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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。

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A 回答 (2件)

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
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時:2011/08/14 19:54

発電機で同期発電機でなければ誘導発電機しかありえません。


誘導発電機って外部から電圧かけないと発電できないですから、発電に関する不確定要素が大きくなるわけです。誘導発電機って風力発電では使っているところ在りますけどね。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます!

お礼日時:2011/08/16 21:34

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Q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%)

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?

Aベストアンサー

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。

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発電機の非同期投入による事故例について

自立運転でも系統連系にしろ、複数の発電機を並列運転させるには、『起電力の大きさ・位相・周波数が等しい』事が条件で、その際、同期検定器を用いるわけですが、同期検定を行わず接続した場合、どのような事故に至るのでしょうか?また、実際に非同期にて系統連系に接続し事故を起こした例などあるのでしょうか?宜しくお願いします。

Aベストアンサー

 事故例はいくつか知っていますが,具体的どこでとは申し上げられません。
 とある火力発電所での1例をあげると,同期検定器が不調で試験をしていたところ,発電機につながる断路器を開放しないで試験したので,同期条件が揃って遮断器が投入されました。必然的に発電機が系統に接続されて,発電機が誘導電動機の如く起動してしまいました。
 この場合一番深刻なのは,回転子に誘導電動機の如く電流が流れた事による,回転子構造物の電蝕の発生です。
 電蝕により,金属が焼き入れされた様になって脆くなり,長時間の運転の後に焼き入れ部からクラックが進展し,回転子破損に至る事です。
 タービンミサイルという言葉がありますが,毎分3000回転とか3600回転で運転している数10トン~数100トンある回転子が運転中に破損した場合,部品がミサイルの如く飛散する事故となります。タービンや発電機が火薬を装填している訳ではありませんが,鉄の塊が高速で飛散したらどうなるか・・・。
 当然先の例では,他の部分も含め,回転子も徹底的に修理されました。

Q同期発電機の並列運転について

同期発電機の並列運転時に,各々の周波数が異なる場合,周波数の高い発電機が有効電力を取り込む理屈をわかりやすく教えていただけないでしょうか?

Aベストアンサー

まず参考書2冊の紹介と関連ページですが。

[1]水力発電 (電気学会大学講座) 
    発行所 財団法人 電気学会
    発売元 株式会社オーム社書店
   255ページ~256ページ の 
    「6.11 並行運転」
   (特に255ページの第6.25図と、
    この図に対する256ページの解説)

[2]水力発電所 (最新高級電験講座 第11巻)
    著 者 千葉 幸
    発行所 株式会社 電気書院
   252ページ~254ページ の
    「8.3 並行運転」の
    「8.3.3 位相の相違する場合の作用」と
    「8.3.4 周波数の相等しくない場合の作用」
   (特に252ページの第8.29図とその解説)

実は上記参考書の[1]第6.25図と、[2]第8.19図
は、同じ意味のベクトル図を表現しています。

ご質問の内容を回答するためには、このベクトル図を参照しながら
でないと困難なので、できれば図書館か書店で立ち読みしていただ
ければと思うのですが。

 2台の同期発電機が並行運転しているとき、一方の周波数(回転数)が微少増加すると、2台の同期発電機の起電力に位相差を生じそれの合成起電力によって両機間に電流が流れます。
 これを有効横流又は同期化電流と言います。
この電流は、周波数の高い(回転数の高い)同期発電機が発電し、周波数の低い(回転数の低い)同期発電機は受電するという、有効電力を授受する作用をもたらします。

 Jを慣性モーメント、ωを角速度(=2×π×N/60 でNは回転数)とするとき、回転体の持つ運動エネルギーは =(1/2)×J×ω^2 で表されますから、回転数が高いほど多くのエネルギーを持つことがわかります。

 ところが、起電力の位相差が生じることによって、有効横流が流れ、回転数(周波数)の高い同期発電機は、エネルギーを放出(発電)し回転数(周波数)が下がり、低い方はエネルギーを吸収(受電)して回転数(周波数)が上がります。すると、それに伴い2台の発電機の間の起電力の位相差はなくなり、有効横流もゼロになりますから、有効電力の授受の作用もなくなり、2つの同期発電機は位相差のない同じ回転数で、並行運転を続けます。

 これが電力系統に接続され、並列運転されている同期発電機が、同じ周波数で回転している原理です。

 しかし、やはりベクトル図と一緒に説明しないと、なかなか難しいですね。

 2つの同期発電機の間で、位相差が少ない場合には、上記のように最終的に同じ周波数、位相に落ち着きますが、差が大きいような場合は、過電流継電器が働いて、同期発電機が解列したり、乱調によって並列運転が継続できない状態になります。

 なお、発電機が爆発するようなことは起きません。(発電機は火薬のような爆発する要素は持っていません。)

 長い回答になりましたが、少しでもお役に立てれば幸いです。

まず参考書2冊の紹介と関連ページですが。

[1]水力発電 (電気学会大学講座) 
    発行所 財団法人 電気学会
    発売元 株式会社オーム社書店
   255ページ~256ページ の 
    「6.11 並行運転」
   (特に255ページの第6.25図と、
    この図に対する256ページの解説)

[2]水力発電所 (最新高級電験講座 第11巻)
    著 者 千葉 幸
    発行所 株式会社 電気書院
   252ページ~254ページ の
   ...続きを読む

Q同期発電機を母線に並列運転する条件

同期発電機を母線に並列投入する際、
1、電圧が等しいこと
2、周波数が等しいこと
3、位相が等しいこと
がありますが、それぞれ投入側が高い、低い(進み、遅れ)の状態で
投入した場合、どのような影響がありますか?

また、実際に投入する際は、投入側の電圧と周波数を若干高めで投入するのですが、
なぜでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

電圧が等しくない状態で投入すると,無効電流が流れます。
(発電機電圧が母線電圧より高ければ,遅れ無効電力を発生,低ければ吸収)
位相が等しくない状態で投入すると,有効電流が流れます。
(発電機の位相が母線より進んでいれば有効電力を発電,遅れていればモータ動作して有効電力を吸収)

電圧差や位相差がわずかであれば問題ありませんが,
大きな差が有る状態で無理に入れると,投入直後に大電流が流れて,
過電流リレーがとぶ可能性があります。

周波数が等しくない状態で投入すると,動揺を起こした状態になります。
周波数差が小さければ,しばらく待てば動揺が収まって同期状態に引き込まれます。
周波数差が大きいと脱調してしまいます。

>投入側の電圧と周波数を若干高めで投入するのですが
ここはよく分かりません。可能な限り合わせて投入すると思っていました。

投入直後に,有効電力,無効電力を系統から消費しない,
少しは発生する側にしたい,からでしょうか。
あるいは,原動機を同期電動機で無理に加速したくないからかもしれません。

Q同期発電機の発電原理

同期発電機はなぜ電力量が変化するのですか?

P=ω・T より
原動機からの機械入力は、回転速度は一定なので、トルクとして上昇することは判ります。

電気理論側からみれば
e=B・l・v
起電力を生むには、回転速度、導体長は一定なので磁束密度が変化しなければならないと推測しています。

一般的に界磁電流は制御され、発電機端子電圧は一定に保たれるが、界磁電流自体は発電機出力に比例していることは知ってます。
これは電気子反作用による減磁を打ち消すためと理解してます。

これらの理屈がつながらず困ってます。
(1)トルクと磁束の変化はどのような関係があるのですか?
(2)発電機端子電圧一定でも、発電機出力により界磁電流は変化しますが、
これは、電気子反作用以外に理由があるのでしょか?

Aベストアンサー

起電力とは発生電圧のことで、単位は[V]です。電力という字が使われていても電力[W]ではありません。これが勘違いの元ではありませんか? 発電機の起電力とは電機子コイルに生じる電圧のことで、無負荷時には端子電圧と同値です。
電力は電圧と電流の積なので、電流を無視して説明は出来ません。電圧(起電力)がどんなに高くても電流がゼロなら出力電力はゼロですから。
発電機に負荷を接続すると電流が流れ、その電流に比例したトルクが発生します。電動機と同じ理屈ですが、電流の向きが電動機とは逆なので、トルクの向きも電動機とは逆つまり回転方向と逆向きのトルクが生じ、原動機(タービンやエンジン)には負荷トルクがかかることになります。
(質問1)トルクと磁束の変化はどのような関係があるのですか
→磁束はトルクに直接的には関係しません。但し、磁束が増えると起電力が高くなり、その結果、負荷電流が増加すればそれによってトルクも増えます。
(質問2)発電機端子電圧一定でも、発電機出力により界磁電流は変化しますが、これは、電気子反作用以外に理由があるのでしょか?

発電機の出力と界磁電流は無関係ですが、出力が増えると電機子回路のインピーダンスにより電圧降下が増えて出力電圧が低下するので、それを修正するために、外部に設置された自動制御回路(AVC)の働きによって界磁電流を増やして電圧を一定に保つようにします。
なお、このような基本的な理屈を理解するためには、電機子反作用などの副次的な現象は無視してください。

起電力とは発生電圧のことで、単位は[V]です。電力という字が使われていても電力[W]ではありません。これが勘違いの元ではありませんか? 発電機の起電力とは電機子コイルに生じる電圧のことで、無負荷時には端子電圧と同値です。
電力は電圧と電流の積なので、電流を無視して説明は出来ません。電圧(起電力)がどんなに高くても電流がゼロなら出力電力はゼロですから。
発電機に負荷を接続すると電流が流れ、その電流に比例したトルクが発生します。電動機と同じ理屈ですが、電流の向きが電動機とは逆なので...続きを読む

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誘導発電機の回生原理について

インバータ駆動の誘導機が発電機(回生)として作用する場合にどうしても理解に苦しむ点があります。

理解している点
回転している電動機に対して電源であるインバータ周波数を回転子周波数より若干低くすることにより滑りがマイナスとなる。これにより回転子に流れる誘導電流が逆向きになり回転方向と逆向きのトルクが発生。

不明な点
回転子の誘導電流により固定子に電源とは逆向きのまた若干電圧が高い誘導起電力が発生。これにより電源に逆らい電源側に電流が回生される。
ここで疑問なのは電源側と逆向きの起電力が発生したならば流れる電流も逆、固定子で作られる回転磁界も逆向きになってしまい発電機として継続的な動作ができなくなってしまうのではないでしょうか。よく誘導発電機は単独運転はできないと書かれておりますがこのあたりにヒントがかくれているような気もします。当メカニズムは文献や参考書含めどこにも解説されていないのでどなたか詳しい方おりましたら是非ご教示の程宜しくお願いします。

Aベストアンサー

ご承知の通り誘導機には磁石が無いのですから、単独では発電機に成り得ません。発電の為には外部電源による励磁が必要です。そして発電周波数は、回転とは無関係に励磁周波数で決まります。また、発電機でありながら有効電力と無効電力の関係は任意に取れず、供給可能なのは進み電流に限定され、自分自身の励磁電流さえ供給できない等、通常の発電機のイメージとは相容れない性質があります。これらの説明は、誘導発電機の中に電圧源が現れるようなモデルでは、困難かと思います。誘導発電機はブラックボックスとしては、あくまでもインピーダンス素子であり、内部に現れるのは「負性抵抗」と考える方が合理的でしょう。「外部から電圧を掛けるとき、どんな電流が流れるか」という視点で考察してみます。電力を生み出す為に外部から電圧を掛ける必然性や、産生電流位相が自由自在にならない現象にも合点がいくと思います。

誘導機の等価回路:
http://energychord.com/children/energy/motor/ind/contents/ind_eq.html
のsを負とする時、r2'/ s が負性抵抗となります。これにより電流は電動機運転と逆方向に生じます。模式的には、
内向きを正にとれば、I = V / ( -R + jX ) = -( V / (R - jX) )、
外向きを正にとるなら、I = V / (R - jX)
と言う形です。

物理的に見れば、負のスリップにより1次回転磁束を切る2次導体に生じる「小さな起電圧」が電動機運転時と逆になり、2次導体「線輪」が作り出す磁束も逆、それを打ち消すべく流れる1次電流も逆極性になるという具合です。このような1次2次間の磁束打ち消し電流は、励磁電流やその逆起電力とは別の独立した存在である点に注意してください。直流機や同期機に見られる「電源電圧に匹敵する大きな逆起電圧」の実体は在りません。あなたが感じられた不条理の起源は、ここら辺りにありそうです。

外部から電圧を加える事により負性抵抗(スリップ量依存)由来の電力を取り出せますが、前記式から解るように「外部方向に供給できるのは進み位相」に限定されます。自身の励磁電流に充てられるような遅れ90度電流は供給できません。発電機とは言え、同期発電機等に見られる、任意負荷位相を許す電圧源的挙動とは異なります。有効電力を得る為には同時に無効電力が生じてしまいますから、それを吸収させる為にも、電圧源的な装置との並列運転が不可欠と言えるのではありませんか。

ハイランド円線図も参考になると思います。発電機では、下半円を電流ベクトルが動きます。
http://ameblo.jp/sayama554/entry-11475905601.html
図「誘導発電機の特性」を参照

以上、机上の知識ですが参考まで。不可解な点ありましたらご指摘ください。

ご承知の通り誘導機には磁石が無いのですから、単独では発電機に成り得ません。発電の為には外部電源による励磁が必要です。そして発電周波数は、回転とは無関係に励磁周波数で決まります。また、発電機でありながら有効電力と無効電力の関係は任意に取れず、供給可能なのは進み電流に限定され、自分自身の励磁電流さえ供給できない等、通常の発電機のイメージとは相容れない性質があります。これらの説明は、誘導発電機の中に電圧源が現れるようなモデルでは、困難かと思います。誘導発電機はブラックボックスと...続きを読む

Q発電機の種類および区別について

発電機の種類に関する質問です。
発電機の種類はどのようなものがあるのですか?
また、その区別はどのような基準にあるのですか?
交流機、直流機それに同期、誘導など色々ありますが、
今ひとつ違い・原理がわかりません。
ぜひ、教えてください。また、発電機に関するわかりやすい
ホームページ、本などありましたら紹介いただけると光栄です。
(永久磁石式多極発電機というものがあるそうですが、
どのようなものでしょうか?)

Aベストアンサー

発電機は基本的に、コイルのそばで磁石を動かして、コイルに電気を発生させます(電磁誘導の原理)

[それぞれの違い]

交流発電機
・同期発電機: 発電機の基本はこれです。コイルのそばで磁石を回転させ(N極とS極が交互にやってくるようにして)コイルに交流を発生させます。
・誘導発電機:(No.1の補足質問に「電動機」とあるので、そこから)誘導電動機はアラゴの円盤が元になっています。導体円盤のそばで磁石を動かすと、円盤に発生した渦電流(誘導電流)によって円盤が瞬間的に磁石になり、円盤が磁石につられて回転するというやつです。
誘導電動機には磁石はなく、コイルによって回転磁界を作り出し、内部の導体が誘導によって一時的に磁石になって回転します。(「誘導発電機」というものがあることを、本件ではじめて知りました。確かに内部の導体が磁石になりさえすれば発電しますね)

直流発電機
・整流発電機(直流発電機といえば、たいていこれなので、こんな呼びかたはしないけど): 同期発電機に整流子または整流回路を付けて、コイルに発生した交流を直流(脈流)に変換するもの。 整流子を使うものは、整流子とコイルを一緒に回転させるため、磁石を固定しコイルが回ります(模型用モータを発電機にするとこれになる) 整流回路を使うものは、コイルを固定し磁石が回ります(コイル固定のほうが電線が引き出しやすい)
・単極発電機: 磁界内で回転する円盤から、接触子により電流を取り出す。脈動のない直流を発生できる(一般的じゃないな。電磁誘導でもないし)

発電機は基本的に、コイルのそばで磁石を動かして、コイルに電気を発生させます(電磁誘導の原理)

[それぞれの違い]

交流発電機
・同期発電機: 発電機の基本はこれです。コイルのそばで磁石を回転させ(N極とS極が交互にやってくるようにして)コイルに交流を発生させます。
・誘導発電機:(No.1の補足質問に「電動機」とあるので、そこから)誘導電動機はアラゴの円盤が元になっています。導体円盤のそばで磁石を動かすと、円盤に発生した渦電流(誘導電流)によって円盤が瞬間的に磁石にな...続きを読む

Q同期モータと誘導モータの違い

こんにちは、
同期モータと誘導モータの違いは何でしょうか?
誘導モータはうず電流、同期モータは磁石による吸引力の違いらしいのですが、同じではないでしょうか?また、誘導モータは、中に磁石がなし、同期モータは磁石ありと思っていましたが、同期モータにも、リラクタンス型(鉄心のみ)もあります。

Aベストアンサー

回転数と電源周波数が正しく対応している(同期機)
誘導電流でトルクが発生している(誘導機)
と、名前の付け方からして異なっていると思います。

トルク発生の原理という点では、どちらも同じといってよいでしょう。
たとえば、界磁を電磁石にした同期機で、界磁に交流電源をつないだ可変速同期機と、巻き線型誘導機の二次巻き線に交流電源をつないだ超同期セルビウス運転では、同じものになります。

磁石を持たない同期機には、リラクタンス型以外にヒステリシスモータもありますね。


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