同期発電機：仕組みとしくみ

同期発電機：仕組みとしくみ

同期発電機の構造

同期発電機の構造は、次の主要コンポーネントで構成されています。

まず、回転子と呼ばれる可動部分が中心にあり、電磁石として機能します。回転子は、交流電流を発生させるために必要な磁界を生成します。回転子は通常、強力な永久磁石または電磁石で構成されています。

固定子と呼ばれる静止部分が回転子を囲み、電磁誘導によって電気を発生させます。固定子は、回転子によって生成された磁界と相互作用する導体コイルで構成されています。銅線などの導電性材料がコイルに巻かれ、電気を発生させます。

さらに、プライムムーバーと呼ばれる外部パワースourceによって回転子が駆動されます。プライムムーバーは、蒸気タービン、ガスタービン、ディーゼルエンジンなど、回転運動を生成する機械です。プライムムーバーが回転子に動力を供給すると、回転子が固定子内の磁界と相互作用し、電気を発生させます。

同期発電機の動作原理

-同期発電機の動作原理-

同期発電機が発電する原理は、電磁誘導によっています。電磁誘導とは、磁界の変化によって導体に電圧が発生する現象です。同期発電機では、回転する磁界（電磁石の磁界）と、固定された導体（コイル）によって電圧が発生します。

電磁石は、コイルに電流を流すと磁界が発生します。この電磁石を回転させると、コイルの周りで磁界が変化します。磁界が変化すると、コイルに電圧が発生し、電流が流れます。この電圧は、発電機の出力になります。

同期発電機の出力周波数は、電磁石の回転数によって決まります。電磁石の回転数が一定であれば、出力周波数も一定になります。そのため、同期発電機は、周波数が安定した電力を供給するのに適しています。

同期発電機の電圧調整

同期発電機の電圧調整は、安定した電圧を電力網に供給するために不可欠です。同期発電機は自己励磁によって電圧を発生させます。つまり、回転中のローターがスタターの巻線に磁場を誘導し、これが電圧を発生させます。

電圧調整には様々な方法があります。最も一般的な方法は、発電機の励磁電流を制御することです。励磁電流を増やすと磁場の強度が上がり、電圧も上昇します。逆に、励磁電流を減らすと磁場の強度が下がり、電圧も低下します。励磁電流の制御は、自動電圧調整器（AVR）によって行われます。

AVRは、発電機の電圧を監視し、必要に応じて励磁電流を調整します。AVRは負帰還ループを使用して、電圧を所定の値に維持します。発電機の電圧が上昇すると、AVRは励磁電流を減らし、電圧を低下させます。逆に、発電機の電圧が低下すると、AVRは励磁電流を増やし、電圧を上昇させます。

同期発電機の用途

同期発電機の用途は、その安定した出力特性により幅広い産業分野で活用されています。

電力網の提供において、同期発電機は安定した周波数と電圧を供給する重要な役割を果たします。これにより、電力消費機器に信頼性の高い電力を安定的に供給することができます。

また、大規模な送電線における安定性の向上にも寄与します。同期発電機は、系統に発生する負荷変動を自動的に調整し、系統の安定性を維持するのに役立ちます。

さらに、同期発電機は電力貯蔵システムとしても利用されています。余剰電力を貯蔵し、需要がピーク時に放出することで、系統の安定性を保ち、コストの削減に貢献します。

同期発電機と非同期発電機の比較

-同期発電機と非同期発電機の比較-

同期発電機と非同期発電機は、どちらも発電機ですが、その仕組みや動作原理が異なります。同期発電機は、回転子と固定子間の磁場が同期して動きます。一方、非同期発電機では、回転子と固定子間の磁場が非同期に動きます。この違いにより、それぞれの発電機の特性が異なります。

同期発電機は、電網に接続して稼働することが前提に設計されており、電網の周波数と同期して回転します。一方、非同期発電機は、電網に接続せずに単独で稼働することもできますが、電網の周波数とはわずかにズレて回転します。