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誘導レギュレータは交流電気機械で、誘導モーターに似ており、連続的に変化する出力電圧を提供できます。誘導レギュレータは、電力網の電圧を制御するために使用された初期のデバイスでした。1930 年代以降、配電網の用途ではタップ 変圧器に置き換えられました。現在、その用途は主に電気実験室、電気化学プロセス、アーク溶接に限定されています。わずかな変更を加えると、そのセットアップは位相シフト電力変圧器として使用できます。
工事
単相誘導レギュレータには、回転可能な磁気コアに巻かれた、電源電圧に接続された (一次) 励起巻線があります。固定の二次巻線は、調整する回路と直列に接続されます。励起巻線が 180 度回転すると、直列巻線に誘導される電圧は、電源電圧への加算から逆の電圧に変化します。励起巻線と直列巻線の巻数比を選択することで、電圧範囲を調整できます (たとえば、電源電圧のプラスまたはマイナス 20%)。
三相誘導レギュレータは、巻線誘導モータとみなすことができます。ローターは自由に回転することはできず、ウォームギアによって機械的にシフトできます。レギュレータの残りの構造は、スロット付き三相ステータと巻線三相ローターを備えた巻線ローター誘導モータの構造に従います。ローターは機械的に 180 度以上回転できないため、ローターのリード線はフレキシブル ケーブルで外部回路に接続できます。ステータ巻線が 2 極巻線の場合、ローターを物理的に 180 度動かすと、誘導電圧の位相が 180 度変わります。4 極巻線では、180 度の位相シフトを生成するのに 90 度の物理的な動きしか必要ありません。
磁場の相互作用によってトルクが発生するため、可動要素はウォームギアなどの機構によって保持されます。ローターは、機械に取り付けられたハンドホイールによって回転するか、電気モーターを使用して遠隔または自動でローターの位置を調整することができます。
アプリケーションに応じて、ローターとステーターの巻数比は変化することがあります。
働く
単相レギュレータは、励起巻線と直列巻線を結ぶ磁束のみを変更するため、電源電圧と負荷電圧の間に位相シフトは発生しません。ただし、三相レギュレータの可動要素の位置が変化すると、位相シフトが発生します。負荷回路が複数の電源に接続されている場合、位相シフトにより循環電流が流れるため、これが問題となる場合があります。
回転子端子が三相電力ネットワークに接続されている場合、回転磁界が磁気コアに駆動されます。結果として生じる磁束は、回転子と固定子が物理的に角度 α だけシフトされている場合、両方の巻線の電気位相シフトも α であるという特殊性を備えた固定子の巻線に起電力を生成します。基本高調波のみを考慮し、シフトを無視すると、次の式が成り立ちます。
ここで、ξ は巻線係数であり、巻線の構造に関連する定数です。
ステータ巻線が一次相に接続されている場合、中性点 (N) から見た合計電圧は、ロータとステータの両方の巻線の電圧の合計になります。これを電気位相器に翻訳すると、両方の位相器が接続されています。それらの間の角度シフトは α です。α は [0, π] の間で自由に選択できるため、両方の位相器を加算または減算して、その間のすべての値を実現できます。一次相と二次相は分離されていません。また、ロータとステータ間の電圧の大きさの比は一定です。結果として生じる電圧は、直列巻線の誘導電圧の角度シフトによって変化します。
利点
出力電圧は公称範囲内で連続的に調整できます。これは、出力電圧が離散的な値を取るタップ変圧器に比べて明らかな利点です。また、動作条件下で電圧を簡単に調整できます。
欠点
タップ変圧器と比較すると、誘導レギュレータは高価で、効率が低く、開回路電流が高く（エアギャップのため）、電圧が 20kV 未満に制限されます。
アプリケーション
電力ネットワーク用の誘導レギュレータは、通常、公称電圧 14kV、調整率 ±(10-15)% で設計されていますが、この用途は減少しています。現在、その主な用途は電気実験室とアーク溶接です。
参照
文献
- アーノルド、アーチボルド (1946)。『現代の電気技術者』第 2 巻、第 4 版。キャクストン出版会社。pp. 163–166。
- ヒューストン、エドウィン J. (1902)。最近の発電機電気機械の種類。PF コリアー アンド サン。pp. 564–567。
- フィンク、ドナルド G. (1978)。電気技術者のための標準ハンドブック、第 11 版。マグロウヒル。pp. 10.94–10.95。ISBN 0-07-020974-X。