電験三種 平成27年度(2015) 機械 問5 過去問解説

問5 《同期機(無負荷飽和曲線・短絡曲線と%同期インピーダンス)》
図は,同期発電機の無負荷飽和曲線(A)と短絡曲線(B)を示している。図中で $V_{\mathrm{n}}$[V]は端子電圧(星形相電圧)の定格値,$I_{\mathrm{n}}$[A]は定格電流,$I_{\mathrm{s}}$[A]は無負荷で定格電圧を発生するときの界磁電流と等しい界磁電流における短絡電流である。この発電機の百分率同期インピーダンス $z_{\mathrm{s}}$[%]を示す式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問5の図
  1. (1) $\dfrac{I_{\mathrm{s}}}{I_{\mathrm{n}}} \times 100$
  2. (2) $\dfrac{V_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{n}}} \times 100$
  3. (3) $\dfrac{I_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{f2}}} \times 100$
  4. (4) $\dfrac{V_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{f1}}} \times 100$
  5. (5) $\dfrac{I_{\mathrm{f2}}}{I_{\mathrm{f1}}} \times 100$
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正解は(5)
使う公式
百分率同期インピーダンス $z_{\mathrm{s}} = \dfrac{I_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{s}}} \times 100$[%] 短絡曲線は直線(Iₙ:定格電流、Iₛ:定格電圧を出す界磁電流での短絡電流)
解説
【考え方】百分率同期インピーダンスは $\dfrac{I_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{s}}} \times 100$ です。この形は選択肢にないので、短絡曲線を使って界磁電流の比に書きかえます。 ■1 百分率同期インピーダンスの式 定格電流 $I_{\mathrm{n}}$ を、短絡電流 $I_{\mathrm{s}}$(定格電圧を出すときの界磁電流で短絡したときの電流)でわった値です。 $z_{\mathrm{s}} = \dfrac{I_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{s}}} \times 100$ ■2 短絡曲線で書きかえる 短絡曲線 B は原点を通る直線なので、短絡電流は界磁電流に比例します。 $I_{\mathrm{n}}$ が流れるときの界磁電流は $I_{\mathrm{f2}}$ です。 $I_{\mathrm{s}}$ が流れるときの界磁電流は $I_{\mathrm{f1}}$ です。 だから、$\dfrac{I_{\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{s}}} = \dfrac{I_{\mathrm{f2}}}{I_{\mathrm{f1}}}$ です。 ■3 答えの式 $z_{\mathrm{s}} = \dfrac{I_{\mathrm{f2}}}{I_{\mathrm{f1}}} \times 100$ 答えは(5)ピヨ。
出典:平成27年度(2015) 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