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同期発電機において、力率が小さいほうが(たとえば100%よりも80%)、電圧変動率が大きい理由を詳しく教えてくれませんか?

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A 回答 (1件)

同期発電機は等価的に内部の起電力と直列のインピーダンスで表すことが出来て、このインピーダンスがほぼリアクタンスになっています。


ここで、力率1の負荷をつなぐと、負荷電流による電圧降下(インピーダンス*電流)は発電機の内部電圧と90度の位相差になります。
で、ベクトル図を描いてみるとわかりますが、90度の位相差の電圧降下は端子電圧の大きさにはあまり影響しません。(電圧の位相には影響しますが。)
次に、無効電力成分(内部電圧に対して90度の位相差がある電流)だと、電圧降下は内部電圧と同位相になって、電圧の大きさに大きく影響します。
ということで、無効電流が端子電圧の大きさに大きく影響し、力率の低い負荷のほうが電圧変動率が大きくなります。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。おかげですごく助かりました。
本当にありがとうございます。

お礼日時:2010/05/09 22:31

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Q電圧変動率

高2です。

今、電気実習で変圧器についてやりました。
レポートで電圧変動率について調べよとあったのですが、調べてもよくわかりません。
なので高2レベルで回答下さい。

ちなみに高2レベルは第2種電気工事士の内容は頭に入っていると考えて下さい

自分で調べる方が為になっていいというはわかっていますが、そこは見逃して下さい。
回答お願いします。

Aベストアンサー

高2の方には、少し難解な回答をされているようなので、概略で説明いたします。

電圧変動率というのは、無負荷時の電圧と、定格負荷の電圧との変動具合を表したものです。
実際は、定格力率の定格負荷を接続した場合の定格出力電圧となる入力電圧を設定し、その時の出力電圧と、無負荷にした時の出力電圧との差から求めます。
その為、定格負荷時は負荷のインピーダンスでの電圧降下が出力電圧と等しくなり、無負荷時はそれに変圧器のインピ-ダンスを合成した電圧が出力電圧に等しくなります。
それが前回答者の添付図になります。
http://www.jeea.or.jp/course/contents/05101/

等価回路をみれば分かり易いのですが、変圧器のインピーダンスと負荷のインピーダンスを合成した時の電圧が変圧器の出力能力で、無負荷時の電圧になり、負荷の電圧はそのまま定格負荷の電圧なので、その差が変動率となっています。

Q力率の「進み」「遅れ」

業務で利用している電力設備に力率計なるものがあり
中央にcosφとあり針はLead(進み)の0.98を指し示していましたが
これがどのような意味合いなのかさっぱり分かりません。

いろいろ他の質問とかを見てみると「遅れ」は良くて「進み」は良くないとありました。
どの程度良くないのでしょうか?
ユーザー設備に支障が出る可能性もあるとありましたが、どの辺りの値からが危険値なのでしょうか?

Aベストアンサー

NO.3です。

 電源が自家発でないとすれば問題は負荷端の電圧上昇のみとなります。
 進み力率(容量性負荷)による負荷端の電圧上昇は、受電系統のインピーダンスや負荷率によって変わりますが、力率計が設置されている設備を基準として、そこから負荷までの配線インピーダンスを5%(リアクタンスのみ)負荷率を100%とした場合、負荷端の電圧は力率の変化によりおおむね次のようになります。

力率 おくれ
      0.8  97.1%
      0.8598.7%
      0.9  97.9%
      0.9598.6%
      1.0  100.1%

力率 すすみ
      0.98  101.1%
      0.95  101.7%
      0.9  102.3%
      0.85  102.7%
      0.8  103.1%
      0.7  103.6%

電圧上昇は負荷率が高いほど大きくなります。

Q同期発電機の無効電力について

電気の勉強をしている者ですが、解釈が合っているかわからないので質問しました。

発電所の発電機は界磁電流を調整して常に力率1になるようにして送電しているのでしょうか?そうした方が損失が減るから良いんですよね?それが一つと二つめは

ある参考書には負荷には無効電力が必要だから送電は力率1で送り需要家側でコンデンサから無効電力を供給してやると書かれていたんですが、今までの自分の解釈だと電力用コンデンサは無効電力を打ち消して力率を1に近づけるものだと思っていました。しかし、ある参考書では無効電力は 回転磁界を作ったりするのに必要な電力と書かれていました。そこで矛盾したような感覚に陥ってしまいました。まとまってなくてすみませんが、わかる方いたらよろしくおねがいします

Aベストアンサー

1)発電機は負荷側での消費電力に見合う分の発電が必要で、有効電力も無効電力も同じです。従って界磁電流の調整で常に負荷の力率を打ち消す無効電力を発生させています、負荷は力率1が理想ですが、常に変動しています。

2)モーター等の負荷は遅れ力率であるが、コンデンサーを挿入する事で遅れ力率を吸収して打ち消します、但しモーターの負荷は常に変動して、常に力率1に出来る訳ではありません、従って若干の遅れ力率の供給が発電機より必要です。

3)「電力用コンデンサは無効電力を打ち消して力率を1に近づけるものだと思っていました」その通りです
   モーターなどは遅れ電流となるが、コンデンサーは進み電流が流れ、遅れ電流を打ち消して力率を1に近づけますが正確に1には出来ません、その分は発電機の界磁電流の制御で発電機で吸収し打ち消します。

4)「ある参考書では無効電力は 回転磁界を作ったりするのに必要な電力と書かれていました。」その通りです
   モーターなどでは回転磁界を作る事でモーターは回転します、この時に遅れ電流が流れます。

5)モーターの負荷は常に変動し、その遅れ電流も変動します、コンデンサーは一定の進み電流となり打ち消すが、モーターの負荷変動に追従は出来ず、その分は発電機で打ち消します、発電機は界磁電流で連続的に変動に対応します。

6)送電線の電流を減らし、送電線での電力ロスを減らす為には負荷側でコンデンサーを挿入して調整しますが、調整しきれない分は発電機の界磁電流の調整で行います。

7)負荷側にコンデンサーを挿入して力率を1に近づける事で電力の基本料金が割り引かれます。

             参考になるかな??

1)発電機は負荷側での消費電力に見合う分の発電が必要で、有効電力も無効電力も同じです。従って界磁電流の調整で常に負荷の力率を打ち消す無効電力を発生させています、負荷は力率1が理想ですが、常に変動しています。

2)モーター等の負荷は遅れ力率であるが、コンデンサーを挿入する事で遅れ力率を吸収して打ち消します、但しモーターの負荷は常に変動して、常に力率1に出来る訳ではありません、従って若干の遅れ力率の供給が発電機より必要です。

3)「電力用コンデンサは無効電力を打ち消して力率を...続きを読む

Q発電機について

初めまして。発電機についていくつか質問があります。
①発電機の力率で0.8とありますが、この値は何かの基準により決まっているのですか?

②発電機の力率は1.0になってはいけないと聞いたのですが何故でしょう?力率改善等により1.0になったほうが効率が良いのではないでしょうか?

③発電機の規格にJEC-114とあるのですが検索しても出てきません。この規格は何を示した規格なのでしょうか?

④発電機に自励と他励がありますが、これの解釈は自身の構造で初期励磁を行うのと外部の機器より電圧を印加し励磁を行うと言った解釈で合っていますか?

以上4点について、質問させてもらいます。
多くなりましたが、どうかよろしくお願いします。

Aベストアンサー

あまり正確ではありませんが、ザックリと「イメージ」をつかむ説明をします。正確には、きちんとその手の書籍などをお読みください。

(1)発電機とモーター(電動機)とは、実は構造が同じです。発電機は「外務から与えられた回転力(トルク)を電気エネルギーに変換します。電動機は、電気エネルギーを消費して回転力(トルク)を発生します。
 同じ構造のものを、「フレミング右手の法則」で動作させれば発電機、「フレミング左手の法則」で動作させれば電動機になるわけです。
 従って、発電機は、外から電力を供給すれば「電動機」になり得ます。

 同期発電機と同期電動機を1体1につないで、運転することを考えます。
 発電機にトルクを加えると、無負荷であればどんどん回転数が上がりますが、「負荷」の重さがあるので、一定の同期速度(電力周波数)に落ち着きます。
 電動機は「負荷」として電気を食い、小さなトルクのときは軽く、大きなトルクを出すには「重く」なって発電機にぶら下がり、発電機の回転数を遅くしようとします。つまり同期速度(電力周波数)を下げようとします。
 電動機の負荷が重くなれば、発電機は励磁電流を増やして発電量を増やそうとしますが、それだけでは回転数が下がるので、蒸気タービンの蒸気量を増やすなどしてトルクも同時に上げます。
 このように、発電機と電動機のバランスで、電力周波数を一定に保ちます。自然にそうなるわけではなく、上に書いたように、発電機の側で励磁電流やトルクを調節して、負荷に見合った発電量になるように制御しているということです。

 このときに、何が起こってるかというと、
(1)発電機は、同期速度(電力周波数)よりも「ほんの少し早めに回ろうとする」、つまり電力周波数を「ぐいぐいと引っ張る」ように動作している。
(2)電動機は、同期速度(電力周波数)よりも「ほんの少し遅く回っている」、つまり電力周波数に「ぐいぐいと引っ張られる」ように動作している。
ということです。

 つまり(1)では、発電機は「進み位相」で運転している、(2)では電動機は「遅れ位相」で運転している、というようなことです。

 この電力系統に発電機が複数台並列に接続されている場合に、1台の発電機のタービンが急に故障してトルクの供給ができなくなると、その発電機は発電不能となり、「遅れ位相」となって電力系統から電力を消費して回転する「電動機」になってしまいます。いわゆる「発電機のモータリング」というもので、蒸気タービンが「ポンプ」になって蒸気を吸い込み復水器に大量の蒸気を「送り込んで」加圧して破損させる危険性があり、ただちに発電機を電力系統から切り離す必要があります。
 「力率1.0で運転する」状態では、系統周波数によって「発電機になったり電動機になったり」しながら運転する不安定な状態であり、ほとんど発電機の役割を果たさない上に、何かあったら「発電機モータリング」状態になって、発電設備を壊します。
 従って、何らかの負荷変動や過渡現象や事故が起こっても、万が一にも「遅れ位相」にならない程度に「進み位相」に維持して運転する、というのが「力率0.8程度で運転する」の意味することろと考えればよいと思います。

 このように、「発電機は進み位相」で運転し、「電動機や負荷は遅れ位相」で運転される、と考えたときに、この「位相」を作り出すものが「無効電力」なのです。「無効電力だから無駄」ということではなく、「発電機と負荷の間を往復することで位相を作り出す電力」ということです。英語では「Reactive Power」(反作用電力)と呼ぶようです。「押したり、引っ張られたりするための電力」というイメージでしょうか。

↓ 参考サイト:
http://www.jeea.or.jp/course/contents/04104/

 こういう働きがあるので、「力率1.0がベスト」ということではないのです。
 ただ、現実には「負荷で仕事として使われない電力」であることも間違いないので、むやみには力率を小さくせず0.8~0.9程度の適切な値付近に制御される、というのが現実かと思います。

 ということで、
「①発電機の力率で0.8とありますが、この値は何かの基準により決まっているのですか?」
については、その電力系統(電力会社とは独立した事業所や自家発電も同じ)で運用上目安としている力率に「制御する」ということで、基準で決まっているわけではない、ということです。
 ただし、例えば太陽光発電事業者から電力会社が電力を買い取るときには、「無制御」では困るので、「力率をこの範囲で供給せよ」といった条件を付けると思います。

(2)
>②発電機の力率は1.0になってはいけないと聞いたのですが何故でしょう?力率改善等により1.0になったほうが効率が良いのではないでしょうか?

 上の(1)に書いたようなことです。「力率は1.0」では発電機の役割を果たさず、不安定ということです。
 送電線の先の「需要家」(負荷)に近いところで「コイル」や「コンデンサー」を使って力率を改善することは行われるようです。


(3)
>③発電機の規格にJEC-114とあるのですが検索しても出てきません。この規格は何を示した規格なのでしょうか?

JECは「電気学会電気規格」です。民間の「日本電気学会」が制定している民間規格です。
JEC-114(1979)は、改訂されて JEC-2130(2000)「同期機」になっています。
民間規格ですので「無償公開」にはなっていません。有料で刊行物を購入するか、購入して保有する図書館などで閲覧する必要があります。
https://www.bookpark.ne.jp/cm/ieej/detail.asp?content_id=IEEJ-PB00066-PRT
http://www.denkishoin.co.jp/products/detail.php?product_id=478


(4)
>④発電機に自励と他励がありますが、これの解釈は自身の構造で初期励磁を行うのと外部の機器より電圧を印加し励磁を行うと言った解釈で合っていますか?

 答は「違うよ」。自励では「自身の構造で初期励磁」は不可能ですから。

 発電には「磁石」と「コイル」が必要ですが、この「磁石」を電磁石として作り出すものが「励磁装置」です。
 自分で発電した電気の一部を励磁装置に供給するのが「自励」ですが、「発電を開始する」時点では存在しません。従って、起動する(発電を開始する)ときには外部から電気をもらう「他励」にならざるを得ません。
 「他励」は常時外部から供給(起動時も発電中も)、「自励」は「起動時は外部から、発電を開始したら自分の発電したものから供給」ということです。
 上記のように「自励」にするには「励磁回路の切替え」という設備が必要になるので、「自励も他令も、どうせ電気代はほとんど同じ」場合には、「切替え装置」が必要な「自励」はコスト高だからです。大きな発電所のように、「起動時は小容量の他励、運転中は大容量の自励」にすることでコストメリットがあれば、自励を選ぶのでしょう。

あまり正確ではありませんが、ザックリと「イメージ」をつかむ説明をします。正確には、きちんとその手の書籍などをお読みください。

(1)発電機とモーター(電動機)とは、実は構造が同じです。発電機は「外務から与えられた回転力(トルク)を電気エネルギーに変換します。電動機は、電気エネルギーを消費して回転力(トルク)を発生します。
 同じ構造のものを、「フレミング右手の法則」で動作させれば発電機、「フレミング左手の法則」で動作させれば電動機になるわけです。
 従って、発電機は、外から...続きを読む

Q発電機のほとんどが同期機である理由

火力機や水力機の発電機が同期発電機なのはなぜなのでしょう。

Aベストアンサー

同期式・非同期式の違いを復習してください

周波数の安定した交流を発生させたいからです

非同期の発電機は、単独では安定した発電はできません
安定した送電網に接続したときのみ安定した発電が可能です
ですから網の同期発電機の割合が少なくなれば、網の安定運用ができなくなります

Q同期電動機はなぜ、回転子が停止した状態からは始動できないのか。

標記について、始動巻線などを備えたものは別として、一般的に同期電動機は、回転子が停止している状態では、始動トルクが0であるから始動できないという記述がなされています。
しかし、なぜ、始動できないのかについての詳しい説明がない、当然であるかのような記述があります。
私が考えるところでは、界磁には励磁電流が流されることにより磁極が発生し、電機子(固定子)には三相交流が流され回転磁界をつくるので、磁力線の中を電流が流れることから、電機子導体にはフレミングの左手により力が作用するが、固定されていることから、反作用により界磁が回転するのではないかと思うのですが・・・・
なぜ回転しないのか、その原理を教えていただけないでしょうか。
なお、初めから回転している状態であれば、引き続き回転するというのはそれなりに理解できております。

Aベストアンサー

#1お礼欄に関して
周波数0から引っ張り挙げる場合(簡単のために、回転子の角度を知るセンサがあるとします)
・回転子の角度(界磁磁界の方向)から、若干ずれた角度に起磁力ができるよう固定子に電流を流します。(このときは直流電流)
・トルクが発生して、回転子が回り始めます。
・ここで、固定子の電流位相を回転子の角度に対して進みの状態を保持する(自動的に、固定子につながった電源の周波数は上がっていきます)と、回転子はどんどん加速し、目標速度まで持ち上げることができます。

周波数一定の電源での起動
回転子が静止しているとき、固定子に定周波の電源をつなぐと、平均値が0の脈動トルクが発生します。回転子の機械的な時定数よりも電源の周期があるていど長ければ、回転子は脈動トルクで加速されて、回転を始めることができます。
(さらに、電源を全電圧投入したときには、一時的に偏磁がおきて電流波形がひずみますので、これも始動に一役買っているかもしれません。)

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?

Q無負荷力率cos

変圧器を無負荷で運転した場合、力率cosθが非常に小さくなるのはなぜですか?

Aベストアンサー

他の変圧器関連のご質問にも関連するのですが、
一度、変圧器の等価回路を調べられるのが良いかと思います。
(できれば、導出して見られたほうが、、)

で、無負荷時
無負荷時には変圧器には二次電流が0で、単に一次巻き線がコイルとしてつながっているだけになります。
ここで、通常は鉄損が充分小さいので励磁電流はほぼ無効電流だけになり、力率が非常に低くなると。

Q三相同期電動機について

三相同期電動機が同期速度で回転する理由と、長所・短所、用途とその目的を教えてもらえないでしょうか?

Aベストアンサー

同期電動機で一定のトルクを出すには、回転子の磁極と固定子の作る磁極が一定の位置関係を保つ必要があります。
固定子の磁極は同期速度で回るので、結果回転子も同期速度で回ります。

長所は、回転子の速度が電源周波数に一致すること。
問題点は、起動方法が若干面倒
 一旦誘導機として起動し、その後同期速度に引き込むか、
 可変周波数で直流から持ち上げることが多いけど、後者の場合には回転子の角度に応じた位相からスタートする必要がある。
 急激な負荷変動で動揺がおきることがある。(極端な場合には、脱調して停止する。)
というのがあるかと思います。

用途としては、小型から中容量の永久磁石界磁のものが、可変周波数電源(インバータ等)と組み合わせてサーボモータや工作機の主軸に使ったり、電気自動車に使われたりしていたかと思います。

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。


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