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私が担当している「電気機器」という講義においては，「磁気回路」，「直流機」，「同期機」，「変圧器」，「誘導機」を取り扱う．「磁気回路」は機器ではないので，残りの4つの電気機械について学生のみなさんは勉強することになる．さてここで，「直流機」，「同期機」，「誘導機」の名称には機械の「機」を使っているのに，「変圧器」だけはウツワの「器」を使っていることにお気づきの方もいるかと思う．今回はその違いについて少し説明する．簡単に言ってしまうと，動く機械については「機」を使い，動かないものには「器」を使うのである．「直流機」，「同期機」，「誘導機」は，発電機または電動機（モータ）として用いられる．すなわち動力を電力に変換する，あるいはその逆を行うわけなのだけれど，だから機械的可動部がその機器には存在する．もちろんこれらは「回転機」なので，回転軸がその可動部になる．一方，「変圧器」はどうだろう．一般的には動くところがない．こうした電気機械は「静止器」と呼ばれ，この場合は「器」の文字を用いることになっている．また，半導体を用いた電力変換器（整流器，インバータなど）は，見た目にやはり可動部が無い．したがって，「静止器」で「電力変換器」は「器」の文字を使う．ここでややこしいのが，「周波数変換器」である（例えば，60 Hzの電力を50 Hzに変換するように，周波数を所望の値に変換する装置のこと．エアコンのコンプレッサーや電気自動車のモータは可変速で使用されることが多く（回転数を変えるということ），したがってインバータと呼ばれる周波数変換器が使用されていることが一般的である．もちろん，電車なども同様に速度に応じて回転数すなわち周波数を変化させている）．半導体を用いた周波数変換器は動かないので「器」である．しかし，世の中には回転機を用いて周波数を変換するものもあるのだ．有名なものは，新幹線の電力を供給するために綱島（神奈川県横浜市）に設置された60 MVAの「回転型周波数変換機」がそれである（神奈川県南足柄市にもある）．これは回転機なので「機」でなのである． #因みに新幹線は全線60Hzで運用されており，そのために東側エリアでは50Hzから60Hzに周波数を変換する必要があるのです．綱島に近年設置された周波数変換器は半...

電力需給バランスが崩れるとなぜ周波数が変化するのか

- 5月 26, 2011

本ブログのコメントに，（電力）供給過多になるとなぜ、発電機の回転数が上がるのかというご質問をいただいたので，それについての回答を少し．（すみません，コメントいただいていたのに気づくのが遅れました）発電機の回転数は，個々の発電ユニットで見れば，発電機に入力される機械的入力と，発電機から系統側に出力される電気的出力のバランスによって決まります．ここでいう「発電ユニット」とは，電気機械である「発電機」と動力を発生する「原動機」とが組み合わされたものを指すものとします．たとえば，火力発電ユニットであれば，タービンが原動機，同期発電機が発電機となり，水力発電ユニットであれば，水車が原動機となります．個々の発電機の回転数は，このタービンや水車から発電機に伝えられる軸入力の大きさ（機械的入力）と系統側に送られる電力（電気的出力）のバランスによって決まります．すなわち，（機械的入力）=（電気的出力）の関係があるときは，回転数は変わりません．もしも，電力供給過多の状況が生じたとします．一基あたりに課せられる出力電力は，相対的に小さくなります．その結果，（機械的入力） > （電気的出力）ということになり，回転数は増加します．すなわち系統全体では周波数が上昇します．この状況はちょうど，自転車に乗っているときに似ています．平地を走っているときは，一定ペースでペダルをこぎ続けているときが，入出力のバランスがとれている状態です．次に，下り坂にさしかかったとします．ペダルを漕ぐペースは速まりますよね．これと同じです．発電機の回転数が増加するわけです．一方逆に，上り坂にきた状態が（機械的入力） < （電気的出力）の関係に相当します．当然ペダルを漕ぐペースは遅くなります．つまり，発電機の回転数は減少するわけです．しかし，このように自転車で下り坂や上り坂にさしかかった際には，私たちは当然ペダルを漕ぐ力を増減して，ペースを調整します．それと同じことを，原動機を制御して行おうとするわけです．つまり，回転数が上がってきたら，原動機出力（機械的入力）を下げ，逆に下がっ...

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素晴らしき哉，電気工学的人生！

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