同期電動機の位相特性曲線について

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同期電動機の位相特性曲線について

家電を知りたい

「位相特性曲線」について教えてください。

家電製品マニア

「位相特性曲線」は、同期電動機において入力力率と界磁電流の関係を示す特性曲線だよ。

家電を知りたい

なるほど、同期電動機の界磁電流の変化によって入力力率が変化するわけですね。

家電製品マニア

その通りだよ。界磁電流が一定の負荷とすると、入力力率が100％になる界磁電流があるんだ。それより強め界磁では進み力率となり、弱め界磁では遅れ力率になる。

位相特性曲線とは。

同期電動機における「位相特性曲線」とは、負荷を一定にした状態で界磁電流を変えると、入力力率が変化する特性を示すグラフです。

定常運転時、印加電圧や周波数、負荷を一定に保った状態で界磁電流を増やすと、ある界磁電流値で入力力率が100％になります。この界磁電流値よりも強い界磁では力率が進み、界磁電流が大きくなるにつれて低下します。

一方、100％力率時の界磁電流値よりも弱い界磁にすると、入力力率は遅れ、界磁電流が小さくなるにつれて低下します。強い界磁では誘導起電力が大きくなり、磁気を弱める作用が必要となるため、発電機で遅れ電流が流れるのと同様に進相電流が流れます。逆に、弱い界磁では磁化する作用が必要となるため、遅相電流が流れます。これが「位相特性曲線」と呼ばれる特性です。

位相特性曲線とは何か

位相特性曲線とは、同期電動機の回転子磁界と界磁磁界との位相差が、負荷電力や界磁電流の変化に応じてどのように変化するかを示した曲線です。この曲線は、同期電動機の運転特性を理解し、安定な運転を確保するために不可欠な情報が得られます。位相特性曲線は、通常、横軸に界磁電流、縦軸に位相差をとって描かれます。

同期電動機における界磁電流と入力力率の関係

-同期電動機の位相特性曲線について-

-同期電動機における界磁電流と入力力率の関係-

同期電動機の界磁電流は、入力力率に大きな影響を与えます。界磁電流を増加させると、同期電動機の励磁が強化され、力率が向上します。これは、励磁が強化されると、誘導起電力と端子電圧の位相差が小さくなり、力率が上昇するためです。

一方、界磁電流を減少させると、同期電動機の励磁が弱まり、力率が低下します。これは、励磁が弱まると、誘導起電力と端子電圧の位相差が大きくなり、力率が下がるためです。したがって、同期電動機を力率改善目的に使用する場合、界磁電流の適切な調整が重要となります。

強め界磁と弱め界磁の違い

同期電動機の位相特性曲線において、「強め界磁」と「弱め界磁」は重要な概念です。

強め界磁とは、電機子電流に対して界磁電流が相対的に大きい状態を指します。この状態では、同期電動機は高いトルクと低い回転速度で動作します。一方、弱め界磁とは、界磁電流が相対的に小さい状態です。この場合、同期電動機は低いトルクと高い回転速度で動作します。

強め界磁と弱め界磁の主な違いは、電機子電流に対して界磁電流の大きさです。強め界磁では界磁電流が大きく、弱め界磁では界磁電流が小さくなります。この違いにより、トルクと回転速度の特性が変化するのです。

発電機と遅れ電流

発電機として動作する同期電動機では、界磁電流を遅らせることで、遅れ電流が発電機から供給されます。これは、発電機が負荷に対して電力を供給するために必要な電流です。このとき、電機子電流は遅れ電流になり、磁界は界磁電流によって生成された磁界の後ろを追う形で回転します。遅れ電流の大きさは、界磁電流によって制御され、負荷の大きさに応じて調整されます。