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誘導発電機とは:発電機の基礎知識7

発電機の基礎知識

更新日:2019年8月8日(初回投稿)
著者:秋田県立大学 名誉教授 穴澤 義久

前回は、同期発電機の並行運転を紹介しました。今回は、最終回です。誘導発電機の原理と、他励式、および自励式誘導発電機のしくみを解説します。誘導発電機は、電源に接続された誘導電動機を原動機によって駆動し、同期速度以上に回転数を上げることで、より多くの電力を得るための装置です。電力系統に接続する際、同期化の操作が必要ないため、小容量の水力発電機や風力用発電機として使用されています。

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1. 誘導発電機の原理

図1は、誘導電動機の簡易等価回路です。r1、r2‘を1次および2次巻線抵抗、jx1、jx2‘を1次および2次漏れリアクタンス、g0を励磁コンダクタンス、b0を励磁サセプタンスとします。

図1:誘導電動機の簡易等価回路

図1:誘導電動機の簡易等価回路

ここで、滑りsを1.5から-1.5まで変化させ、機械的出力、トルク、および1次入力を計算すると、図2の速度特性曲線が得られます。n0を同期速度、n2を回転速度、fを回転子導体に働く力とします。

図2:誘導電動機の速度特性曲線と動作領域

図2:誘導電動機の速度特性曲線と動作領域

滑りs<0の領域では、1次入力、トルク、および機械的出力は負となります。このとき、一定電圧、一定周波数の電源に接続されている誘導機の回転子は、回転数n2=(1-s)n0>n0、すなわち、同期速度以上の回転数で、回転磁界と同一方向に回転しています。この領域では、機械的出力は負の値を示し、外部から機械的なトルクを加えることによって、同期速度以上になることが分かります。機械的出力が負であるということは、機械的な入力を表し、また、1次入力が負であるということは、電気的出力を表します。このように、電源に接続された誘導機は、同期速度より数%速度を上げることで、誘導発電機として動作します。

2. 他励式誘導発電機

誘導発電機の原理で述べたように、誘導発電機の回転子に外力を加えて同期速度以上に回転すると、誘導発電機として動作します。このような原理に基づいた発電機を、他励式誘導発電機といいます。図3は、他励式誘導発電機の空間ベクトル図です。固定子1次巻線は電源に接続されているため、励磁電流I0が流れ、同期速度ω0で回転する磁束Φが発生します。

図3:誘導発電機の空間ベクトル図

図3:誘導発電機の空間ベクトル図

続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

3. 自励式誘導発電機

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

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