同期機の原理と特性 ミニテスト【第3回】

正解：（2）発電周波数が変わるため
f＝pN/120で、fは周波数［Hz］、pは極数、Nは回転速度［min⁻¹］です。固定極数では回転速度が変わると周波数も同じ割合で変わります。
（1）効率、（3）電圧、（4）力率、（5）鉄損も運転条件によって変わり得ますが、極数・回転速度から周波数が決まる関係そのものではありません。
系統へ直接並列した発電機が安定して同期運転する場合は、回転速度が系統周波数に対応します。十分大きな系統では原動機入力を増やすと主に有効電力分担が増え、1台だけ別の周波数で回り続けるわけではありません。参考：日本電気技術者協会の同期発電機・並列運転の説明。

正解：（3）同期運転を維持できなくなる
脱調は、回転子と回転磁界の同期関係を失う現象です。（1）速度上昇や（2）速度低下だけでは定義できず、外乱後の一時的な速度変化から同期を回復する場合もあります。（4）界磁電流ゼロや（5）効率ゼロと同義でもありません。
非突極機で抵抗を無視し、電圧・励磁・リアクタンスを一定とする定常モデルでは、電力はsinδに比例し、相差角δが90°で最大になります。これはそのモデルの静的な限界で、あらゆる機種・事故に共通する瞬時の脱調判定値ではありません。突極性や事故後の回転子の動き、保護による事故除去も安定性に関係します。参考：同期電動機の等価回路と出力。

正解：（4）3,600
N＝120f/pで、N［min⁻¹］は同期速度、f［Hz］は周波数、pは極数です。N＝120×60÷2＝3600 min⁻¹となります。
（1）1500は4極・50 Hz、（2）1800は4極・60 Hz、（3）3000は2極・50 Hzの値です。（5）7200は本問の2倍で、2極を極対数1と混同して式へ代入した値に当たります。「120f/p」のpはN極とS極を合わせた極数です。参考：日本電気技術者協会の同期速度の説明。

正解：（3）電機子電流は一旦最小になった後、増加に転じる
不足励磁側の遅れ電流が減り、力率1で最小になり、その先では進み電流が増えます。固定した有効入力をP、線間電圧をV、線電流をIとすれば、I＝P/(√3 V cosφ)なので、力率cosφ＝1でIが最小です。
（1）減少し続けず、最小点を過ぎると増えます。（2）負荷と損失をまかなう電流は残ります。（4）力率1は通過する1点です。（5）一定周波数・固定極数で同期運転を保つので速度は変わりません。
最初から力率1の点にいるなら、そこから界磁電流を増やすと電機子電流も増えます。参考：同期電動機のV曲線。

正解：（2）円筒形＝火力、突極形＝水力
この選択肢では、火力は高速の蒸気タービン、水力は低速・多極の水車を指します。円筒形は回転子の強度を確保しやすく高速機に、突極形は多くの磁極を配置する低速機に向きます。
（1）は代表的な対応が逆です。（3）容量の大小だけで形状は決まりません。（4）両方を高速用、（5）両方を低速用とするのも、この比較には合いません。
典型例は円筒形が2〜4極、水車用の突極形は8極以上になるものもありますが、固定的な境界ではありません。原動機の種類だけで、すべての発電機の形を一律に断定しないようにします。