発電機励磁システムとは何ですか？

発電機励磁システム同期発電機の励磁電流を供給する電源と補助機器をまとめて励磁システムと呼びます。一般的に、励磁電源ユニットと励磁調整器の 2 つの主要部分で構成されています。励磁電源ユニットは同期発電機の回転子に励磁電流を供給します。励磁調整器は入力信号と与えられた調整基準に従って励磁電源ユニットの出力を制御します。励磁システムの自動励磁調整器は、電力システムの並列ユニットの安定性を向上させる上で重要な役割を果たします。特に、現代の電力システムの発展はユニットの安定限界を下げる傾向をもたらし、励磁技術の継続的な発展を促進しています。同期発電機の励磁システムは主に電源ユニットと調整器（装置）の 2 つの部分で構成されています。

1. 励起システムの主な機能は以下のとおりです。

1) 発電機の負荷の変化に応じて励磁電流を調整し、機械の端子電圧を所定の値に維持する。

2) 並列運転中の発電機間の無効電力配分を制御する。

3) 発電機の並列運転時の静的安定性を向上させる。

4) 並列運転される発電機の過渡安定性を向上させる。

5) 発電機内部で故障が発生した場合、故障による損失を軽減するために磁場が除去されます。

6) 運転要件に従って、発電機に定格励磁制限と小励磁制限を適用します。同期発電機の励磁システムにはさまざまな形式があり、電源供給方式に応じて、分離励磁型と自己励磁型の2つのカテゴリに分類できます。

２．発電機が励起電流を得るためのいくつかの方法

1. 直流発電機電源の励磁方式：

このタイプの励磁発電機は、専用の直流発電機を備えており、この専用の直流発電機は直流励磁機と呼ばれています。励磁機は一般的に発電機と同軸で、発電機の励磁巻線は、大軸に取り付けられたスリップリングと固定ブラシを介して励磁機から直流電流を得ます。この励磁方式は、励磁電流が独立しており、動作が安定し、自家消費電力の削減などの利点があり、過去数十年間、発電機の主要な励磁方式として、より成熟した運用実績があります。欠点は、励磁調整速度が遅く、メンテナンス作業量が多いことです。そのため、10MWを超えるユニットではほとんど使用されていません。

2. AC励磁電源の励磁方式：

現代の高容量発電機の中には、励磁電流を供給するために交流励磁機を使用するものがあります。交流励磁機は発電機の主軸にも設置され、その出力交流電流は整流器を通って発電機の回転子励磁に供給されます。このとき、発電機の励磁モードは他の励磁モードに属し、静止整流器装置のため静止励磁とも呼ばれます。交流二次励磁機は励磁電流を供給します。交流二次励磁機は、永久磁石機または自己励磁定電圧装置を備えたオルタネータにすることができます。励磁調整速度を向上させるために、交流励磁機は通常100～200Hzの中間周波数発生器を使用し、交流二次励磁機は400～500Hzの中間周波数発生器を使用します。この発電機の直流励磁巻線と三相交流巻線は固定子スロットに巻かれ、回転子は歯車のように歯とスロットのみで巻線がなく、そのためブラシ、スリップリングなどの回転接触部品がなく、動作が信頼性が高く、構造がシンプルで、製造プロセスが容易などの利点があります。欠点は、ノイズが大きくなることと、交流電位の高調波成分も大きくなることである。

3. 励振器なしの励振モード：

励磁モードでは特別な励磁装置は設置されず、励磁電力は発電機自体から得られ、整流後に発電機自体が励磁されます。これを自己励磁静的励磁と呼びます。自己励磁静的励磁は、自己並列励磁と自己複合励磁の2つの方法に分けられます。自己並列励磁モードでは、発電機出力に接続された整流変圧器を介して励磁電流を得て、整流後に発電機の励磁に供給します。この励磁モードは、接続が簡単で、機器が少なく、投資が少なく、メンテナンス作業が少ないという利点があります。自己複合励磁モードでは、整流変圧器がないだけでなく、発電機の固定子ループに直列に高出力電流変圧器があります。変圧器の機能は、短絡が発生したときに発電機に大きな励磁電流を供給して、整流変圧器の出力不足を補うことです。この励磁モードには、整流変圧器によって得られる電圧電源と直列変圧器によって得られる電流源の2つの励磁電源があります。

III．発電機および励磁電流に関連する特性

1. 電圧調整

自動調整励磁システムは、電圧を制御量とする負帰還制御システムとみなすことができます。発電機端子電圧の低下の主な原因は、無効負荷電流です。励磁電流が一定の場合、無効電流の増加に伴って発電機端子電圧は低下します。しかし、電力品質に関するユーザーの要求を満たすためには、発電機の端子電圧は基本的に一定に保つ必要があり、この要求を満たす方法は、無効電流の変化に応じて発電機の励磁電流を調整することです。

2．無効電力調整：

発電機が系統と並列運転される場合、それは無限容量電源の母線と並列運転していると考えることができます。発電機の励磁電流を変更すると、誘導電位と固定子電流も変化し、発電機の無効電流も変化します。発電機が無限容量系統と並列運転される場合、発電機の無効電力を変更するためには、発電機の励磁電流を調整する必要があります。このとき、発電機の励磁電流の変更は、一般的に「電圧調整」と呼ばれるものではなく、系統に供給される無効電力のみを変更するものです。

3．無効負荷分布：

並列運転される発電機は、定格容量に応じて無効電流を比例配分します。容量の大きい発電機はより多くの無効負荷を負担し、容量の小さい発電機はより少ない無効負荷を負担する必要があります。無効負荷の自動配分を実現するために、自動高電圧調整の励磁装置によって発電機の励磁電流を変更して端子電圧を一定に保ち、発電機の電圧調整特性の傾斜を調整することで、並列運転される発電機の無効負荷を合理的に配分することができます。

励起電流を自動的に調整する方法

発電機の励磁電流を変更する場合、一般的には回転子ループ内で直接変更することはありません。ループ内の電流が非常に大きいため、直接調整することが容易ではないからです。通常用いられる方法は、励磁機の励磁電流を変更して発電機の回転子電流を調整することです。一般的な方法としては、励磁機の励磁回路の抵抗を変更する、励磁機の追加励磁電流を変更する、サイリスタのオン角を変更するなどがあります。ここでは主にサイリスタのオン角を変更する方法について説明します。これは、発電機の電圧、電流、または力率の変化に応じて、サイリスタ整流器のオン角を対応するように変更することで、発電機の励磁電流を変化させる方法です。この装置は一般的にトランジスタ、サイリスタなどの電子部品で構成されており、感度が高く、高速で、故障領域がなく、出力電力が大きく、小型軽量などの利点があります。事故が発生した場合、発電機の過電圧を効果的に抑制し、磁界を迅速に除去することができます。自動調整励磁装置は通常、測定ユニット、同期ユニット、増幅ユニット、調整ユニット、安定化ユニット、制限ユニット、およびいくつかの補助ユニットで構成されます。測定信号（電圧、電流など）は、測定ユニットによって変換された後、与えられた値と比較され、比較結果（偏差）は前置増幅ユニットと電力増幅ユニットによって増幅され、サイリスタのオン角を制御するために使用され、発電機の励磁電流を調整する目的を達成します。同期ユニットの機能は、位相シフト部のトリガーパルス出力をサイリスタ整流器の交流励磁電源と同期させ、制御対象のサイリスタの正しいトリガーを保証することです。差動調整ユニットの機能は、並列運転する発電機が無効負荷を安定かつ合理的に分散するようにすることです。安定化ユニットは、電力系統の安定性を向上させるために導入されたユニットです。励磁系統安定化ユニットは、励磁系統の安定性を向上させるために使用されます。制限装置は、発電機が過励磁状態または低励磁状態で動作することを防止するように設計されています。ただし、すべての自動励磁調整装置に上記の装置が備わっているわけではなく、調整装置の装置はそれぞれが担う特定のタスクに応じて異なることに留意する必要があります。

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投稿日時：2025年3月7日