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電磁気学において、励起とは電流によって磁場を発生させるプロセスです。
発電機または電動モーターは、磁場内で回転する ローターで構成されています。磁場は、永久磁石または界磁コイルによって生成されます。界磁コイルを備えた機械の場合、磁場を生成 (励起) するにはコイルに電流を流す必要があります。そうしないと、ローターとの間で電力が伝達されません。界磁コイルは、最も柔軟な形式の磁束制御と制御解除を実現しますが、電流の流れを犠牲にします。永久磁石と界磁コイルの両方を同じ構成に組み込んだハイブリッドトポロジーが存在します。回転電気機械の柔軟な励起は、ブラシレス励起技術またはカーボンブラシによる電流の注入 (静的励起) のいずれかによって採用されています。
発電機の励起
ほとんどの大型発電機の場合と同様に、磁場コイルを使用する機械では、発電機が電気を生成するために電流によって磁場を確立する必要があります。発電機の起動後は、発電機自体の出力の一部を使用して磁場を維持できますが、発電機を起動するには外部電流源が必要です。いずれにしても、磁場を制御できることが重要です。これによりシステム電圧が維持されるためです。
増幅器の原理
永久磁石発電機を除き、発電機は磁束に比例した出力電圧を生成します。磁束は、構造の磁化からの磁束と、励磁電流によって生成される磁場に比例する磁束の合計です。励磁電流がない場合、磁束はごくわずかで、電機子電圧はほぼゼロになります。
界磁電流は、発生する電圧を制御し、電機子電流の増加による電機子巻線導体の電圧降下の増加の影響を除去するために電力システムの電圧を調整できるようにします。複数の発電機と一定のシステム電圧を備えたシステムでは、個々の発電機によって供給される電流と電力は界磁電流によって調整されます。発電機は、電流から電圧への増幅器、またはトランスインピーダンス増幅器です。徐々に大きくなる過剰補正による損傷を回避するには、界磁電流は、調整の影響が電力システム全体に伝わるよりもゆっくりと調整する必要があります。
別励起
大型の、または古い発電機の場合、主発電機と並列に別の励磁ダイナモに電力を供給するのが一般的です。これは、大型発電機の界磁電流を生成する、小型の永久磁石またはバッテリー励磁ダイナモです。
自己励起
界磁コイルを備えた現代の発電機は、通常、自己励磁式です。つまり、ローターからの出力電力の一部が界磁コイルに電力を供給するために使用されます。発電機の電源を切った後も、ローター鉄心はある程度の残留磁気を保持します。発電機は負荷を接続しない状態で始動します。初期の弱い界磁によってローター コイルに弱い電流が誘導され、次に初期の界磁電流が生成され、界磁強度が増し、ローターに誘導される電流が増加します。これがフィードバック プロセスで繰り返され、機械が最大電圧まで「上昇」します。
起動
自励式発電機は、外部負荷を接続せずに始動する必要があります。外部負荷があると、発電能力が増加する前に発電機から電力が消費されます。
バリエーション
自己脱出には複数のバージョンが存在する: [1]
- 最も単純な設計であるシャントでは、主巻線を励起電力に使用します。
- 励起ブースト システム(EBS) は、メイン コイルの電圧が低下した場合 (たとえば、障害により) に一時的にエネルギー ブーストを提供するために、別の小型ジェネレータが追加されたシャント設計です。ブースト ジェネレータは、永続的な動作には対応していません。
- 補助巻線は主巻線に接続されていないため、負荷の変化による電圧変化の影響を受けません。
フィールドフラッシュ
機械に最大電圧に達するのに十分な残留磁気がない場合、通常は別の電源からフィールドコイルに電流を注入する措置が講じられます。これは、バッテリー、直流を供給する家庭用ユニット、または交流電源からの整流電流です。この初期電流はごく短時間で必要なため、フィールドフラッシングと呼ばれます。小型のポータブル発電機セットでも、再起動するためにフィールドフラッシングが必要になる場合があります。
臨界フィールド抵抗は、シャント ジェネレータが励起する特定の速度における最大フィールド回路抵抗です。シャント ジェネレータは、フィールド回路抵抗が臨界フィールド抵抗より小さい場合にのみ電圧を発生します。これは、特定の速度におけるジェネレータの開回路特性の接線です。
ブラシレス励磁
ブラシレス励磁は、カーボンブラシを必要とせずに電気機械のローターに磁束を生成します。これは通常、定期的なメンテナンスコストを削減し、ブラシ火災のリスクを軽減するために使用されます。これは、高出力半導体デバイスの進歩の結果として、1950年代に開発されました。[2]その概念は、同期機のシャフトにある回転ダイオード整流器を使用して誘導交流電圧を収集し、それを整流して発電機の界磁巻線に供給するというものでした。[3] [4] [5]
ブラシレス励磁は歴史的に高速磁束デレギュレーションを欠いており、これが大きな欠点となっていました。しかし、新しい解決策が登場しました。[6]現代の回転回路は、受動ダイオードブリッジを拡張して、シャフト上にアクティブなデエキシテーションコンポーネントを組み込んでいます。[7] [8] [9]さらに、高性能ワイヤレス通信の最近の開発[10] [11]により、サイリスタ整流器やチョッパインターフェースなど、シャフト上で完全に制御されたトポロジが実現しました。[12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
参考文献
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出典
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