ブラシレス励磁発電機の設計上の特徴

交流同期発電機の開発という観点から見ると、励磁システムは中核となる構成要素の一つとなっています。励磁システムの品質は、同期発電機の性能と運転品質に直接影響を与えます。交流励磁機は回転電機子型の交流同期発電機ですが、その動作特性と負荷の特殊性から、一般的な交流同期発電機とは異なります。設計時には、その特殊性に十分注意を払う必要があります。

交流励磁機の磁気回路設計：交流励磁機の出力電圧は、主発電機の負荷と動作温度によって大きく変化します。それに伴い、誘導起電力も大きく変化します。これが交流励磁機の負荷特性です。主発電機の定格励磁要件を満たすためには、交流励磁機の磁気回路のサイズ設計は、対応する定格相電位に基づいて行う必要があります。つまり、交流励磁機の定格動作点における磁束密度は非常に低くなければなりません。そのため、磁性材料の利用率は極めて低くなります。同じ容量の交流励磁機の体積は、一般的な同期発電機よりも大きく、重量も重くなります。

JBP T33201122000「小型ブラシレス三相同期発電機の技術条件」の要求事項によれば、交流励磁機は、始動モータがホット状態で定格電流の150%に耐えられるよう、電圧値を低下させることなく必要な励磁電流を供給できるものでなければならない。したがって、この動作点における発電機に必要な励磁電流は、励磁機の定格負荷点とみなすことができ、既存の負荷条件に応じて一定の過渡応答マージンを確保する必要がある。

ブラシレス発電機の動特性を向上させるには、励磁電流の感度を高め、時定数を短縮するために、短絡比をできるだけ小さく（約0.13～0.15）設定することが推奨されます。短絡比が小さいほど、励磁機の設計が経済的になり、体積と重量を小さくすることができます。

励磁機の時定数を小さくするには、より高い周波数を選択します。励磁機の周波数を上げるには、励磁機の極対数を増やす方法があります。極対数を増やすことで、励磁巻線の極あたりの巻数を減らすことができ、結果として時定数を効果的に小さくすることができます。

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