電験三種【機械】合格のための頻出パターン分析！直近6回の過去問から傾向と対策を徹底解説

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「機械が一番難しい」

電験三種の4科目の中で、受験生が最も苦手意識を持つのが機械科目です。範囲が広すぎて、どこから手をつけていいかわからない——そう感じている方は多いと思います。

私自身もそうでした。直流機・誘導機・同期機・変圧器・パワーエレクトロニクス・照明・電熱・自動制御・論理回路と、9つもの分野が詰め込まれています。

ただ、電気技術者試験センターが公開している令和5年度〜令和7年度の直近6回分の機械科目を実際に分析してみると、出題の構造はかなり規則的であることがわかりました。

補足： 電験三種がCBT方式・年2回実施となったのは令和5年度からです。今回の分析は最新の令和7年度下期（2026年3月実施）までの6回分を対象としています。

この記事では、その分析結果をもとに 「何を、どの順番で、どこまでやるか」 を具体的に解説します。

📖 この記事の使い方 最初から通読するより、苦手なパターンだけ開いて公式・注意点を確認する辞書的な使い方が合っています。試験前日の最終確認にも活用してください。ある程度学習が進んだ方を想定しているため、各公式の導出は省略しています。

機械科目の「構造」を先に理解する

理論との決定的な違い

まず、理論と機械の違いを理解することが重要です。理論はほぼ全問が計算問題ですが、機械は 「知識問題」と「計算問題」が混在しています。直近6回の分析では、A問題14問のうち約半数は穴埋め形式の知識問題でした。

問番号	主なテーマ	出題形式
問1	直流機（構造・特性・知識）	📖 知識
問2	直流電動機の計算	🧮 計算
問3	誘導機（原理・速度制御・知識）	📖 知識
問4	誘導電動機の計算	🧮 計算
問5〜6	同期機（発電機・電動機）	📖 知識＋🧮 計算
問7	電気機器の共通知識・損失	📖 知識
問8〜9	変圧器	📖 知識＋🧮 計算
問10	パワーエレクトロニクス	📖 知識＋🧮 計算
問11	電動機応用（減速機・巻上機）	🧮 計算
問12	電熱・照明	🧮 計算
問13	自動制御	📖 知識＋🧮 計算
問14	論理回路・情報処理	📖 知識
B問題問15	誘導機または変圧器・同期機	🧮 計算（10点）
B問題問16	チョッパ・インバータ・整流	🧮 計算（10点）

類似問題の再出題率が高い

直近6回の分析で、同じ計算パターンが繰り返し出題されていることがわかりました。特に直流電動機の回転数計算（問2）や降圧チョッパの計算（B問題）は、数値を変えただけの類似問題が非常に高い頻度で再登場します。過去問を制する者が機械科目を制すると言っても過言ではありません。

出題頻度ランキング（直近6回分析）

テーマ	6回中	形式	優先度
直流機	6/6回	📖🧮	🔴最優先
誘導電動機	6/6回	📖🧮	🔴最優先
変圧器	6/6回	📖🧮	🔴最優先
チョッパ・インバータ	6/6回	🧮	🔴最優先
電動機応用（減速機・巻上機）	6/6回	🧮	🔴最優先
同期機	6/6回	📖🧮	🟠高優先
自動制御	6/6回	📖	🟠高優先
論理回路・情報処理	6/6回	📖	🟡中優先

最重要パターン①：直流電動機の計算【問2に毎回登場】

問2には毎回、直流電動機の回転数・効率・電機子抵抗を求める計算問題が出題されます。「磁束一定」という条件がある場合とない場合で式の使い方が変わるため、条件の読み取りが得点の分かれ目になります。

使う公式

電機子の誘導起電力：$E = V - I_a \times R_a$
回転数と起電力の関係：$E \propto n$ （磁束一定のとき $\frac{n_2}{n_1} = \frac{E_2}{E_1}$）
電磁電力（変換電力）：$P = E \times I_a$
効率（基本形）：$\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}}$

記号	意味	単位
$E$	電機子の誘導起電力	V
$V$	端子電圧	V
$I_a$	電機子電流	A
$R_a$	電機子抵抗	Ω
$n$	回転速度	min⁻¹（rpm）
$P$	電磁電力	W
$\eta$	効率	—

Technical Note $EI_a$ は電機子で発生する電磁電力です。試験問題で「機械損・鉄損を無視する」という条件がある場合、これがそのまま「軸出力（機械出力）」となります。摩擦損などの指定がある場合は差し引く必要があるため、問題文の損失条件を必ず確認しましょう。

最重要パターン②：誘導電動機の滑り・トルク計算【問4・B問題問15】

B問題問15に毎回登場し、(a)(b)2問で10点を占める最重要テーマです。$P_2$・$P_{c2}$・$P_m$ の3つを「入力→損失→出力」の流れで整理すると、式の使い分けに迷わなくなります。

使う公式

同期速度：$N_s = \frac{120f}{p}$
滑り：$s = \frac{N_s - N}{N_s}$
二次銅損：$P_{c2} = s \times P_2$
機械出力：$P_m = (1-s) \times P_2$
トルク：$T = \frac{P_2}{\omega_s} = P_2 \times \frac{p}{4\pi f}$

記号	意味	単位
$N_s$	同期速度	min⁻¹（rpm）
$N$	回転速度	min⁻¹（rpm）
$f$	電源周波数	Hz
$p$	極数	—
$s$	滑り	—
$P_2$	二次入力（空隙電力）	W
$P_{c2}$	二次銅損	W
$P_m$	機械出力	W
$T$	トルク	N·m
$\omega_s$	同期角速度（$= \frac{4\pi f}{p}$）	rad/s

Physical Definition ここで使う $P_2$ は二次入力（空隙電力） です。これを出力と混同すると理論が破綻するため、公式適用の際は「今扱っているのは入力か出力か」を常に意識しましょう。

最重要パターン③：変圧器の効率・短絡試験【問9・B問題問15】

効率の計算と、短絡試験から定数を導く問題がセットで出題されます。効率の式は記号が多く見えますが、「分子＝出力、分母＝出力＋損失」という構造を押さえれば式の形は迷いません。

使う公式

変圧器の効率：$\eta = \frac{m \cdot S \cdot \cos\theta}{m \cdot S \cdot \cos\theta + P_i + m^2 \cdot P_c}$
最大効率条件：鉄損 $P_i$ ＝銅損 $m^2 P_c$
短絡試験：$Z_{eq} = \frac{V_{sc}}{I_{sc}}$, $R_{eq} = \frac{P_{sc}}{I_{sc}^2}$

記号	意味	単位
$\eta$	効率	—
$m$	負荷率（全負荷時を1とする）	—
$S$	定格容量	V·A
$\cos\theta$	力率	—
$P_i$	鉄損（無負荷損）	W
$P_c$	全負荷銅損	W
$Z_{eq}$	等価インピーダンス	Ω
$R_{eq}$	等価抵抗	Ω
$V_{sc}$	短絡試験時の印加電圧	V
$I_{sc}$	短絡試験時の電流	A
$P_{sc}$	短絡試験時の入力電力	W

最重要パターン④：降圧チョッパ・インバータ【B問題問16】

B問題問16は、近年パワーエレクトロニクスが固定枠となっています。「通流率 $d$ が変わると出力電圧がどう変わるか」を問う問題が最多です。

使う公式（理想回路・抵抗負荷・電流連続モード時）

降圧チョッパの平均出力電圧：$V_{out} = d \times E$
平均電流：$I = \frac{V_{out}}{R}$

記号	意味	単位
$V_{out}$	平均出力電圧	V
$d$	通流率（オン時間／周期、$0 \leq d \leq 1$）	—
$E$	直流電源電圧	V
$I$	平均電流	A
$R$	負荷抵抗	Ω

Point IGBTやダイオードの電圧降下を無視できる「理想条件下」での式です。実務的な計算ではこれに損失分が加わりますが、電験三種のA/B問題ではこの基本形がベースになります。

最重要パターン⑤：電動機応用（減速機・巻上機）【問11】

計算パターンがほぼ固定されている、絶対に落とせないサービス問題です。「どこが入力でどこが出力か」を図でイメージしながら式を当てはめると計算ミスが激減します。

使う公式

減速比：$i = \frac{n_m}{n_L}$
出力トルク：$T_L = T_m \times i \times \eta$
必要な機械出力（理想式）：$P_m = m \cdot g \cdot v$

記号	意味	単位
$i$	減速比	—
$n_m$	電動機側（入力）回転速度	min⁻¹（rpm）
$n_L$	負荷側（出力）回転速度	min⁻¹（rpm）
$T_m$	電動機トルク	N·m
$T_L$	負荷側トルク	N·m
$\eta$	機械効率	—
$P_m$	必要な機械出力	W
$m$	質量	kg
$g$	重力加速度（$= 9.8$）	m/s²
$v$	巻上速度	m/s