機械同期機同期発電機・同期電動機の特性★★☆☆☆
三相同期発電機（水車発電機・タービン発電機）の構造比較
概要
三相同期発電機の代表的な2種類，水車発電機（突極機）とタービン発電機（円筒機）の構造上の違いを説明する。原動機の回転速度の違いが回転子の極数・形状に直結しており，同期速度の式 ns = 120fp を理解することで両者の構造的特徴を体系的に把握できる。
📖用語
突極機（突極形）：回転子の磁極が突起状に飛び出した構造の同期機。多極・低速型の水車発電機に採用される。
円筒機（円筒形）：回転子が円筒状で，スロットに界磁巻線を埋め込んだ構造の同期機。高速型のタービン発電機に採用される。
同期速度（ns）：電源周波数と極数で決まる回転子の回転速度。ns = 120fp [min-1]。
界磁巻線：同期機の回転子に設けられた巻線。直流電流を流して磁極（磁界）を作る役割を持つ。
三相同期発電機の概要
回転子の界磁巻線に直流を流して磁極を作り，固定子コイルに三相交流電圧を発生させる発電機。
原動機によって「水車発電機」と「タービン発電機」に大別され，それぞれ構造が大きく異なる。
水車発電機（突極機）
| 項目 | 特徴 |
|---|---|
| 原動機 | 水車（水力発電） |
| 回転速度 | 低速（数百 min-1 程度） |
| 極数 | 多い（低速で所定の周波数を得るため） |
| 回転子形状 | 突極形（鉄心が突起状） |
| 軸方向と直径 | 直径 > 軸方向の長さ（扁平形・横軸形） |
| 特徴 | 大径・低速・多極 |
タービン発電機（円筒機）
| 項目 | 特徴 |
|---|---|
| 原動機 | 蒸気タービン・ガスタービン |
| 回転速度 | 高速（3000 min-1 や 1500 min-1） |
| 極数 | 少ない（2 極または 4 極） |
| 回転子形状 | 円筒形（スロットに界磁巻線を埋め込む） |
| 軸方向と直径 | 直径 < 軸方向の長さ（細長い形） |
| 特徴 | 小径・高速・少極 |
直径が細長い理由（タービン発電機）
高速回転では遠心力が大きくなるため，回転子の直径を小さくして機械的強度を確保する。
直径を小さくした分，軸方向の長さを伸ばして必要な容量を確保している。
極数と周波数の関係
ns = 120fp（ns：同期速度 [min-1]，f：周波数 [Hz]，p：極数）
f=50 Hz の場合：p=2 → ns=3000 min-1，p=4 → 1500 min-1
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