同期機31【電験3種 機械】同期発電機の種類と構造の穴埋め！平成30年 A問題5 完全解説

今回は平成30年度 機械科目 A問題5を解説します。同期発電機の種類と構造（回転界磁形・突極形／円筒形）を問う穴埋め問題です。

水車発電機は低速・多極で突極形、タービン発電機は高速・少極で円筒形、という対比が軸です。

問題文と選択肢

　次の文章は，同期発電機の種類と構造に関する記述である。

　同期発電機では一般的に，小容量のものを除き電機子巻線は(ア)に設けて，導体の絶縁が容易であり，かつ，大きな電流が取り出せるようにしている。界磁巻線は(イ)に設けて，直流の励磁電流が供給されている。

　比較的(ウ)の水車を原動機とした水車発電機は，50 Hz又は60 Hzの商用周波数を発生させるために磁極数が多く，回転子の直径が軸方向に比べて大きく作られている。蒸気タービン等を原動機としたタービン発電機は，(エ)で運転されるため，回転子の直径を小さく，軸方向に長くした横軸形として作られている。磁極は回転軸と一体の鍛鋼又は特殊鋼で作られ，スロットに巻線が施される。回転子の形状から(オ)同期機とも呼ばれる。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)	固定子	回転子	高速度	高速度	突極形
(2)	回転子	固定子	高速度	低速度	円筒形
(3)	回転子	固定子	低速度	低速度	突極形
(4)	回転子	固定子	低速度	高速度	円筒形
(5)	固定子	回転子	低速度	高速度	円筒形

出題のポイント：巻線位置と水車機・タービン機の構造を対比する

大容量同期発電機は、絶縁と大電流の取り出しが容易な固定子に電機子巻線を置き、直流励磁する界磁巻線を回転子に置く回転界磁形です。水車発電機は低速の原動機で商用周波数を得るため多極・突極形となり、直径が大きく軸方向が短くなります。タービン発電機は高速・少極で、遠心力に耐える細長い円筒形回転子を採用します。

ポイント解説：極数と同期速度の反比例から回転子形状を理解する

電機子巻線は固定子に設けて絶縁が容易・大電流を取り出せます。界磁巻線は回転子に設け直流励磁（回転界磁形）。水車発電機は低速で多極・突極形、タービン発電機は高速で回転子直径を小さく・軸方向に長い円筒形です。

$$N_s=\frac{120f}{p}\quad(\text{回転速度と極数は反比例})$$

問題の解説：固定子・回転子・低速度・高速度・円筒形を選ぶ

STEP1　（ア）（イ）：電機子と界磁

電機子巻線＝固定子（ア）、界磁巻線＝回転子（イ）。大容量機は回転界磁形が使われます。

STEP2　（ウ）（エ）（オ）：水車機とタービン機

水車発電機は低速度（ウ）で多極・突極形。タービン発電機は高速度（エ）で円筒形（オ）。

以上より、正しい組合せは (5)です。

答え：(5)

まとめ

（ア）	固定子
（イ）	回転子
（ウ）	低速度
（エ）	高速度
（オ）	円筒形
答え	(5)

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