《機械》〈同期機〉[R06:問1]同期機の特性曲線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，同期機の特性曲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。

図1は同期発電機の$ \ \mathrm {V} \ $曲線である。$ \ \mathrm {V} \ $曲線は，発電機，電動機のいずれにおいても，同期機の端子電圧を定格に保ちながら出力（電動機の場合は軸出力，発電機の場合は有効電力）をパラメータとして一定にし，横軸の$ \ \fbox {　（１）　} \ $を変化させることで得られる。ただし，発電機の場合では，一般的に縦軸には皮相電力をとり，点線①の右側の領域は遅相運転の領域となる。

図1において，点$ \ \mathrm {a} \ $は発電機の電機子端子を$ \ \fbox {　（２）　} \ $になる$ \ \fbox {　（１）　} \ $での運転に相当する。太線の曲線②は$ \ \fbox {　（３）　} \ $としての運転に相当する。また，曲線③は，有効電力を定格運転時の値としたときの曲線である。

図2は同期発電機の可能出力曲線であり，図に示すように一般的に$ \ \mathrm {AB} \ $，$ \ \mathrm {BC} \ $，$ \ \mathrm {CD} \ $の$ \ 3 \ $種類の曲線で構成される。そのうちの曲線$ \ \fbox {　（４）　} \ $が，図1の$ \ \mathrm {V} \ $曲線の点線$ \ \mathrm {dc} \ $に対応する。ここで点線$ \ \mathrm {dc} \ $を含む点線④は$ \ \fbox {　（１）　} \ $が定格値のときの直線である。また，図1の点$ \ \mathrm {b} \ $は図2の点$ \ \fbox {　（５）　} \ $に相当する。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　\mathrm {AB}　　　　　&（ロ）&　\mathrm {BC}　　　　　&（ハ）&　\mathrm {CD} \\[ 5pt ] &（ニ）&　\mathrm {B}　　　　　&（ホ）&　\mathrm {E} 　　　　　&（ヘ）&　\mathrm {C} \\[ 5pt ] &（ト）&　電機子電流　　　　　　　&（チ）&　界磁電流　　　　　&（リ）&　誘導発電機 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　負荷電流　　　　　&（ル）&　同期調相機　　　　　　　　&（ヲ）&　発電電動機 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] \[
\begin{eqnarray}
&（ワ）&　短絡した場合に短絡容量 \\[ 5pt ] &（カ）&　開放した場合に定格電圧 \\[ 5pt ] &（ヨ）&　短絡した場合に定格電流 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

同期機の特性曲線に関する問題です。
$ \ 1 \ $種受験生ですと$ \ \mathrm {V} \ $曲線はもちろん可能出力曲線も見たことがある人が多いと思いますが，それらを紐づけて理解している受験生は少ないかと思います。
ぜひ本問でそれぞれの曲線を対応させ，より知識を強固なものとして下さい。

1.同期機の$ \ \mathrm {V} \ $曲線
同期機の界磁電流と電機子電流の関係である$ \ \mathrm {V} \ $曲線（位相特性曲線）は図1のようになります。
力率$ \ 1 \ $を最小値として界磁電流を大きくすれば，電動機の場合進み位相となり，界磁電流を小さくすれば遅れ位相となります。また，発電機の場合は逆となります。
また，負荷が大きくなると曲線は上側に移動し，同じ力率においては電機子電流が大きくなります。

2.水素冷却発電機の可能出力曲線
図2のように水素冷却発電機において，有効電力と無効電力の関係から定常運転を行うことができる範囲を表したもの可能出力曲線といい，可能出力曲線の内側であれば発電機は運転をすることができます。
また，図に示すように可能出力曲線は水素ガス圧力が高いほど範囲が大きくなります。
図の曲線$ \ \mathrm {a−b} \ $間は界磁巻線の温度上昇により制限される範囲，$ \ \mathrm {b−c} \ $間は電機子巻線温度上昇により制限される範囲，$ \ \mathrm {c−d} \ $間は固定子鉄心端部温度上昇により制限される範囲となります。

【解答】

(1)解答：チ
題意より解答候補は，（ト）電機子電流，（チ）界磁電流，（ヌ）負荷電流，になると思います。
ワンポイント解説「1.同期機の$ \ \mathrm {V} \ $曲線」の通り，$ \ \mathrm {V} \ $曲線の横軸は界磁電流となります。

(2)解答：カ
題意より解答候補は，（ワ）短絡した場合に短絡容量，（カ）開放した場合に定格電圧，（ヨ）短絡した場合に定格電流，になると思います。
図の点$ \ \mathrm {a} \ $は発電機の電機子端子を無負荷，すなわち開放した場合に定格電圧になる界磁電流となります。

(3)解答：ル
題意より解答候補は，（リ）誘導発電機，（ル）同期調相機，（ヲ）発電電動機，になると思います。
ワンポイント解説「1.同期機の$ \ \mathrm {V} \ $曲線」の通り，②線は無負荷なので，同期調相機として運転した場合の曲線となります。

(4)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）$ \ \mathrm {AB} \ $，（ロ）$ \ \mathrm {BC} \ $，（ハ）$ \ \mathrm {CD} \ $，になると思います。
図1の$ \ \mathrm {V} \ $曲線の点線$ \ \mathrm {dc} \ $は遅れ力率で無負荷から定格負荷になる直線なので，図2においては曲線$ \ \mathrm {AB} \ $にあたる部分となります。

(5)解答：ホ
題意より解答候補は，（ニ）$ \ \mathrm {B} \ $，（ホ）$ \ \mathrm {E} \ $，（ヘ）$ \ \mathrm {C} \ $，になると思います。
図1の点$ \ \mathrm {b} \ $は力率$ \ 1 \ $で定格運転をしている点$ \ \mathrm {c} \ $と同じ有効電力なので点$ \ \mathrm {E} \ $が適当となります。