電験三種 平成30年度(2018) 機械 問5 過去問解説
次の文章は，同期発電機の種類と構造に関する記述である。
同期発電機では一般的に，小容量のものを除き電機子巻線は（ア）に設けて，導体の絶縁が容易であり，かつ，大きな電流が取り出せるようにしている。界磁巻線は（イ）に設けて，直流の励磁電流が供給されている。
比較的（ウ）の水車を原動機とした水車発電機は，50 Hz又は60 Hzの商用周波数を発生させるために磁極数が多く，回転子の直径が軸方向に比べて大きく作られている。
蒸気タービン等を原動機としたタービン発電機は，（エ）で運転されるため，回転子の直径を小さく，軸方向に長くした横軸形として作られている。磁極は回転軸と一体の鍛鋼又は特殊鋼で作られ，スロットに巻線が施される。回転子の形状から（オ）同期機とも呼ばれる。
上記の記述中の空白箇所（ア），（イ），（ウ），（エ）及び（オ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) （ア）固定子，（イ）回転子，（ウ）高速度，（エ）高速度，（オ）突極形
- (2) （ア）回転子，（イ）固定子，（ウ）高速度，（エ）低速度，（オ）円筒形
- (3) （ア）回転子，（イ）固定子，（ウ）低速度，（エ）低速度，（オ）突極形
- (4) （ア）回転子，（イ）固定子，（ウ）低速度，（エ）高速度，（オ）円筒形
- (5) （ア）固定子，（イ）回転子，（ウ）低速度，（エ）高速度，（オ）円筒形
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正解は(5)
使う公式
同期速度 $N_{\mathrm{s}} = \dfrac{120f}{p}$（Ns：回転の速さ[min⁻¹]、f：周波数[Hz]、p：磁極の数）
解説
【考え方】どこに巻線を置くかと、原動機の速さで回転子の形が決まることを考えます。
■1 (ア)(イ) 巻線の置き場所
大きな電流が流れる電機子巻線は、動かない固定子に置きます。絶縁もしやすく、電流も取り出しやすいからです。→ (ア) 固定子
界磁巻線は回転子に置き、直流を流して磁石にします。これを回転界磁形といいます。→ (イ) 回転子
■2 (ウ) 水車発電機
水車はゆっくり回ります。→ (ウ) 低速度
式から、速さ $N_{\mathrm{s}}$ が小さいと、同じ周波数を出すには磁極の数 p を多くします。
磁極が多いので、回転子は直径が大きく、平たい形になります。
■3 (エ)(オ) タービン発電機
蒸気タービンはとても速く回ります。→ (エ) 高速度
遠心力（回るときに外へ飛び出そうとする力）に耐えるように直径を小さく、長い筒の形にします。→ (オ) 円筒形
突極形は、水車発電機のような磁極が出っぱった形です。
答えは(5)ピヨ。
出典：平成30年度（2018） 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）機械 問5