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直流分巻発電機についての電検三種レベルの問題ですが…今年も落ちたので一人勉強に限界を感じているため、教えていただきたいです。

問題は以下の通りです。

定格出力100[kW]、定格電力220[V]の直流分巻発電機がある。この発電機の電機子巻線の抵抗は0.05[Ω]、界磁巻線の抵抗は57.5[Ω]、機械損の合計は1.8[kW]である。この発電機を定格電圧、定格出力で運転しているとき、以下の問いに答えよ。ただし、ブラシによる電圧降下、補助巻線の抵抗、界磁鉄心と電機子鉄心の鉄損及び電機子反作用による電圧降下は無視できるものとする。
(1)この発電機の誘導起電力[V]はいくらか?
(2)この発電機の効率[%]はいくらか?


解説や途中の計算式、回答も教えていただけると非常に助かります。

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A 回答 (3件)

(1)誘導起電力を求める公式はご存知だと思いますので、そこははしょります。


ただ、電気子電流が求まらないと進みませんので、まず電気子電流を先に計算します。
「直流分巻発電機」なので、電気子電流は一部が界磁電流に使われ、出力される電流(発電における電流)はその残りです。
・電気子電流=界磁電流+出力された電流(Ia=If+I)
出力される電流は、問題文によると定格運転時のものを出せばいいので、定格出力を定格電圧で割れば定格電流(=出力される電流)が求まると思います。
それに界磁電流を足せばいいのですが、界磁巻線には定格電圧がかかっているので、オームの法則を使えば界磁電流が求まります。
上記の定格電流と界磁電流の和が電気子電流になります。
それを誘導起電力の公式に当てはめればいいだけです。

(2)効率については、効率=出力/(出力+損失)×100〔%〕
損失は銅損と固定損に分けられます。さらに固定損の内訳は、機械損・各種鉄損になります。
問題文によると鉄損は無視せよとのことなので、機械損と銅損を計算に入れればいいのですが、機械損は1.8kwとなっているので、銅損を求めます。
銅損=界磁巻線と電気子に発生した電熱なので、P=I~2*Rで計算して出します。
損失=機械損+界磁巻線の銅損+電気子の銅損
これを効率の公式に当てはめればよいかと思います。
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電験3種受験に参考になりそうなサイトが幾つか見つかりましたので次にリストします。


(すでにご存知のものも多いとは思いますが)

また左上の検索窓で電験3種、電験三種 全てのカテゴリから等として検索すれば受験対策のヒント等がつかめると思います。

http://www.jeea.or.jp/index.php
日本電気技術者協会

http://dende777.fc2web.com/index.html
電気技術者の部屋 (電気系国家資格(電気工事士・電験)を受験する人を超応援するサイト)

http://dende777.fc2web.com/shikaku/denken3/taike … (電験3種体験記)

http://www3.ocn.ne.jp/~egroup/egroup.html
あつ爺さんの ON-LINE 電気教室

http://www17.ocn.ne.jp/~naruhodo/kakomonn.htm
電験3種過去問分析(1995~2006まで12年分)

http://www.itoffice.jp/ITOFFELC3.htm
新人のための電気の基礎知識(交流回路)

http://www.ichinoseki.ac.jp/soudan/study_2.html# …
高専における学習参考情報 (電気工学 他)

http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2002/00397/ …
船舶の電気装備に関する技術指導 中級講習用指導書(電気計算編、他に電気機器、装備品等)

http://www9.plala.or.jp/c-hokuto/page10.html
(盤屋さんの技術講座)

http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/index.htm
電気の歴史イラスト館

http://wapedia.mobi/ja/Category:%E7%99%BA%E9%9B% …
wapedia 発電機のページ

http://sensr.jp/
Sensr 主要カテゴリ (。。。学問、技術、文化、。。。)
便利で実用的な機能を備えたWikipedia閲覧サービスです
http://sensr.jp/category/%E4%B8%BB%E8%A6%81%E3%8 …
(主要カテゴリ)

http://denkinyumon.web.fc2.com/
電気入門 電気系資格試験情報&電気工学サイト

http://www.ohmsha.co.jp/data/license/onepoint/de …
資格試験 合格のためのワンポイントアドバイス 電験三種 新電気編集部編

http://www.hanmoto.com/bd/isbn978-4-501-21220-9. …
電験三種 機械 平成22年度版
http://www.power-academy.jp/
http://www.atmarkit.co.jp/
http://itpro.nikkeibp.co.jp/index.html
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問題の丸投げを繰返しても、理解を深めることも自分で解く力も付きません。


例えば次のようにサーチして調べてください。
"直流分巻発電機 解説 | 説明 効率 電機子巻線抵抗 誘導起電力"

解説を見て考えれば必ず分かるはずです。
それで解いた結果をこの回答に続けて書き込んで下さい。

分からない部分がまだ残った場合、具体的にこの部分が分からないと問合せてください。

答は次のようになるはずです。
(1) 242.7V
(2) 88.5%
(計算式を書くのは簡単ですが、それでは力を付けることは出来ませんので、何回も繰返しますが自分で出来るだけ解いて下さい)
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Q直流機の効率の問題

電験の問題です。
定格出力100[kW ] 、定格電圧440[V]の直流分巻発電機がある。この発電機の最高効率は77.5[%]負荷で運転されているときに得られることが分かっている。この発電機の定格負荷時の効率[%]はいくらか。ただし、電機子回路及び界磁回路の抵抗は、それぞれ0.06[Ω]及び366[Ω]とし、また、漂遊負荷損は無視するものとする。
という問題があります。

回答を読むと
定格負荷時のIaを228Aと出してPc=0.06×228^2≒3.13[kW]
77.5%負荷時のIaを177[A]と出してPi=Pc=0.06×177^2≒1.88[kW]
よって、100/(100+1.88+3.13)×100≒95.2[%]

と答えています。
わからないのは、損失に界磁損がなぜ含まれないかということです。
界磁電流は440/366≒1.2A
なので1.2^2×366≒527Wとなるのですがこれを損失に含めない理由はなぜでしょうか?
よろしくお願いします。

(界磁損の分を含めて計算すると答えと合わないので界磁損を含めないのが正しい答えのようです。また、ネットで調べた限りでは同じように界磁損を含めない答えばかりでした。)

電験の問題です。
定格出力100[kW ] 、定格電圧440[V]の直流分巻発電機がある。この発電機の最高効率は77.5[%]負荷で運転されているときに得られることが分かっている。この発電機の定格負荷時の効率[%]はいくらか。ただし、電機子回路及び界磁回路の抵抗は、それぞれ0.06[Ω]及び366[Ω]とし、また、漂遊負荷損は無視するものとする。
という問題があります。

回答を読むと
定格負荷時のIaを228Aと出してPc=0.06×228^2≒3.13[kW]
77.5%負荷時のIaを177[A]と出してPi=Pc=0.06×17...続きを読む

Aベストアンサー

機器の最大効率条件は、
 負荷損=無負荷損
になるときです。

変圧器の場合は、可動部分がないので、負荷損=銅損Pc、無負荷損=鉄損Piとしますが、電動機や発電機の場合は違います。
直流分巻発電機の場合は、
 負荷損…電機子銅損、ブラシ負荷損、漂遊負荷損
 無負荷損…鉄損、界磁銅損、機械損
などになります。

今回の場合、ブラシ負荷損、漂遊負荷損は無視しますから、負荷損=電機子銅損 です。

最大効率時は、負荷損=電機子銅損=無負荷損=1.88[kW]ですが、これは鉄損、界磁銅損、機械損をあわせたものです。つまり、界磁銅損527Wを含んでいます。

なお、直巻では界磁銅損は、負荷損になるので注意が必要です。

Q直流分巻電動機の銅損とは?

現在実験レポートを作成中なのですが、直流分巻電動機の負荷特性試験を行い、出力から銅損分を足すと入力分に相当すると教わったのですが、銅損分とは電機子回路抵抗に流れる電流と界磁抵抗に流れる電流の2つからP(それぞれの銅損)=I×I×Rを求めればいいのでしょうか?

御教授のほどお願いします。

Aベストアンサー

直流機本体の銅損は質問者さんのおっしゃるとおりです。

しかし,
入力として,界磁電流を含めて測定したのなら,界磁巻線の銅損だけでなく,
分巻界磁電流の調整に使った抵抗器の損失も含みます。

入力として,分巻界磁電流を含めずに電機子電流だけを測定したのなら,
電機子銅損(=電機子抵抗*電機子電流^2)だけを考慮することになります。

要するに,実験で測定した入力に含まれるはずの損失をすべて計算して,
出力と入力の測定値の差である「損失」が説明できればよいわけです。
銅損だけでなく,機械損,鉄損,漂遊負荷損も考える必要があるかもしれません。

Q電機子巻線抵抗と界磁巻線抵抗について

直流機の問題ではよく電機子巻線抵抗と界磁巻線抵抗を使う計算があります。その中で、電機子巻線抵抗はいつも0.何Ωであるに対して、界磁巻線抵抗は何十Ωもあります。同じ巻線だと思いますが、なぜそんなに抵抗値の差が出ますか。使用する量もそれほど差がないだと思いますが、なぜですか。
ご教授よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

>界磁巻線についてですが、外付け抵抗を使うのが普通ですか。

直流機を速度調整するためには,電機子電圧か界磁電流を調整します。
界磁の方が電力が小さいので,界磁を調整する方が手軽です。
分巻界磁でしたら,界磁回路に可変抵抗器を挟む場合が多いと思います。
他励界磁でしたら,励磁電源を可変電圧にすれば,可変抵抗は不要です。

>可変抵抗を外付けしない時は、その巻線抵抗値はどう調節しますか。
>巻線の量を増やす、または抵抗率の大きい巻線を使うことですか。

界磁巻線の設計としては,
1)電機子鉄心の飽和磁束から,ギャップの磁束密度を決める。
2) 機械的要求とスロット高調波の要求などから,ギャップ長を決める。
3) 界磁巻線に必要な起磁力(アンペアターン)が決まる。
4) 使いやすい電圧,電流になるよう巻数と巻線直径を決める。
という段取りです。
例えば100アンペアターン必要だとして,
1A×100回巻にするか,10A×10回巻にするかは,
自由度があります。使う電源をにらみながら,
適当な電流値になるように巻数を決めます。
界磁鉄心の周長から巻線全長は決まりますから,
巻線の直径を調整して,巻線の抵抗値を調整します。
巻線材料は普通は銅ですが,
その材質を変えて抵抗率を調整することまではしないと思います。


>また、界磁巻線を電機子巻線と同じように大電流、小抵抗仕様にするのはだめですか。

直巻界磁であれば,電機子電流と同じ大電流が流れますから,大電流・小抵抗仕様にします。
分巻界磁であれば,電機子電圧と同程度の電圧で使うことを前提に,
小電流・高抵抗仕様を選ぶでしょう。
他励界磁であれば,界磁電源にも自由度があるので,
1A・50V(100回巻),10A・5V(10回巻)などの仕様から,
使いやすい電流電圧の組み合わせを選ぶことになります。

ここで,巻数をn倍にすると,巻線の全長はn倍,
巻線の総断面積を一定として,巻線1本の断面積は1/n倍,
巻線抵抗値はn^2倍になります。
アンペアターン一定とすれば,電流は1/n倍になり,
励磁用の消費電力は変わらないことになります。


>電流が大きいほうが磁束も大きくなるので、その方がもっといいではないですか。
巻線の電流密度には上限があるので,
電流を大きくするためには巻線を太くします。
巻線スペースが決まっていると,巻数は減ってしまい,
アンペアターンや磁束は変わりません。

>界磁巻線についてですが、外付け抵抗を使うのが普通ですか。

直流機を速度調整するためには,電機子電圧か界磁電流を調整します。
界磁の方が電力が小さいので,界磁を調整する方が手軽です。
分巻界磁でしたら,界磁回路に可変抵抗器を挟む場合が多いと思います。
他励界磁でしたら,励磁電源を可変電圧にすれば,可変抵抗は不要です。

>可変抵抗を外付けしない時は、その巻線抵抗値はどう調節しますか。
>巻線の量を増やす、または抵抗率の大きい巻線を使うことですか。

界磁巻線の設計としては,
1)電機子...続きを読む

Q3相電動機の消費電力の求め方

3相電動機の消費電力の求め方について質問です。

定格電圧 200V
定格電流  15A
出力   3.7KW

上記の電動機ですが実際の電流計指示値は10Aです。
この場合の消費電力の求め方は
√3*200*15=5.1KW
3.7/5.1*=0.72
√3*200*10*0.72=2.4KW
消費電力 2.4KW

このような計算で大丈夫でしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

出力は軸動力を表しているので、消費電力はそれを効率で割る必要があるかと思います。
概算で出してみると、定格での効率が85%程度と仮定すると、定格時の消費電力は3.7/0.85=4.4kW程度になります。
この時の一次皮相電力は、5.1kVAで、無効電力Qnは√(5.1^2-4.4^2)=2.6kVar程度になります。

この無効電力は励磁電流が支配的でしょうから、負荷によらず変わらないとすると、軽負荷時に線電流が10Aになったときの皮相電力は√3*200*10 で3.5kVAで、このときの有効電力は√(3.5^2-2.6^2)=2.3 kW という具合になりそうに思います。

Q直流電動機の無負荷時回転速度

直流電動機が無負荷時、電機子電流がゼロになり回転速度が上昇する。
n=V-Ri/KΦよりその事が分かるのですが、そもそも無負荷時に電機子に電流が流れないのはなぜか?
そして電機子電流が流れないなら電機子がなぜ回転するのか?という疑問が解決できません。
どなたかお教えください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

無負荷の時には、トルクが理想的には0になります。(実際には、軸受けの摩擦や風損があるので、一定速度で回るためにその分のトルクを発生していますが)
電動機の電機子電流は、このトルクに関係しています。(トルクに比例)

結果、無負荷で一定回転数で運転しているときには、電機子電流がほぼ0(実際には無負荷損失相当の電流)になります。

上記のように無負荷で電機子電流が0になるのは、加速が終了して一定回転数になってからです。加速の途中では、それなりに電流が流れます。

Qモーターのトルクと回転数

なぜモーターのトルクと回転数は反比例の関係になるのですか?

Aベストアンサー

質問中には書かれていませんが、モーターの出力が一定のもとで
ということが必須の条件です。

モータ理論の基礎中の基礎で 出力(W)=角速度×トルク
すなわち
P=ωτ  但しP:出力 ω:角速度(2π×回転数/60) τ:トルク

出力が一定であればモータ速度とトルクは相反関係にあります。
尚通常のモータにおいては、出力が一定ということはまずありませんので
負荷トルクの変動に比例して出力(=一般てきには入力電流)が変動
します。

Q全負荷と機械出力について教えてください

電験三種の「機械」を勉強しています。次のような問題があり、公式を使って解くことは解いたのですが、他の問題をやってみてからもう一度この問題をやってみてやはり理解できていないのがわかりました。
全負荷と定格負荷、定格出力と機械出力がこんがらがっています。問題を検索してみたのですが、回答だけが書いてあってよくわかりません。
※ここで知りたいのはこの問題への答えではなく、あとで書く【質問】です。

定格出力200kW、定格電圧3000V、周波数50Hz、8極のかご形三相誘導電動機がある。全負荷時の二次銅損は6kW、機械損は4kWである。
ただし、定格出力は、定格負荷時の機械出力から機械損を差し引いたものに等しいものとする。
(a)全負荷時のすべり〔%〕の値を求めよ。
(b)全負荷時の回転速度〔min-1〕の値を求めよ。

【質問】
(1)定格負荷=全負荷 で合っていますか。

(2)この問題での「定格負荷時の機械出力」の意味がわかりません。
(1)があっている前提になりますが、
問題から
定格出力(200kW)=定格負荷時の機械出力-機械損(4kW)
になり、

全負荷時について
二次入力=定格出力+二次銅損(6kW)+機械損(4kW)(式(3))
だと理解していたので、わからなくなってしまいました。
(1)から定格出力=定格負荷時の機械出力なのではないかと思ったので。

定格負荷時の機械出力云々はひっかけなんでしょうか。
それとも式(3)が間違っているのでしょうか。

あまりにこんがらがって、上手く説明できなくて申し訳ないのですが、
詳しい方の解説をお待ちしています。
よろしくお願いいたします。

電験三種の「機械」を勉強しています。次のような問題があり、公式を使って解くことは解いたのですが、他の問題をやってみてからもう一度この問題をやってみてやはり理解できていないのがわかりました。
全負荷と定格負荷、定格出力と機械出力がこんがらがっています。問題を検索してみたのですが、回答だけが書いてあってよくわかりません。
※ここで知りたいのはこの問題への答えではなく、あとで書く【質問】です。

定格出力200kW、定格電圧3000V、周波数50Hz、8極のかご形三相誘導電動機がある。全負荷時の二...続きを読む

Aベストアンサー

  >(1)定格負荷=全負荷 で合っていますか。
合っていると思います。

  >(2)この問題での「定格負荷時の機械出力」の意味がわかりません。
機械出力は理論的出力なので、実際の定格出力とは差があり、そこには機械損が隠れています。
その為、
 機械出力P0 ≠ 定格出力Pn
であり、
 機械出力P0 = 定格出力Pn + 機械損Pm
が正しくなります。
これは、発電所の発電効率のような考え方で、
 タービン出力Pt = 発電機出力Pg / 発電機効率ηg
と、同様です。

  >二次入力=定格出力+二次銅損(6kW)+機械損(4kW)(式(3))
上記より、この公式は合っていると思います。
分かり易く順序良く並び替えるなら、
 二次入力P2 = 二次銅損Ps + 機械損Pm + 定格出力Pn
となります。
加えて、滑りとの関係を表せば、
 二次銅損Ps = 二次入力P2 x 滑りs
 機械出力P0 = 二次入力P2 x (1 - 滑りs) = 定格出力Pn + 機械損Pm
となります。

Q銅損試験と鉄損試験

変圧器で、無負荷試験を銅損試験、短絡試験を鉄損試験とも言うのは何故なんでしょうか?いくら調べてもわかりません。もしよろしければ教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

まず、質問内容が間違ってますよ。

<無負荷試験>
2次側を解放(無負荷)なら、理論上は1次側の消費電力もゼロです。しかし、鉄心に電流が流れて(渦電流という)電力を消費します。無負荷でも鉄心で損失する。→無負荷=鉄損

<短絡(全負荷)試験>
2次側を短絡すると理論上1次側も短絡状態になるはずです。しかし、銅線には抵抗分があり短絡にならず、これによって損失が発生します。短絡なら変圧器では損失=熱が発生しません。短絡しても銅線で損失する。→短絡=銅損

こんなもんでわかってもらえたでしょうか?

QΔ-Y結線にて位相が30°進むのはなぜ?

Δ-Y結線にて、1次電圧に対して、2次電圧の位相が30°進むのはなぜでしょうか?

Y結線は、線間電圧が相電圧に対して、30°進むのですよね?
それだと、Δ-Y結線では、Y結線の相電圧は、Δの線間電圧に対し、30°遅れると
思うのですが、違うのでしょうか?

Aベストアンサー

Δ接続の相電圧(=線間電圧)とY接続の相電圧が対応しているので、一次の線間電圧と二次の相電圧が同位相になります。
二次の線間電圧(Vuw)が二次の相電圧(Vu)より30度進みになるので、二次の線間電圧は一次の線間電圧より30度進みになるかと思います。

Q三相交流のV結線がわかりません

V結線について勉強しているのですが、なぜ三相交流を供給できるのか理解できません。位相が2π/3ずれた2つの交流電源から流れる電流をベクトルを用いて計算してもアンバランスな結果になりました。何か大事な前提を見落としているような気がします。

一般にV結線と言うときには、発電所など大元の電源から三相交流が供給されていることが前提になっているのでしょうか?

それとも、インバータやコンバータ等を駆使して位相が3π/2ずれた交流電源2つを用意したら、三相交流を供給可能なのでしょうか?

Aベストアンサー

#1です。
>V結線になると電源が1つなくなりベクトルが1本消えるということですよね?
●変圧器のベクトルとしてはそのとおりです。

>なぜ2つの電源の和を「マイナス」にして考えることができるのかが疑問なのです。
●もっと分かりやすいモデルで考えてみましょう。
乾電池が2個あってこれを直列に接続する場合ですが、1個目の乾電池の電圧をベクトル表示し、これに2個目の乾電池の電圧をベクトル表示して、直列合計は2つのベクトルを加算したものとなりますが、この場合は位相角は同相なのでベクトルの長さは2倍となります。

同様に三相V結線の場合は、A-B,B-Cの線間に変圧器があるとすれば、A-C間はA-B,B-Cのベクトル和となりますが、C-A間はその逆なのでA-C間のマイナスとなります。

つまり、どちらから見るかによって、マイナスにしたりプラスにしたりとなるだけのことです。

端的に言えば、1万円の借金はマイナス1万円を貸したというのと同じようなものです。


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