同期機32【電験3種 機械】水車発電機とタービン発電機の構造の穴埋め！令和6年下期 A問題5 完全解説

今回は令和6年度下期 機械科目 A問題5を解説します。水車発電機とタービン発電機の回転子構造の違いを問う穴埋め問題です。

回転速度と極数は反比例（\(N_s=120f/p\)）。低速の水車機は多極・大直径、高速のタービン機は少極・小直径です。

問題文と選択肢

　次の文章は，三相同期発電機に関する記述である。

　三相同期発電機は，水車を原動機とする水車発電機や，蒸気タービンを原動機とするタービン発電機などに用いられている。水車発電機では，水車の回転速度が比較的(ア)ため，発電機の極数を(イ)しなければならない。また，水車発電機の回転子は，軸方向に比べて直径が(ウ)なっている。

　タービン発電機の回転子は，水車発電機に比べて回転速度が(エ)ので，回転子の機械的強度の関係から，回転子の直径は軸方向の長さに比べて(オ)した設計になっている。空白箇所（ア）〜（オ）に当てはまる組合せとして正しいものを一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	小さい	小さく	大きく	大きい	大きく
(2)	小さい	大きく	大きく	大きい	小さく
(3)	小さい	大きく	大きく	小さい	大きく
(4)	大きい	大きく	小さく	大きい	小さく
(5)	大きい	小さく	小さく	小さい	大きく

出題のポイント：原動機の速度から極数と回転子形状を判断する

水車は比較的低速なので、同じ周波数を得るには同期速度の式から発電機を多極にします。そのため水車発電機は大径で軸方向が短い突極形、タービン発電機は高速時の遠心力を抑えるため小径で軸方向に長い円筒形になります。

ポイント解説：低速は多極・大径、高速は小径・長軸

回転速度と極数は反比例（\(N_s=120f/p\)）。水車の回転速度は比較的小さいので極数を大きくし、回転子は直径が大きくなります。タービン発電機は回転速度が大きいので、遠心力・機械強度の関係で直径を軸方向長さに比べ小さくします。

$$N_s=\frac{120f}{p}$$

問題の解説：水車形とタービン形の5空欄を確定する

STEP1　（ア）（イ）：回転速度と極数

水車の回転速度は比較的小さい（ア）ため、\(N_s=120f/p\) より極数を大きく（イ）する。

STEP2　（ウ）（エ）（オ）：回転子の直径

水車機の回転子は直径が大きく（ウ）。タービン機は回転速度が大きい（エ）ので直径を小さく（オ）した設計。

以上より、正しい組合せは (2)です。

答え：(2)

まとめ

（ア）	小さい
（イ）	大きく
（ウ）	大きく
（エ）	大きい
（オ）	小さく
答え	(2)

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