痔になりやすい生活習慣とは?

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。)

A 回答 (1件)

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。
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この回答へのお礼

大変良く分かりました。
有難うございました。

お礼日時:2012/08/19 11:09

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Q直流分巻発電機についての電検三種レベルの問題が解けないので教えてください。

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。

Aベストアンサー

(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。

(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...続きを読む

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

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変圧器の効率についての実験

変圧器について実験を行いました。
この中で、短絡試験と実負荷試験の両方から効率ηを求めたのですが、これらの値がずれる理由がわかりません。

効率ηは以下の式を使って求めました。
短絡試験:
η=VI/(VI+鉄損+75℃インピーダンスワット) *100[%]
実負荷試験:
η=電力比*100[%]

Aベストアンサー

短絡試験と無負荷試験から算出した銅損,鉄損を用いて算出する「規約効率」と,
「実測効率」とは,厳密には合いません。
しかし,当らずとも遠からず,なので規格で使われています。

ずれる理由として考えられるのは,
・漂遊負荷損があり,負荷電流の2乗に比例する損失が増える。
・巻線温度が75℃とは限らず,75℃換算の巻線抵抗は大きすぎる。
 (学校等の実験では75℃まで上がっていない可能性大)
・等価回路の立て方によるが,鉄損が決まる電圧を一次側,二次側,その中間のどこにとるか。
   (厳格には,励磁コンダクタンスは1本では表現できないのかも)

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直流機と同期機の違い

直流機と同期機の違いについて、原理の違いと、構造の違いの2つに分けて調べていたのですが、出力が直流か交流かの違いくらいしかわかりませんでした。どちらの界磁装置も直流だし、よくわかりません。この2つについてどちらでも構わないので教えてください!!

Aベストアンサー

 質問の様子では、本当の基本が知りたいようですので、お話します。見当違いでしたら、ごめんなさい。
 科学知識は、用語を作り、コミニュケイションをとる事は、5感による曖昧用語(感情が入りますから意味が広く曖昧、政治討論で分ると思います)と違い、意味が1つでハッキリ言葉と認識しておきましょう。だから、他国の人でも言葉のニューアンスなどと言う、違いは生じません。
 だから、科学の勉強は、言葉の定義(取り決めた意味)を知ると全て分かるのです。数式も。記号も。
と言う事で、お話します。
 直流とは、直流電圧と直流電流があります。
 直流電流とは、電流が電線を一方向に流れ続けて逆方向に流れない電流の事。流れる量が変化しても、一時途切れても(後で脈流という用語作って増やした)直流電流に入ります。
 この直流電流を流す原因になる、加える電圧が直流電圧です。
 直流発電機、乾電池、蓄電池(バッテリー)・・・がこれです。
 
 交流とは、電圧と電流があり、電線を左右交互に方向転換して流れる電流、それを流す電圧の事につけた言葉です。
 
 モーターと発電機、は基本的に同じ構造をしていて、モータにも発電機にもなります。余計でしたか。
 自転車の発電機は、脚力で回している時は、発電機ですし、外から電流を流し込んでやると、モーター(電動機)になります。
 
 直流電圧、電流を用いてモ-ターや発電機にした回転機をひっくるめて、直流機、交流を使ったモーターや発電機をひっくるめて、交流機。と言います。
 
 交流機の中に、誘導電動機、と同期機とい用語があります。なぜ同期とつけたかが問題点です。同期の意味を知るとよい事は最初に話した通りです。時間的に同時に動くと言う事は、想像できすね。
 
 長くなりますから、モーターについてお話して終わりにします。
 モーターの原理は、一般の人にわかりやすく、言うと
磁石のN極とS極が吸引し合う自然現象を利用したものです。これ1つきりで、博士も小学生も共通の覚え方をします。
 但し、天然の磁石は弱まります。ただエルステッド教授が、電流が磁力線を作って磁石と同じ作用を示す事を発見してから、現在は、鉄にコイルを巻いて電流を流し、磁力を一定に保ったり、変化させたりして、電磁石や、モーターや発電機を作っています。
 
 直流機は、交流でない事は分かりましたね。
交流電動機、交流発電機に同期電動機、同期発電機と言う名をつけた動作の回転機がありますが、モーターだけにします。
 外枠のステーター(固定子)の突起に巻いたコイルに交流電流を流すと、単相交流と言って、家庭に2本線で入って来ているのと同じ物を使っても界転磁界を作れますが、誤解の元になりますので、ここでは除外し、3相交流を使ったモーターについてお話します。
 電柱の上に走っている3本の送電線から束にして屋内に導いた(勿論電圧はトランスで下げたもの)、3相交流といって、単相交流が時間的に1山づつづれた(周波数、大きさは3っとも同じ)3っつの交流電流を、電動機の外周のステーターの突起に(または溝に)巻いたコイルに流してやると「回転磁界」といって、目の見えない透明な1個の、N極とS極をもった一定の強さの馬蹄形磁石が、外回りを一定の速さで回転して行っているのと全く同じ現象が起きる事を人間の知恵が、計算して突き止めたのです。
 これを回転磁界といいます。
 それで、モーターのシャフトをつけた回転子の鉄の方に、コイルを巻いて、直流電流を流しN極とS極を持つ一定の強さの磁石を作ってやると、透明なNSの回転磁界(回転磁石)にくっいて、遅れることなく、同時にくっついて回転していく事が出来ると言う事から、同期電動機と命名したわけ。これが同期の意味。
 誘導電動機は回転磁界から遅れながらついて回転しますから、同期になりません。

 質問の様子では、本当の基本が知りたいようですので、お話します。見当違いでしたら、ごめんなさい。
 科学知識は、用語を作り、コミニュケイションをとる事は、5感による曖昧用語(感情が入りますから意味が広く曖昧、政治討論で分ると思います)と違い、意味が1つでハッキリ言葉と認識しておきましょう。だから、他国の人でも言葉のニューアンスなどと言う、違いは生じません。
 だから、科学の勉強は、言葉の定義(取り決めた意味)を知ると全て分かるのです。数式も。記号も。
と言う事で、お話します...続きを読む

Qなぜ基準温度は75度か

回転機の実験をする際、予備実験として巻線抵抗の値を測定するというのがありますが、室温によって抵抗値はかわるということで、75度の時の値に換算しますよね。

友人が『なぜ75度か?』というのを考えていたようなのですが、『回っているうちに温度があがって75度ぐらいになるのではないか』という仮説で終わったようで、それを聞いて、本当はどうなのだろうか知りたいと思いました。

なぜ『75度』なのですか?

Aベストアンサー

回転機の巻線がその温度以上になると絶縁不良を起こすからです。

回転機の温度を75度と仮定するということは、その温度になる時が連続定格最大出力ということです。それ以上の負荷をかけると温度上昇により巻線の絶縁が保てなくなり壊れます。
抵抗は温度と共に上がりますから、低温時の抵抗値で計算すると温度上昇にしたがって電流が下がり、定格に達しません。したがって、定格内で最も抵抗値の高くなる「75度」で計算するのです。

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負荷?無負荷?

負荷状態、無負荷状態という言葉に混乱しています。

負荷状態→抵抗がある状態
無負荷状態→抵抗が0である状態
ということなのでしょうか?

あと、短絡というのは無負荷と同義でしょうか?

頭の中がこんがらがっています(>_<)

どなたか教えてください!

Aベストアンサー

まずアドバイスですが、具体的にどのような回路、装置についてこの質問をされたのかを明確にしたほうが適切な回答が得られると思います。

抵抗、短絡と言う言葉があるので電気回路と考えて回答します。
基本的な考え方は機械系でも同じですが。
外部に対してエネルギーを供給できる電源:電池、発電機、トランジスター回路、直流電源等(機械系の場合はエンジンやモータ等の動力源)を考えます。
負荷状態とは電源に負荷(=電球等)が接続されて(負荷が接続されているといいます)電流が流れて電源から負荷(=電球等)にエネルギーが供給されている状態です。
無負荷状態とは電源スイッチがOFFされていて電源に負荷(=電球等)が接続されておらず(オープン状態)電流が流れず電源から負荷(=電球等)にエネルギーが供給されていない状態です。
無負荷状態は別の言い方をすると抵抗値無限大の負荷が接続されていることになります。
短絡と言うのはこれと逆に電源に抵抗値ゼロの(ゼロに近い)負荷が接続された状態(俗にショートと呼ぶ)で通常は短絡電流と呼ばれる大電流が流れて配線が焼けることもあります。
この事故を防ぐために配線用遮断器(ブレーカ)やヒューズを設置します。
また、電源には負荷に無理なくエネルギーを供給できる定格出力と呼ばれるエネルギー供給能力があり、定格出力となる負荷を定格負荷、定格負荷時の電流を定格電流と呼びます。

まずアドバイスですが、具体的にどのような回路、装置についてこの質問をされたのかを明確にしたほうが適切な回答が得られると思います。

抵抗、短絡と言う言葉があるので電気回路と考えて回答します。
基本的な考え方は機械系でも同じですが。
外部に対してエネルギーを供給できる電源:電池、発電機、トランジスター回路、直流電源等(機械系の場合はエンジンやモータ等の動力源)を考えます。
負荷状態とは電源に負荷(=電球等)が接続されて(負荷が接続されているといいます)電流が流れて電源から負...続きを読む