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。

No.2 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2015/09/29 10:28

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?co …
http://www.denkishoin.co.jp/products/detail.php? …


（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。

No.1 回答者： zssasuke 回答日時： 2015/09/25 20:36

発電機のカ率0.8は三相発電機で1.0は単相発電機。

単相発電機KW=KVA
発電機出力(KVA)=電圧(V)×電流(A)×1/1000。
発電機出力(KW)=電圧(V)×電流(A)×カ率(1.0)×1/1000。
三相発電機=kw=KVA×0.8。
発電機出力(KVA)=√3×電圧(V)×電流(A)×1/1000。
発電機出力（ｋｗ）＝√3×電圧(V)×電流(A)×カ率(0.8)×1/1000。
jec-114は、同期速度で回転電気機械の総称。
同期発電機・同期電動機・同期調相期で交流を用いる回転電気機械では
三相交流によつて作られる回転磁界を利用していて、回転磁界の速度を
同期速度という。
同期発電機（巻線式）
初期励磁で回転子を励磁する。
励磁された回転子が磁界を作る。
磁界に抗して回転することで電気が発生する。
系統電気と同期遮断機をつなぐことで電気を送る。
同期発電機（永久磁石式）
永久磁石が磁界を作る。
磁界に抗して回転することで電気が発生する。
系統電気と同期遮断機をつなぐことで電気を送る。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。返信遅くなり申し訳ありません。

単相発電機は一相だから力率1.0と言うのは分かるのですが、何故三相の場合はコンデンサ等で1.0にしないのでしょう？発電の際に何か不都合が出てくるのでしょうか？

後質問④はあの解釈で合っていますか？

お礼日時：2015/09/27 10:24