令和3年(2021年) 電験三種 機械 問5
amazon kindle版の「電験三種」に関する本を出版しました。
電子書籍版と紙の書籍版での購入も可能です。
そちらも、ご覧になってください。
問5は、同期機に関する問題です。
解いてみましょう。
次の文章は，三相同期電動機に関する記述である。
三相同期電動機が負荷を担って回転しているとき，回転子磁極の位置と，固定子の三相巻線によって生じる回転磁界の位置との間には，トルクに応じた角度δ［rad］が発生する。この角度δを［ (ア) ］という。
回転子が円筒形で2極の三相同期電動機の場合，トルクT［N・m］はδが［ (イ) ］［rad］のときに最大値になる。さらにδが大きくなると，トルクは減少して電動機は停止する。同期電動機が停止しない最大トルクを［ (ウ) ］という。
また，同期電動機の負荷が急変すると，δが変化し，新たなδ′に落ち着こうとするが，回転子の慣性のために，δ′を中心として周期的に変動する。これを［ (エ) ］といい，電源の電圧や周波数が変動した場合にも生じる。［ (エ) ］を抑制するには，始動巻線も兼ねる［ (オ) ］を設けたり，はずみ車を取り付けたりする。
上記の記述中の空白箇所（ア）～（オ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。
| （ア） | （イ） | （ウ） | （エ） | （オ） | |
|---|---|---|---|---|---|
| （１） | 負荷角 | $\pi$ | 脱出トルク | 乱調 | 界磁巻線 |
| （２） | 力率角 | $\pi$ | 制動トルク | 同期外れ | 界磁巻線 |
| （３） | 負荷角 | $\dfrac{ \pi}{2}$ | 脱出トルク | 乱調 | 界磁巻線 |
| （４） | 力率角 | $\dfrac{ \pi}{2}$ | 制動トルク | 同期外れ | 制動巻線 |
| （５） | 負荷角 | $\dfrac{ \pi}{2}$ | 脱出トルク | 乱調 | 制動巻線 |
解答(5)
三相同期電動機が負荷を担って回転しているとき，回転子磁極の位置と，固定子の三相巻線によって生じる回転磁界の位置との間には，トルクに応じた角度δ［rad］が発生する。この角度δを［ (ア) 負荷角］という。
回転子が円筒形で2極の三相同期電動機の場合，トルクT［N・m］はδが［ (イ) $\dfrac{ \pi}{2}$］［rad］のときに最大値になる。さらにδが大きくなると，トルクは減少して電動機は停止する。同期電動機が停止しない最大トルクを［ (ウ) 脱出トルク］という。
また，同期電動機の負荷が急変すると，δが変化し，新たなδ′に落ち着こうとするが，回転子の慣性のために，δ′を中心として周期的に変動する。これを［ (エ) 乱調］といい，電源の電圧や周波数が変動した場合にも生じる。［ (エ) 乱調］を抑制するには，始動巻線も兼ねる［ (オ) 制動巻線］を設けたり，はずみ車を取り付けたりする。
負荷角が90°のとき同期発電機の出力が最大になります。
図 出力と負荷角の関係
・乱調
負荷が急変した場合など、回転機の慣性力などのため一定の回転数にはならず、回転数がふらつきます。この回転数のふらつきを乱調とよびます。乱調が大きくなると、同期が外れてしまい（同期外れ、脱調）、回転は停止してしまいます。乱調を抑制するには次の方法があります。
・はずみ車効果（慣性力）を大きくする。
・自動電圧調整装置の速応化
・制動巻線（ダンパ巻線）を設ける。
・発電機の場合、同期化力を大きくする。
などの対策があります。
