《機械》〈回転機〉[R02:問1]同期機の負荷変動時の制動巻線の役割に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，同期機の制動巻線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。

同期機の運転において，負荷が急変すると，同期機の入出力に過渡的なアンバランスが生じて，回転速度が同期速度を中心に動揺する。この現象を\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)という。条件によっては\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)が激しくなって，回転速度が同期速度から外れて継続的な運転ができなくなることがあり，この現象を\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)という。

回転速度の動揺が起こると，回転磁界に対して回転子の相対速度が生じるため，回転子の鉄心が塊状構造であれば回転子表面に誘導電流が流れて回転子の動揺を制動するように働く。

回転子の鉄心が\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)構造の場合は，鉄心が軸方向に絶縁されているため，回転子表面の軸方向に沿って複数本の導体を設置して誘導電流の経路を形成すると，有効な制動効果が得られる。この導体を制動巻線という。

大型のタービン発電機などでは，回転子の鉄心は塊状構造が一般的であるが，制動効果を強めるために，鉄心より\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)の高い材質の制動巻線を設置している場合が多い。

同期機が突発短絡したときにも制動巻線に電流が流れる。このような状態における制動巻線に流れる電流も考慮した同期機のリアクタンスを\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)リアクタンスという。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　復調　　　　　&（ロ）&　円筒　　　　　&（ハ）&　制動巻線漏れ \\[ 5pt ] &（ニ）&　透磁率　　　　　&（ホ）&　突極　　　　　&（ヘ）&　導電率 \\[ 5pt ] &（ト）&　解列　　　　　&（チ）&　積層　　　　　&（リ）&　短絡 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　初期過渡　　　　　&（ル）&　脱調　　　　　&（ヲ）&　変調 \\[ 5pt ] &（ワ）&　トリップ　　　　　&（カ）&　抵抗率　　　　　&（ヨ）&　乱調 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

同期機の制動巻線に関する問題です。
最初の問題からかなり専門性の高い内容が出題されていますが，このような問題の場合，空欄にしている箇所は比較的類推しやすいような内容となっている問題が多いです。(1),(2)が必須知識であり，これが分かっていればとりあえず良しとして良いでしょう。平成27年問2に同期機のリアクタンスに関する問題は出題されています。

【用語の解説】

（イ）復調，（ヲ）変調
信号を伝送する際に，遠方に伝送しやすいように周波数や振幅等を変えることを「変調」，変調した信号を元の信号の形に戻すことを「復調」といいます。

（ハ）制動巻線漏れ
制動巻線漏れリアクタンスは，その名の通り制動巻線による漏れリアクタンスです。通常運転時はその影響が小さく無視できますが，過渡変化時は電流が大きくなり無視できなくなります。事故発生直後の初期過渡リアクタンスや過渡リアクタンスを考える場合に使用します。

（ハ）積層
回転子の鉄心を絶縁を介して積層鉄心とすることで全体の渦電流損を低減することができるので，多くの回転子に採用されています。

（ヌ）初期過渡
過渡現象が始まって数サイクルの間，界磁巻線リアクタンスと制動巻線リアクタンスが無視できなくなるので，それを考慮したリアクタンスを初期過渡リアクタンスといいます。

（ル）脱調
回転磁界に対し回転子の回転が同調できなくなった状態をいいます。

（ワ）トリップ
事故発生時等に発電機の遮断器を動作させ電力供給を止めることをいいます。

（ヨ）乱調
負荷急変時等に同期速度を中心として回転速度がふらつくことをいいます。

【解答】

(1)解答：ヨ
題意より解答候補は，（イ）復調，（ル）脱調，（ヲ）変調，（ヨ）乱調，になると思います。
用語の解説の通りとなりますが，負荷が急変すると，同期機の入出力に過渡的なアンバランスが生じて，回転速度が同期速度を中心に動揺することを乱調といいます。

(2)解答：ル
題意より解答候補は，（イ）復調，（ル）脱調，（ヲ）変調，（ヨ）乱調，になると思います。
こちらの選択肢も用語の解説の通り，回転速度が同期速度から外れて継続的な運転ができなくなることを脱調といいます。

(3)解答：チ
題意より解答候補は，（ロ）円筒，（ホ）突極，（チ）積層，になると思います。
鉄心が軸方向に絶縁されている鉄心は積層構造と呼ばれます。

(4)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ニ）透磁率，（ヘ）導電率，（カ）抵抗率，になると思います。
過渡変化時，制動巻線には電流が多く流れた方が良いため，鉄心より導電率の高い材質を使用しています。一般に巻線に銅が使用されていることを知っていれば正答を選択できるかと思います。

(5)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ハ）制動巻線漏れ，（リ）短絡，（ヌ）初期過渡，になると思います。
事故発生時の制動巻線も考慮した同期機全体のリアクタンスなので，初期過渡リアクタンスが最も適当となります。