モータージェネレーター

電動発電機（MGセット）は、電気エネルギーを別の形態に変換する装置です。電動発電機セットは、電力の周波数、電圧、または位相を変換するために使用されます。また、電気負荷を電力供給ラインから分離するためにも使用されます。大型の電動発電機は産業用電力の変換に広く使用され、小型の電動発電機（写真に示されているものなど）はバッテリー電力をより高い直流電圧に変換するために使用されました。

モーター発電機セットは、モーターと発電機が連結された別々の機械で構成される場合があるが、単一ユニットのダイナモモーター（ダイナモモーター）では、モーターコイルと発電機コイルが単一のローターに巻かれており、モーターと発電機は同じ外側の界磁コイルまたは磁石を共有している。^{[ 1 ]}通常、モーターコイルはシャフトの一端にある整流子から駆動され、発電機コイルはシャフトのもう一方の端にある別の整流子に出力を提供する。ローターとシャフトのアセンブリ全体は、一対の機械よりも小さく、軽く、安価であり、露出した駆動シャフトを必要としない。

1933年以前に製造された低電力の民生機器、例えば真空管式車載ラジオ受信機などは、高価で騒音が大きくかさばるモータージェネレーターを使用していませんでした。代わりに、バイブレーター（自己励磁リレー）とトランスで構成されるインバーター回路を使用して、車両の6Vまたは12Vバッテリーから真空管に必要な高電圧を生成していました。^{[ 2 ]}

発電や大規模な固定電力系統において、電動発電機は、電動機と発電機（または交流発電機）が機械的に結合された装置です。電動機は入力電流で駆動し、発電機は出力電流を生成します。このとき、2つの装置間では機械的なトルクとして電力が流れます。これにより、電気的な絶縁が確保され、2つの電力系統間の電力の緩衝効果が得られます。

用途の一つとして、「汚れた電力」におけるスパイクや変動を除去する（電力調整）こと、あるいは異なる電気システム間の位相整合を行うことが挙げられる。

モータージェネレーターは、以下のような様々な変換に使用できます。

• 交流（AC）から直流（DC）への変換
• 直流から交流へ
• ある電圧の直流を別の電圧の直流に変換する装置。（ダイナモモーターとも呼ばれる）
• 3線式直流システムの作成またはバランス調整。
• ある周波数の交流を、調和的に関連する別の周波数の交流に送る
• 固定電圧の交流から可変電圧の交流へ
• 交流単相から交流三相へ

ソリッドステート式交流電圧調整器が実用化される以前、あるいは費用対効果の高い技術が開発される以前は、可変交流電圧を供給するために電動発電機セットが用いられていた。発電機の電機子への直流電圧を手動または電子的に変化させることで、出力電圧を制御していた。このように使用した場合、電動発電機セットは絶縁型可変変圧器と同等の働きをする。

アレクサンダーソンオルタネータは、モーター駆動式の高周波オルタネータで、無線周波数電力を供給します。無線通信の黎明期には、高周波搬送波は、多数の極を高速で駆動するオルタネータを用いて機械的に生成する必要がありました。アレクサンダーソンオルタネータは最大 600kHzのRFを生成し、大型のものは 500kWの出力が可能でした。20世紀初頭の30年間は、長波伝送に電気機械式変換器が広く用いられていましたが、より高い周波数では電子的な技術が必要となりました。アレクサンダーソンオルタネータは、1920年代には真空管発振器にほぼ取って代わられました。

モータージェネレーターは、入力電流と出力電流がほぼ等しい場合にも使用されています。この場合、モータージェネレーターの機械的慣性を利用して、入力電力の過渡現象を除去します。出力電流は非常にクリーン（ノイズフリー）になり、短時間の停電やモータージェネレーター入力側のスイッチング過渡現象にも耐えることができます。これにより、例えば、商用電源からディーゼル発電機による交流電源への完璧な切り替えが可能になります。

モータージェネレーターセットには、耐停電性を向上させるために大型のフライホイールが組み込まれている場合があります。ただし、この用途では、電源が復旧したり、遮断器が再投入されたりすると、モータージェネレーターの回転速度が低下し、大きな電流が流れる可能性があるため、注意が必要です。回転速度の低下が過大な場合（停電時間が長すぎる場合）、再投入電流によって保護回路遮断器がトリップし、シャットダウンが発生します。ただし、再投入時の突入電流は多くの要因に依存します。たとえば、全負荷電流300アンペアで動作する250 kVAのモータージェネレーターは、5秒後に再投入すると1550アンペアの突入電流を必要とします。この例では、1秒あたり1/2 Hzの回転速度となるように設計された固定式フライホイールを使用しました。 モータージェネレーターは、オイルバスベアリングを備えた垂直型2ベアリング機でした。

^{電磁放射を厳密に制御する必要がある施設[ 4 ]}、または過渡サージ電圧からの高い絶縁が要求される施設では、モーターと発電機は非導電性のシャフトで結合されることがあります。

モータージェネレーターセットは、一部の用途では半導体デバイスに置き換えられています。かつて、MGセットの一般的な用途はエレベーターでした。昇降機の正確な速度制御が必要であったため、高出力の交流モーターの周波数を変化させることは非現実的であり、直流昇降モーターとMGセットを使用することがほぼ業界標準の解決策でした。互換性のあるモーターを備えた最新の交流可変周波数駆動電子機器は、電子交流駆動が一般的にMG直流駆動機械よりも50%以上効率が高いため、従来のMG駆動エレベーター設備に取って代わりつつあります。^{[ 5 ]}

MG セットのもう 1 つの用途は、英国国鉄の南部地域でした。これらは、第三軌条からの 600 V DC ～ 850 V DC の線路供給電圧を、使用中のEMU車両の制御装置に電力を供給する 70 V DC に変換するために使用されました。これらはその後、新しい車両ではソリッドステートコンバータに置き換えられました。 ^{[ 6 ]} MG 機関車は、機械式および流体式トランスミッションの信頼性と摩耗の問題のため、世界中で長距離鉄道ディーゼル機関車のトランスミッションに一般的に使用されてきましたが、これは一般的に、各車両に従来型または MG トランスミッションを備えた小型エンジンに置き換えられています。高電圧架線電源を備えた長距離電気機関車は MG トランスミッションを使用していましたが、これは一般的に、電子電力制御と変換を備えた各車両の分散型モーター駆動に置き換えられています。^{[ 7 ]}

同様に、 PCC路面電車ではMGセットが使用され、600VDCの牽引電源から36VDCの出力を生成した。この低電圧出力は路面電車のバッテリーを充電し、制御装置や補助機器（ヘッドライト、ゴングリンガー、ドアモーター、電磁式軌道ブレーキなど）に電流を供給する。

1950年代から60年代にかけて、大型映画映写機のカーボンアークランプに大電流の直流電力を供給するために、モーター発電機セットがよく使用されていた。その後、カーボン電極アーク灯は、現代的なキセノンアークランプ映写システムに置き換えられた（米国では1963年から）。

高調波除去、周波数変換、またはライン絶縁が必要な産業環境では、MGセットは依然として人気のあるソリューションです。モータージェネレーターの便利な特徴は、同じ平均負荷定格の半導体デバイスよりも大きな短時間過負荷にうまく対応できることです。大型半導体インバーターの熱電流制限コンポーネントは、数グラムの質量を持つ固体スイッチで、ヒートシンクへの熱時定数は100ミリ秒を超える可能性があります。一方、MGの熱電流制限コンポーネントは、数百キログラムにもなる銅巻線で、それ自体が大きな熱容量を持っています。また、静電気放電（ESD）に対する耐性も本質的に優れています。