サイリスタ（位相制御）・GTO・IGBT（電圧駆動・高速スイッチング・主流）・パワーMOSFET・SiC/GaN（次世代）
整流回路: 単相半波・単相全波（ブリッジ）・三相半波・三相全波。直流平均電圧単相全波 Ed=2√2·E/π、三相全波 Ed=3√2·V_LL/π（V_LL:線間実効値）
位相制御整流: 制御角α、直流電圧 Ed=Ed₀·cosα。インバータ動作（90°<α<180°）で電力を交流側へ回生
チョッパ回路: 降圧チョッパ（バック） Vo=D·Vi、昇圧チョッパ（ブースト） Vo=Vi/(1-D)、昇降圧チョッパ。D=オン時比率
インバータ: 直流→交流変換。電圧形（VSI）・電流形（CSI）。PWM制御で出力電圧・周波数を可変。VVVFで誘導電動機の可変速駆動
PWM制御: 三角波キャリアと変調波の比較でスイッチング。低次高調波抑制・正弦波近似

照明: 光束F（lm）・光度I（cd）・照度E=I/r²·cosθ（lx）・輝度L（cd/m²）。光源効率 lm/W（LED 100〜200・蛍光灯50〜100・白熱10〜20）
光源: LED（長寿命・省エネ）・蛍光灯（インバータ式）・HID（メタルハライド・高圧ナトリウム）・白熱電球
電熱: 抵抗加熱（直接・間接）・誘導加熱（IH）（高周波磁界で渦電流発熱、表皮効果）・誘電加熱（高周波電界で誘電体損、電子レンジ）・アーク加熱・電子ビーム加熱
論理回路: AND・OR・NOT・NAND・NOR・XOR。ド・モルガンの定理・カルノー図で簡略化。順序回路（フリップフロップ・カウンタ）
情報処理: 進数変換（2進・16進・10進、2の補数）・浮動小数点・コンピュータ構成（CPU・主記憶・キャッシュ・I/O）・パイプライン・割込み