同期発電機の無負荷飽和曲線とは？

同期発電機の無負荷飽和曲線とは？

無負荷飽和曲線の定義

無負荷飽和曲線とは、同期発電機の無負荷状態における端子電圧と励磁電流の関係を表す曲線のことです。

無負荷状態とは、発電機が電力を負荷に供給していない状態を指します。
つまり、無負荷飽和曲線は、発電機の端子電圧が励磁電流によってどのように変化するかを示しています。

無負荷飽和曲線の原理

無負荷飽和曲線は、同期発電機の磁気電流が電圧に与える影響を表す重要な特性です。
この曲線は、負荷が接続されていない、つまり無負荷状態で発電機を励磁したときに得られます。

発電機の界磁電流が増加するにつれて、磁束密度も高まります。これが、発電機内部の起電力（発電電圧）の上昇につながります。

しかし、特定の飽和点に達すると、磁束密度の増加がゆるやかになり、起電力の上昇も鈍化します。この現象が飽和と呼ばれます。

飽和は、発電機の鉄心に使用される鉄が磁気的に飽和するため発生します。鉄は特定の磁束密度以上になると、それ以上磁化されにくくなります。

その結果、界磁電流のさらなる増加が発電電圧にはほとんど影響を与えなくなります。

無負荷飽和曲線の測定方法

無負荷飽和曲線を測定するには、同期発電機に電磁石励磁電流を流しながら、出力電圧を測定していく方法が取られます。

具体的には、次の手順で行われます。

1. -励磁電流をゼロに設定-発電機を無負荷状態にします。
2. -励磁電流を徐々に増加-励磁電流を一定の割合で増加させます。
3. -各励磁電流で出力電圧を測定-励磁電流が変化するたびに、出力電圧を測定します。
4. -測定結果をグラフ化-測定した励磁電流と出力電圧の関係をグラフ化します。このグラフが無負荷飽和曲線です。 無負荷飽和曲線を測定する際には、正確な結果を得るために以下の点に注意することが重要です。
　励磁電流は正確かつ段階的に増加させること。
　出力電圧は十分な精度で測定すること。
　発電機の温度が極端に変化しないようにすること。

無負荷飽和曲線の応用

無負荷飽和曲線は、同期発電機の特性を理解する上で重要なツールです。その応用として、次のことが挙げられます。

励磁電圧の最適化

無負荷飽和曲線を使用することで、特定の出力電圧を得るために必要な励磁電圧を最適化できます。

過渡現象の予測

無負荷飽和曲線は、短絡や負荷の変化などの過渡現象に対する発電機の応答を予測するために使用できます。

安定性解析

無負荷飽和曲線は、同期発電機の安定性の解析に使用できます。特に、並列運転時の安定性を予測するのに役立ちます。

飽和度計算

無負荷飽和曲線から、発電機の飽和度を計算できます。飽和度は、発電機の性能に影響を与える重要なパラメータです。

発電機保護

無負荷飽和曲線は、発電機の適切な保護システムを設計するために使用できます。例えば、励磁過電圧や過電流の保護設定を決定できます。

無負荷飽和曲線の限界

無負荷飽和曲線とは、同期発電機が電荷(無負荷)電流を流さない状態で、界磁電流を変化させることで得られる、端子電圧と界磁電流の関係を表した曲線です。

無負荷飽和曲線の限界とは、この曲線における最後の直線部分の開始点のことです。この点以降、界磁電流をさらに増加させても端子電圧はほとんど上昇しなくなります。
これは、発電機の鉄心が磁気的に飽和状態に達し、界磁コイルによる磁束の増加が端子電圧に寄与しなくなるためです。

限界を超えた界磁電流は損失の原因となるだけで、発電機の性能向上にはつながりません。

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