《電力》〈水力〉[R06:問1]水車発電機に採用される励磁装置に関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，水車発電機の励磁装置に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

水車発電機の励磁巻線に直流電流を供給し，発電機の$ \ \fbox {　（１）　} \ $を一定に保持，あるいは調整する装置を励磁装置と言う。励磁装置は，その電源に直流発電機を用いる方式（直流励磁機方式）と整流器を用いる方式（整流器励磁方式）に大別される。旧来は直流励磁機方式が主流であったが，近年では半導体技術の進歩により，整流器励磁方式が主流となっている。

整流器励磁方式の一つである$ \ \fbox {　（２）　} \ $は，励磁用変圧器から得た交流を励磁装置の電源として用い，これを直流に整流して励磁電流とする。$ \ \fbox {　（２）　} \ $は，一般的に$ \ \fbox {　（３）　} \ $に採用され，その特徴として，

①　発電機界磁を直接制御するため速応性が高いことに加え，励磁系の頂上電圧を$ \ \fbox {　（４）　} \ $することができるので，系統事故除去後の回復電圧を高くし，過渡安定性の向上に寄与することができる。

②　$ \ \fbox {　（５）　} \ $ため，保守点検が（比較的）容易である。

などがある。

この装置の一般的構成としては，検出回路で電圧調整抵抗器により設定した基準電圧と$ \ \fbox {　（１）　} \ $との偏差を検出し，増幅回路に入力し，ゲートパルス発生回路により整流器を制御して，励磁電流を調整する。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　可変速励磁装置　　　　　&（ロ）&　励磁電圧 \\[ 5pt ] &（ハ）&　小容量機～大容量機の広範囲　　　　　　　　　　　　&（ニ）&　静止機器である \\[ 5pt ] &（ホ）&　低く　　　　　&（ヘ）&　ブラシレス励磁装置 \\[ 5pt ] &（ト）&　維持　　　　　&（チ）&　端子電圧 \\[ 5pt ] &（リ）&　小容量機から中容量機　　　　　&（ヌ）&　頂上電圧 \\[ 5pt ] &（ル）&　サイリスタ励磁装置　　　　　　&（ヲ）&　スリップリングとブラシがない \\[ 5pt ] &（ワ）&　揚水などの大容量機　　　　　&（カ）&　高く \\[ 5pt ] &（ヨ）&　交流発電機を用いる　&& \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

水車発電機に採用される励磁装置に関する問題です。
励磁装置の特徴や近年の傾向等$ \ 1 \ $種の問題としては比較的ストレートな印象の問題で，$ \ 1 \ $種$ \ 2 \ $種の過去問でも出題されたことがあることから，正答率は比較的高かったと予想されます。
二次試験での出題も十分に考えられるので，空欄穴埋のみではなく，内容を記述できるレベルまでにしておきましょう。

1.静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）
パワーエレクトロニクス技術の向上に伴い大容量機に採用されるようになった方式で，発電機の主回路に接続した励磁用変圧器の出力をサイリスタを用いた整流器で直流へ変換し，励磁電流とする方式です。サイリスタでは点呼角を調整して直流出力電圧を変化させ，発電機の界磁電流を制御し，発電機端子電圧を調整します。サイリスタで構成される均一ブリッジ形の例を図1に示します。

静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）は応答速度が速く，界磁の印加最高電圧である頂上電圧を高くすることができるので，系統事故除去後の回復電圧を高くし，発電機の電気出力を大きくすることにより，過渡安定度の向上させることができます。また，サイリスタが静止機器であり可動部が少ないため，信頼性が高く，保守も比較的容易となります。

【解答】

(1)解答：チ
題意より解答候補は，（ロ）励磁電圧，（チ）端子電圧，（ヌ）頂上電圧，になると思います。
ワンポイント解説「1.静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）」の通り，励磁装置は発電機の端子電圧を一定に保持，あるいは調整する装置となります。

(2)解答：ル
題意より解答候補は，（イ）可変速励磁装置，（ヘ）ブラシレス励磁装置，（ル）サイリスタ励磁装置，になると思います。
ワンポイント解説「1.静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）」の通り，励磁用変圧器から得た交流を励磁装置の電源として用い，これを直流に整流して励磁電流とする装置をサイリスタ励磁装置といいます。

(3)解答：ワ
題意より解答候補は，（ハ）小容量機～大容量機の広範囲，（リ）小容量機から中容量機，（ワ）揚水などの大容量機，になると思います。
ワンポイント解説「1.静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）」の通り，サイリスタ励磁装置は揚水などの大容量機に採用される方式です。

(4)解答：カ
題意より解答候補は，（ホ）低く，（ト）維持，（カ）高く，になると思います。
ワンポイント解説「1.静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）」の通り，サイリスタ励磁装置は励磁系の頂上電圧を高くすることができるという特徴があります。頂上電圧を高くすることが過渡安定度の向上に繋がることを忘れてしまったという方は令和4年電力・管理科目問4等を復習しておくと良いかと思います。

(5)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）静止機器である，（ヲ）スリップリングとブラシがない，（ヨ）交流発電機を用いる，になると思います。
ワンポイント解説「1.静止形励磁方式（サイリスタ励磁方式）」の通り，サイリスタ励磁装置は静止機器であるため，保守点検が比較的容易となります。