図4は、回転磁界形の4極同期発電機です。界磁巻線は、交互にN極とS極ができるように接続されています。電機子巻線は、2組のコイル(a1、a1’)と(a2、a2’)をコイル端で直列に接続します。各コイルの両コイル辺は、磁極ピッチを隔てて巻かれているものとします。 コイルの誘導起電力は、NとSの一 … 44 0 obj <> endobj b�pT����-#2 D(�Z��� ��9)��(T\�di\/ ��X�&�8"��?�iW��0r��Tpc�� ��Y*�^G&n cQL8��Pl(d"1pq��Y��0r.�Q�G ���K�Ъ-�`�Mf �V�D�VM�`�2�$��LEX+a�a�a�Y���Y���VY�� ,��i��`U��`�BTd�@G(��# !Z#�eeB�H����(� #��L%���@l0�vFyC5�d*D���TI!�#��hc U �F�x�F���:b���/גNOrv�~`����{F�›~ ��}�s�-R�ue$G����␅=KҞ��׵�ɔ�r��H��[���tf�a������%)�V�"��V'Y}Q�*p�*���vz�A������!P��'����ӆ�Ԭ�-�n��E��O�"��q>�/Z���^�I��}&�gB��!/�Z��L�j��M;�l3�6QL�YHs�D�;��>N���f43�Ӫ��p�>E�ȱ�9�vN�r:�� ��M�� �{������G.�� �?��p A2�FP� � _�� F@�`H � ��h ���p8-�A��h6b 94 0 obj <>/Encrypt 45 0 R/Filter/FlateDecode/ID[<1F4A42EA48756D46B70C46470270B7BD><945CA29A06C50847BC2F41DC7C7C8FCA>]/Index[44 113]/Info 43 0 R/Length 198/Prev 751831/Root 46 0 R/Size 157/Type/XRef/W[1 3 1]>>stream ����J4�UJ��J4WF�yu�G����H����Q��Z��:���� �I���h�ӛ�3�|[u�6��,��s���T�t� endstream endobj 45 0 obj 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�]�1�Һ�_��+���&�'��n��O����r>�. 4.発電機の電圧制御 発電機の電圧制御内容として初期励磁と自動電圧 調整器(avr)について説明します。 自励式のブラシレス励磁方式の場合の回路例を図 2に示します。 (1)初期励磁 自身の発電機出力を励磁装置電源とする自励式の 1��H�Eb�-��퐬d#�¦FڣW�=Ң��f�8 C�L6+��q�P�9��M��%J��$Ao� � }R���N������4gH�.�ႢLb��\Q�����+���0,��u�pvD�#�E{K1�@�1����h_w��� ���l�&�0y�S�@J�d�Z�i�<1�{b�`/�dg �g�Ɯa���ޘǖ��A�H�g�F�`틅l�_,K��x����~X�VL�Dz���I�XA'`%�j $,����=`[GI�����0 *� � 1��H�Eb�-��퐬d#�¦FڣW�=Ң��f�8 C�L6+��q�P�9��M��%J��$Ao� � }R���N������4gH�.�ႢLb��\Q�����+���0,��u�pvD�#�E{K1�@�1����h_w��� ���l�&�0y�S�@J�d�Z�i�<1�{b�`/�dg �g�Ɯa���ޘǖ��A�H�g�F�`틅l�_,K��x����~X�VL�Dz���I�XA'`%�j %PDF-1.5 %���� �v.�.��j^�������8t�C'���]���x\��ߠ��q�6��VC���=����ۘ�y��K�����Ix���;�?O���BS�拇t_j�_��S4_�GR�j��Z�S��Q� z�S�x/�������>hMÃ�ixW�T�����4]�3��6�#z�f�c�s���O��~F/dj~�}����//ig�+zY�kzE���,|۞������N�;�xxU�������?_W��9��7���}S��=ߢ���Io������Γ?ꞇGw���O{O�_��}����|�-� uB�9 endstream endobj 49 0 obj 993 endobj 50 0 obj<> endobj 51 0 obj<> endobj 52 0 obj<> endobj 53 0 obj/DeviceCMYK endobj 54 0 obj<>stream �\�^I5]XM��g�ex�o�dy���v�;U���Չ?���j7��y��#�@���������� H%0L�"8�B�$��X��l�E�3�C� �%!� H���uXh�/0`�G����`�h�!�؝؁(bc���b``�u��u��w�y�o/c��?���| �� 044�+02��� &Ɔ051����Lhs�,DX� `e.��� 6����Vư�6��� ������ؙ‰u���AWG!�$BH%"�;���,������������f_)�n?��2zZ ������!>����� �c���*�h�� D���6���@%C"Fl�q ����J4�UJ��J4WF�yu�G����H����Q��Z��:���� �I���h�ӛ�3�|[u�6��,��s���T�t� ��h8���T! %PDF-1.5 %���� �C�x�a h!�@�$)���Y@8�i��A�$�:���� �Oq�&��@PdBP�-´5C�E��LW��g���v|G��"��L�&��*����m c ���~ � ����e��03 E��\b��c�&i� ! 156 0 obj <>stream [�ʒ@���WM�v�� �u3����†Y��Hgc[=�ʱy�[�<9���lc���k�BP[����cw,�w����\��E 図4は、回転磁界形の4極同期発電機です。界磁巻線は、交互にN極とS極ができるように接続されています。電機子巻線は、2組のコイル(a1、a1’)と(a2、a2’)をコイル端で直列に接続します。各コイルの両コイル辺は、磁極ピッチを隔てて巻かれているものとします。 発電機は、機械的エネルギーを電気エネルギーに作り変えるための装置です。自転車の前輪に取り付けられたライトは、タイヤの回転運動を電気に変換する身近な発電機です。発電機には、その規模にかかわらず、磁石とコイルが用いられ、そのいずれかを動かすことで発生する電気(起電力)を利用するものです。本連載では7回にわたり、発電機の基礎知識を解説します。第1回は、発電機の種類とその原理について紹介します。, 発電機には、直流発電機、誘導発電機、同期発電機などの種類があります。直流発電機は、機械的な動力を直流電力に変換する電気機械です。しかし、半導体整流装置の発達により、その重要性は失われ、現在ではほとんど製造されていません。, 誘導発電機は、電源に接続された誘導電動機を原動機によって駆動し、同期速度以上に回転数を上げることで、電力を得るための装置です。電力系統に接続する際、同期化の操作が必要ないため、小容量の水力発電機や風力用発電機として使用されています。, 同期発電機は、火力発電所、水力発電所、および原子力発電所などで広く用いられています。本連載では、主に同期発電機について解説します。, 次に、発電機が機械的動力を電力に変換する原理を解説します。磁束密度B(T)の一様な磁界の中で、磁束と直角方向に、長さl(m)の導体が速度v(m/s)で運動しているとき、導体には、e=vBlで示される起電力e(V)が誘導されます(図1)。導体の両端に外部抵抗R(Ω)を接続すると、i=e/(r+R)の電流が流れます。ここで、r(Ω)は導体の抵抗、R(Ω)は負荷抵抗です。, 回路の電圧方程式e=ri+Riの両辺に電流i(A)をかけると、ei=ri2+Ri2が得られます。ここで、eiは発生電力、ri2は抵抗r(Ω)による電力損失、Ri2は負荷に供給される電力を示します。, また、導体にi(A)の電流が流れると、フレミングの左手の法則に従い、運動方向とは反対方向の力fe=iBlが発生します。よって、この電磁力fe(N)に等しい機械力を外部から加え、導体の速度v(m/s)を一定に維持する必要があります。このとき、外部から供給される動力は、p=fev=(iBl)v=(vBl)i=eiとなり、供給される動力は変換される電力に等しいことが分かります。このうち、ri2は、いわゆる銅損として損失になり、p=ri2が負荷に供給される電気的出力となります。, 図2は、交流発電機の模式図です。磁極N、Sの作る磁界の中で、コイルを一定の角速度ωmで回転すると、コイル片aとa′は磁束を切るため、フレミングの右手の法則に従ってそれぞれ矢印の方向に起電力を誘導します。コイルが回転して、コイル片aがS極側に、a′がN極側に来ると、各コイル片に発生する起電力の方向が逆になります。また、コイルの両端にスリップリングS1とS2をつなぎ、ブラシB1、B2を接触させて端子A、Bに接続すると、端子A-B間には交流起電力e(V)が発生します(図2の右)。, ただし、このような構造では、磁束密度が低いので大きな起電力が得られません。そこで、コイルを円筒形鉄心のスロットに収め、この電機子を磁極の間で回転させることで、大きな起電力が得られます。また、起電力の波形を正弦波に近づけるために、磁極面の形を適切に選び、磁束密度分布を正弦波状にします。界磁極は、ごく小形のものには永久磁石を使用することもあるものの、一般的には界磁巻線を施し、励磁(れいじ)を調整できるようにします。, 図2のように界磁極を固定し、電機子を回転させる同期機を、回転電機子形といいます。これに対し、電機子を固定し、界磁極を回転子させるのが回転界磁形です(図3)。回転界磁形では、2個のスリップリングとブラシを通じ、界磁電流を供給します。, 同期機では、電機子巻線の電圧は高く、電流も大きいのが一般的です。三相巻線が用いられることが多く、巻線の絶縁や通電の関係上、回転電機子形よりも回転界磁形の方が容易に製作できます。そのため、大容量の同期機のほとんどは、回転界磁形です。, 図4は、回転磁界形の4極同期発電機です。界磁巻線は、交互にN極とS極ができるように接続されています。電機子巻線は、2組のコイル(a1、a1’)と(a2、a2’)をコイル端で直列に接続します。各コイルの両コイル辺は、磁極ピッチを隔てて巻かれているものとします。, コイルの誘導起電力は、NとSの一対の極の磁束を切ることによって1サイクルするため、回転子が1回転すると2サイクルします(図4の左)。よって、4極機における周波数f(Hz)は、毎秒の回転数nS s-1の2倍になります。なお、P極機における誘導起電力の周波数f(Hz)は、次のように表すことができます。, 日本の標準的な商用周波数は50Hzおよび60Hzなので、この周波数の同期発電機が製造されています。同期発電機の回転速度は、主にこれを駆動する原動機の回転速度によって決まります。高速度を有利とするタービン発電機の多くは2極が用いられます。また、水車発電機では、水量や落差に適した水車の速度に応じ6極、8極のほか、32極、48極のように非常に極数の多いものも使用されます。表1に、同期機に用いられる極数と回転速度を示します。, 電力の発生、輸送および利用に関しては、三相方式が優れています。そのため、一般的な同期発電機は三相発電機です。三相発電機では、巻数の等しい3つの電機子巻線(a、a’)、(b、b’)、(c、c’)を、空間的に120°の電気角を隔てて配置することで、時間的に120°の位相差を持つ三相起電力ea、eb、ecが得られます(図5)。, いかがでしたか? 今回は、発電機の種類とその原理を紹介しました。次回は、発電機の誘導起電力を取り上げます。お楽しみに!, 前回は、発電機の種類と原理を紹介しました。今回は、発電機の誘導起電力について解説します。発電機の誘導起電力は、コイルの巻き方によって異なります。ここでは、集中巻、分布巻、短節巻を取り上げ、それぞれの巻き方と、誘導起電力の求め方を説明します。, 毎極毎相のコイル辺を1つのスロットに収めた場合、コイル辺を形成する各導体の誘導起電力間に位相差は生じません。このようなコイルの巻き方を、集中巻といいます(図1)。, 図2は、界磁極が角速度ωmで左方向に移動している場合の、ギャップ磁束密度の分布を示したものです。, 磁極ピッチだけ隔てたコイル辺aとa’で示される1ターンの電機子コイルの鎖交数ϕaは、ギャップ磁束密度分布の最大値をBmとすると、以下の式で表すことができます。, ここで、pは極対数(p=P/2)、lは鉄心積み厚、rは回転子半径、tp=πr/pは磁極ピッチを表します。, a相巻線の誘導起電力eaは一相の直列巻数をw1とすると、次のように表すことができます。, ここで、ω=pωmなので、ea=ωw1Φsinωtとなります。ただし、ωは角周波数(ω=2πf)、w1は電機子巻線の巻数、Φmは磁束を意味し、誘導起電力は磁束より90°位相が遅れます。誘導起電力を実効値で表すと、以下の式で表されます。, 同期発電機では、誘導起電力の波形は完全な正弦波であることが望ましく、それには、ギャップの磁束密度分布を正弦波形にする必要があります。しかし、界磁極の形状だけで正弦波分布にすることは困難です。そこで、実際の発電機では、分布巻、および短節巻が用いられます。これは、電機子巻線を電機子周辺上に、均一に、効率よく施すだけでなく、起電力波形を正弦波に修正する目的も兼ねています。, 毎極毎相のスロット数が2個以上の場合、同じ相でも異なるスロットに巻かれているコイルの誘導起電力は、同じ位相になりません。このようなコイルの巻き方を、分布巻といいます(図3)。, 図3では、毎極毎相のコイルが3個のスロットに分布されています。この場合、a相の3つのコイル(a1、a1’)、(a2、a2’)、(a3、a3’)に誘導される起電力の基本波成分ea1、ea2、ea3は、電気角で表したスロットの間隔αだけ、お互いに位相差を生じます(図4の左)。よって、これらのコイルを直列に接続したa相の合成起電力の基本波成分eaは、集中巻のときの起電力より少し小さくなります。, なお、図4の左図における合成起電力eaは、同右図が示すea1、ea2、ea3をベクトル的に合成したeaを縦軸へ投影したものです。よって、各コイルの起電力の大きさをeとすると、同じ電機子巻線を分布巻とした場合と集中巻とした場合の起電力の比は、kd=ea/qeで表すことができます。このkdを、分布係数といい、qは毎極毎相のスロット数といいます。, 分布係数kdは、図5から、相数をmとすると、スロット間隔の電気角がα=π/mqとなることから、以下の式が得られます。, 前回は集中巻、分布巻、短節巻の場合の、発電機の誘導起電力を紹介しました。今回は、同期発電機の種類と構造を取り上げます。同期発電機には、水車発電機、タービン発電機、エンジン発電機などの種類があります。また、同期発電機に界磁電流を供給・制御する励磁装置の方式には、直流励磁機方式、交流励磁機方式、静止形励磁方式などがあります。, 同期発電機を駆動する原動機には、水車、蒸気タービン、ディーゼルエンジンなどの種類があります。原動機の回転数は、100~3,600min-1と幅広く、原動機の種類によってさまざまな構造上の工夫が施されています。, 水車発電機は、水車と直結して駆動する発電機です。水車は、水量と落差によって最適な回転数が存在し、低速の場合100~150min-1、高速のものでは1,000~1,200min-1です。一般的な水車の回転数は、数百min-1なので、50Hz、または60Hzの電力を発生させるには、多くの極数を必要とします。また、十分な周辺速度を得るには、回転子直径を大きくする必要があります。このように、固定子・回転子の重量が大きい大容量機では、縦軸形が採用されます。縦軸形では、水車が発電機の下部に位置するため、落差を有効に利用できます。また、床面積が少なくて済み、洪水時には、発電機が浸水から逃れられるなどの利点があります。実際、小容量の高速機で横軸形が採用される以外は、ほとんどの水力発電機で縦軸形が採用されています。, 図1に、縦軸形水車発電機の構造を示します。水車は最下部に、励磁機は最上部に直結され、スリップリングを通して界磁に界磁電流を供給します。固定子の上部ブラケットの上にはスラスト軸受けがあり、発電機、および水車の回転部の全重量と、水車ランナーに加わる水圧を支えています。, なお、水車発電機の回転子には、突極形が用いられます。突極形は界磁起磁力を大きくでき、極数を多くすることも容易です。, タービン発電機は、蒸気タービン、またはガスタービンで駆動する発電機です。火力発電所の大容量機は通常2極機です。回転速度は、60Hz用で3,600min-1、50Hz用で3,000min-1です。また、原子力発電用のタービン発電機には4極機が用いられ、出力138万kWのものが製作されています。, タービン発電機には、回転界磁形の横軸機が用いられます(図2)。また、回転子の周辺速度が大きくなるので、遠心力の観点から回転子直径が約1,200mmに制限されるため、軸方向に長い構造となり、円筒形が採用されます。突極形は、機械的強度や風損などの理由で採用されません。, 回転子は、強度の大きい特殊鋼の鋼塊を鍛造して製造します。回転子表面にスロットを削り、界磁巻線を分布します。また、コイルを抑えるために金属のくさびで留め、コイル端には保護環を設けます。, タービン発電機の構造は軸方向に長く、巻線の絶縁物は本質的に熱の絶縁物に近いため、冷却が重要です。冷却方式は、小容量機、中容量機では空気による強制通風方式が、40MVA程度以上の大容量機では、冷却媒体に水素を用いる水素冷却方式が採用されます。水素は密度が低く(空気の約7%)、かつ熱伝導率が高いので(空気の約6.7倍)、空気冷却と比べ、冷却効果が著しく増大します。発電機の容量がさらに増大すると、絶縁物を通さず、水素、油、水などの冷却媒体で導体を直接冷却する直接冷却方式が採用されます。, エンジン発電機は、ディーゼル機関などの内燃機関によって駆動する発電機です。横軸の回転界磁形で、低速度なのが特徴です。設備が簡単で、始動に要する時間が短いため、非常用電源、離島・船舶などの電源として、比較的小容量のものが用いられています。ただし、往復機関の1回転中のトルクが一様ではないので、回転子の回転速度を均等にするため、回転子に適当なはずみ車効果を持たせる必要があります。, 同期発電機は、界磁磁束を作るための磁極を持っています。小形同期機では永久磁石を使用する場合もあるものの、大容量機のほとんどは、直流励磁(コイルに直流電流を通じて磁束を発生させること)を必要とします。同期発電機、および同期電動機に界磁電流を供給・制御するための直流電源装置を、励磁装置といいます。現在使用されている励磁方式には、直流励磁機方式、交流励磁機方式、静止形励磁方式があります。, 前回は、同期発電機の種類と構造、同期発電機に界磁電流を供給・制御する励磁装置の方式を紹介しました。今回は、三相同期発電機の特性として、電機子反作用、同期発電機のフェーザ図、および同期発電機の出力と負荷角を解説します。, 三相同期発電機に平衡三相負荷を接続すると、電機子巻線に平衡三相電流が流れ、回転磁界が発生します。回転磁界は、界磁極と常に一定の関係位置を保ちながら、同期速度で回転します。また、回転磁界の大部分は、界磁起磁力に直接影響を及ぼし、誘導起電力を変化させます。この作用を、電機子反作用といいます(図1)。電機子反作用は、発電機につながれた負荷の力率、すなわち誘導起電力と電機子電流の位相関係によって著しく異なります。, 電機子導体の無負荷誘導起電力が最大となるのは、磁極の中央が、その導体位置を通過するときです。無負荷誘導起電力と同相の電流が流れる場合、例えばa相の電流が最大となる瞬間には、磁極位置、各相電流の方向、および大きさは、図1の左図のようになります。, 図1の左図では、無負荷誘導起電力と電機子電流の空間ベクトルE●0、I●を、ある瞬時においてそれぞれが最大となっているコイルの巻線軸方向に右ねじ系にとっています。すなわち、界磁起磁力F●fに対して、E●0は空間的に電気角でπ/2遅れます。また、三相電機子電流による基本波合成起磁力F●aは、I●と位相が一致します。従って、I●がE●0と同位相の場合、F●aはF●fと空間的に電気角でπ/2だけずれるので、主界磁に対して交差磁化作用をします。, 図1の中図に示すように、F●aは、F●fと空間的に電気角でπだけずれるので、F●aは主界磁に対して減磁作用をして、合成起磁力F●は、F●fより小さくなります。従って、誘導起電力E●aは、E●0より減少します。, 図1の右図に示すように、F●aはF●fと空間的に同位相となり、F●aは主界磁に対して磁化作用をして、合成起磁力F●は、F●fより大きくなります。従って、誘導起電力E●aは、E●0より増大します。, 一般に、E●0とI●の位相が任意の角θの場合、図2に示すように、F●fとF●aの合成起磁力F●によって作られるエアギャップ磁束Φ●は、突極性がなければF●と同じ位相になります。また、Φ●によって実際に電機子巻線に誘導される起電力は、E●aのように無負荷誘導起電力E●0と、大きさと位相が異なります。, ここで、E●0とE●aは、それぞれΦ●fとΦ●によって発生する誘導起電力であり、磁束よりそれぞれ90°位相が遅れています。, 電機子反作用起磁力F●aによって発生する磁束をΦ●aとすると、Φ●aが発生する誘導起電力(E●a-E●0)は、電流I●と直交します。すなわち、電機子反作用によって、無負荷誘導起電力E●0はE●aに降下しますが、その電圧降下を表すフェーザ(E●0-E●a)は、電流フェーザI●より90°位相が進むので、仮想的な誘導性リアクタンスによる電圧降下と表現することができます。, 誘導起電力、および電機子電流の空間ベクトルを、ある瞬時においてそれぞれが最大となっているコイルの巻線軸方向に右ねじ系にとり、空間ベクトルの回転方向をフェーザの回転方向と同様に反時計方向にとると、ある瞬時に時間を固定して描いた空間ベクトルは、そのまま空間的に固定した特定のコイルのフェーザに対応します。, 図3は、電機子巻線の1相について電流I●を基準にとった場合の、電流I●と鎖交する磁束Φ●、無負荷誘導起電力E●0などのフェーザ図です。, 図3において、無負荷誘導起電力から電機子反作用リアクタンスによる電圧降下jxaI●を差し引くと、誘導起電力E●aが求められます。さらに、電機子巻線抵抗と電機子漏れリアクタンスによる電圧降下(ra+jxl)I●を差し引くと、端子電圧V●が求められます。, 前回は、三相同期発電機の特性を紹介しました。今回は、同期発電機の無負荷特性曲線と短絡曲線を取り上げます。無負荷特性曲線と短絡曲線は、同期発電機の最も基礎的な特性曲線です。また、同期インピーダンス、および短絡比と特性の関係について解説します。, 図1、図2は、それぞれ、同期発電機の無負荷試験と短絡試験を示す回路です。無負荷試験では、同期発電機を無負荷のまま定格速度で運転します。短絡試験では、スイッチSを閉じて電機子巻線を短絡しておき、同期発電機として定格速度で運転します。, 無負荷試験で、界磁電流Ifをゼロから徐々に増加しながら、端子電圧(線間電圧)を測定したとき、界磁電流Ifと無負荷誘導起電力E0との関係が得られます。これを無負荷飽和曲線といいます(図3)。, これに対し短絡試験で、界磁電流Ifをゼロから徐々に増加すると、短絡電流ISとIfの関係が得られ、ほぼ直線となります。これを三相短絡曲線といいます(図3)。, 短絡電流ISは、誘導起電力E0に対してほぼ零力率の遅れ電流となり、その電機子反作用による減磁作用により、界磁起磁力の大部分は打ち消されます。このため、磁束は極めて小さくなり、鉄心は未飽和のため短絡曲線は直線となります。, 同期インピーダンスZSは、無負荷飽和曲線と三相短絡曲線とから、以下のように求められます。, ZSは、図3に示すように、界磁電流Ifが小さく、飽和の影響が現れない範囲で、ほぼ一定値です。しかし、Ifが大きくなると、飽和の影響により小さくなります。従って、一般的に同期インピーダンスは、E0が定格電圧Vnに等しいときの、界磁電流Ifに対する値を用います。, 前回は、同期発電機の無負荷特性曲線と短絡曲線を紹介しました。今回は、同期発電機の並行運転を解説します。並行運転とは、複数の発電機を並列につないで運転することです。これにより、運転効率を向上できるなど、さまざまなメリットがあります。, 同期発電機は、全負荷付近で運転したとき、最も効率が高くなるように設計されています。しかし、負荷は時間の経過によって変動します。そのため、2台以上の発電機を並列につなぎ、負荷の変動に応じて運転台数を変えることで、全負荷が各発電機に均等にかかるようにします。これにより、発電所全体の運転効率だけでなく、電力供給の信頼性を高めることができます。これを、同期発電機の並行運転といいます。, 同期発電機を並行運転するには、いくつかの条件があります。まず、各発電機の定格電圧と定格周波数が等しく、誘導起電力の電圧波形は、できる限り一致していなければなりません。また、各原動機が均一な速度で回転していること、速度特性曲線が下降特性であることも必要です。さらに、容量に応じた負荷分担をするために、百分率で表した速度特性曲線が一致している必要があります。, 同期発電機を並列状態に入れることを同期化といいます。図1は、同期発電機の並行運転の回路図です。発電機SG1がある負荷を負って運転しているとき、これと並列に発電機SG2を接続するには、まずSG2を始動してこれに励磁を与えます。そして、周波数計と電圧計を見ながら、SG2の無負荷端子電圧の周波数と大きさが共通母線の値と等しくなるように、界磁電流、および原動機の速度を調整します。, 次に、同期検定器Syを見ながら、原動機の速度を調整し、電圧の位相が一致した瞬間に遮断器S2を閉じます。この条件が満足されていないと、遮断器を閉じた瞬間に過大な突入電流が流れ、これが著しい場合には、遮断機が動作して自動遮断したり、発電機に大きな衝撃を与える恐れがあります。, 同期検定器にはさまざまな方式があります。最も簡単な方式は、3個の電球L1、L2、L3を、端子a1a2、b1c2、c1b2の間に接続したものです(図2)。S2の母線側端子はa1、b1、c1、発電機側端子はa2、b2、c2です。, ここで、発電機の周波数が少しずれていると、図2の左に示すように、αが時間とともに変化するため、L1、L2、L3は明るさを変えながら点滅し、光が回転するように見えます。周波数と位相が完全に一致していると、図2の右のように、L1が消え、L2、L3は同じ明るさになります。相回転が異なる場合、L1、L2、L3は、一斉に点滅します。これを同期検定灯といいます。, 図3は、2台の同期電動機が並行運転しているときの、1相あたりの等価回路です。ここで、両機の無負荷誘導起電力E●01、E●02、同期リアクタンスjxs1、jxs2、電機子電流I●1、I●2、全負荷電流I●です(電機子巻線抵抗は無視します)。, I●1‘、およびI●2‘は、E●01=E●02の場合のSG1、およびSG2の負荷電流です。E●01≠E●02の場合、I●1‘、およびI●2‘にI●Cを重ね合わせればよいことが分かります。I●Cは両発電機間を環流する電流で、横流と呼ばれます。, 初めに、E●01=E●02、すなわち、誘導起電力の大きさと位相が等しく並行運転している状態から、発電機SG1の界磁電流が増加して、E●01>E●02となった場合を考えます(図4)。, E●01–E●02に比例し、90°位相が遅れた電流I●Cが、SG1からSG2に向かって流れます。I●CはSG1にとって90°遅れの流出電流であり、減磁作用によってSG1の誘導起電力を低下させます。一方、I●CはSG2にとって、90°遅れの流入電流であるが、90°進みの流出電流としてSG2に作用し、磁化作用によってSG2の誘導起電力を上昇させます。, しかし、I●Cはいずれの発電機に対してもゼロ力率であり、無効電力を伝達するだけで、各発電機の有効電力には影響しません。このことから、誘導起電力を調整することによって、無効電力の分担を変えられることが分かります。, 前回は、同期発電機の並行運転を紹介しました。今回は、最終回です。誘導発電機の原理と、他励式、および自励式誘導発電機のしくみを解説します。誘導発電機は、電源に接続された誘導電動機を原動機によって駆動し、同期速度以上に回転数を上げることで、より多くの電力を得るための装置です。電力系統に接続する際、同期化の操作が必要ないため、小容量の水力発電機や風力用発電機として使用されています。, 図1は、誘導電動機の簡易等価回路です。r1、r2‘を1次および2次巻線抵抗、jx1、jx2‘を1次および2次漏れリアクタンス、g0を励磁コンダクタンス、b0を励磁サセプタンスとします。, ここで、滑りsを1.5から-1.5まで変化させ、機械的出力、トルク、および1次入力を計算すると、図2の速度特性曲線が得られます。n0を同期速度、n2を回転速度、fを回転子導体に働く力とします。, 滑りs<0の領域では、1次入力、トルク、および機械的出力は負となります。このとき、一定電圧、一定周波数の電源に接続されている誘導機の回転子は、回転数n2=(1-s)n0>n0、すなわち、同期速度以上の回転数で、回転磁界と同一方向に回転しています。この領域では、機械的出力は負の値を示し、外部から機械的なトルクを加えることによって、同期速度以上になることが分かります。機械的出力が負であるということは、機械的な入力を表し、また、1次入力が負であるということは、電気的出力を表します。このように、電源に接続された誘導機は、同期速度より数%速度を上げることで、誘導発電機として動作します。, 誘導発電機の原理で述べたように、誘導発電機の回転子に外力を加えて同期速度以上に回転すると、誘導発電機として動作します。このような原理に基づいた発電機を、他励式誘導発電機といいます。図3は、他励式誘導発電機の空間ベクトル図です。固定子1次巻線は電源に接続されているため、励磁電流I●0が流れ、同期速度ω0で回転する磁束Φ●が発生します。.

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