同期発電機の特性曲線

同期発電機の特性を示す曲線が3つあります。それらは、無負荷飽和曲線、短絡曲線、外部特性曲線です。この項では、それぞれの特徴とグラフの読み方について解説します。

無負荷飽和曲線・短絡曲線

まずは無負荷飽和曲線と短絡曲線のグラフを以下に示します。

上図のうち、曲線Aが無負荷飽和曲線、曲線B(直線に見えますが一応曲線です)が短絡曲線です。

無負荷飽和曲線(A)は、同期発電機を定格速度で運転し、界磁電流を0から徐々に増加させたときの端子電圧と界磁電流との関係を表した曲線のことをいいます。図を見てもわかる通り、界磁電流(横軸)が小さい範囲では、端子電圧(縦軸)は界磁電流にほぼ比例します。また、界磁電流が大きくなると端子電圧は段々と飽和していき、頭打ちとなります。

短絡曲線(B)は、同期発電機の電機子巻線の三相の出力端子を短絡し、定格速度で運転して、界磁電流を0から徐々に増加させたときの短絡電流と界磁電流との関係を表した曲線のことをいいます。この曲線は、界磁電流(横軸)と短絡電流(縦軸)がほぼ比例の関係となる点が特徴的です。

外部特性曲線

続いて、外部特性曲線のグラフを以下に示します。

外部特性曲線は、同期発電機を定格速度で運転し、界磁電流と負荷力率を一定に保って、負荷電流を変化させたときの端子電圧と負荷電流との関係を表した曲線のことをいいます。

負荷力率を一定に保つのが前提ですが、その負荷力率をどの程度にするかによって、描く曲線の形が変わってきます。上図では、負荷力率が「進み」、「遅れ」、「力率1」の3パターンについて、その例を示しています(もちろん、同じ「進み」でも、力率が異なれば曲線の軌跡は多少変わってきます)。