交流電流の正弦波はダムのタービンの回転運動？

質問

家庭用交流電流の滑らかな正弦波は円運動の時間に対する位置運動ですが

質問(1)：そのおおもとは発電所のタービンの円運動と考えてよろしいでしょうか？
質問(2)：だとすれば発電所のタービンの軸になんらかの異常があり滑らかな円運動を
しなくなったら家庭の交流電流も滑らかな正弦波ではなくなりますでしょうか？

(1)の私の予想がちがっていればもともこもありませんが御享受願います。

回答No.5

bogen55

根本的な誤解があるようですが、「オームの法則」はご存じでしょうか？
電圧：V、電流：I、負荷インピーダンス：Zとすると、
I=V÷Z
となります。
家庭用交流電圧Vは、コンセントにいろいろな負荷を接続してもほとんど変化しないことから、定電圧源と考えられます。
とゆうことは、家庭用交流電流Iは負荷Zによって定まり、発電所のタービンの円運動にはよらないと考えられます。
最近の省エネ化から、インバータ機器が増加し、負荷インピーダンスは非線形の物が多くなっています。
家庭用交流電圧波形が、滑らかな正弦波だったとしても、非線形負荷により家庭用交流電流波形はひずみの多い物となります。
このサイトが参考になるでしょう。
https://e-f.jp/denki8/koucyouha.html

なお、我が家では、晴れた日の日中の家庭用交流電圧波形は、発電所のタービンの円運動にはよらず、パワコン内のマイコンROMに書き込まれたデジタルデータになってます。

回答No.4

mdmp2

No.3 です。
ご質問が「家庭用交流電流・・・」と限定されていますので、実際の発電・送電・配電システムを考慮して回答しましたが、少々専門的過ぎました。

・発電機から出力される正弦波電圧は、発電機を駆動するタービンの回転運動に基づくものであるからタービンの軸になんらかの異常があり、なめらかな円運動をしなくなったら、発電機の出力電圧波形は正弦波ではなくなる。・・・とすれば正しいと思います。
ただし、No.2氏が回答している通り、等速円運動をさせたとき正弦波出力が得られるように発電機の構造に細工がなされています。
※発電機の出力電圧が回転子の位置情報を表しているわけではありません。

貴補足の、「その発電機の回転子の円運動の時間に対する位置運動を家庭で正弦波としてピックアップ」というのは、「発電機出力は、発電機の回転子の角度の時間的変化を表す電圧」という意味ですか？「位置情報」ではなく「時間的変化」ということであれば、同意します。回転運動の時間的変化をX軸またはY軸に投影すると正弦波になります。
「家庭で正弦波としてピックアップ」はどこか違和感があります。

回答No.3

mdmp2

なにぶんにも経験のないことなので、推測ですが、
家庭用交流電流の滑らかな正弦波は円運動の時間に対する位置運動ですが
そのおおもとは発電所のタービンの円運動と考えてよろしいでしょうか？
＞＞＞
定性的にはそれで良いと思います。発電所のタービンと発電機は直結されていて、二つの間に発電した電圧の波形に影響を与えるようなものは見当たりません。
ただし、1台の発電機から家庭に配電されているわけではありませんので、1台の発電機の不具合がそのまま家庭の電気の不安定につながるものではありません。

発電所のタービンの軸になんらかの異常があり滑らかな円運動をしなくなったら家庭の交流電流も滑らかな正弦波ではなくなりますでしょうか？
＞＞＞
発電機の出力は巻線中の磁束の変化（dΦ/dt） に比例しますので、滑らかではない状況では、発電波形が正弦波からずれます。高い周波数の雑音がのった状態と考えることができます。それと、発電機とタービンから騒音が出ます。
1台の発電機から家庭に配電されているなら、発電機の不具合の影響がそのまま家庭の電気に現れますが、家庭に来る電気は単独の発電機で発電されていることはありません。同じ発電所の複数の発電機が並列運転されています。さらに同じ電源系統の中の別の発電所の発電機とも並列運転されています。よって、系統の中の1台の発電機の出力が正弦波からずれても（雑音がのっても）、系統全体としてはそれが薄められます。
1台の発電機の軸受けが損傷して「ガタガタする」を通りこして回りにくくなると、並列運転している他の発電機と同期がとれなくなり、その発電機に大きな電流が流れこむようになります。発電所の制御方式については知識がありませんが、そのようなときは故障した発電機が瞬時に、自動的に切り離され、家庭の電気に影響を与えることは無いと思います。

最近、家庭ではスイッチング電源を使用した機器が多用されています。エアコンはインバータ式になっています。これらの機器が高い周波数の雑音を発生させ、配電線を経由して他の家庭の配電線にまで及ぶことがあります。
電源の波形が正弦波からずれている原因は、発電所の発電機の不具合より、家庭で使われている電気機器が発生している方が多いのではないでしょうか。

補足

ありがとうございます　タービンの次には大抵発電機があるようですので
その発電機の回転子の円運動の時間に対する位置運動を家庭で正弦波としてピックアップしているということなんですかね？

回答No.2

terminator_5

交流電源が正弦波である理由は、基本周波数以外の余分な周波数成分を少なくして、効率的な電力輸送と需要家への電力品質を保つ必要があるからです。

交流電源はコイルを横切る磁力の変化に応じて生じるため、発電機の磁極面の形状と磁束が通る空隙を適正化して、正弦波が得られるようにしています。
http://www.shimbun.denki.or.jp/news/construction/images/denken_20160803.pdf

従って幾何学的な回転運動から得られる正弦波とは直接的な関係性は無いと言えます。

お礼

そうでしたか　発電所のタービンの回転運動とは直接は無関係だったのですね

回答No.1

edogawaai

質問　１、２　共に　答えはイエスです

しかし日本には、多くの発電所とタービンが有り
それぞれ、回転も違います
この発電した電力を、送電線に供給する時に
周波数、位相を　調整し一致させる設備が有ります
もし、有る発電所等に異常が有れば　これを送電系から
切り離すのが基本です