同期発電機内部磁束の状態と発電機定数並びに電力系統の安定性に関する基礎研究

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同期発電機の内部磁束と発電機定数の観点から研究を行ない、次の成果を得た。1)さぐりコイルを埋め込んだ実験用小型同発電機を用いて、不平衡運転を行ない、内部磁束を測定した。次に、不平衡運転時の内部磁束を表現するモデルを、発電機の巻線構造と鉄心構造から作成し、実験と比較した。この結果、従来知られていなかった零相回路と逆相回路の相互作用を明らかにした。すなわち、発電機に突極性があり、かつ、電機子巻線が磁束密度分布の空間3倍波を生成する構造となっている場合、対称座標法の零相成分と逆相成分が独立とならないことが、実験・モデルの両面すら確かめられた。2)有限要素法を用いて、電機子歯部の磁束解析を行った。実験用発電機の電機子歯頭図に設けられている。さぐりコイルで観測される磁束は従来、空げき磁束のみであると考えられていた。しかし、有限要素法で解析した結果、さぐりコイルで観測される磁束は、電機子反作用の約一割の電機子もれ磁束を含むことが判明した。この結果をふまえて、1)で作成した不平衡時に対するモデルや、先に作成した平衡時に対するモデルを修正する予定である。3)発電機定数の一つである零相リアクタンスの物理的意味を明らかにするため、電機子巻線に零相電流を流した発電機内部で磁束が生じる過程を解明した。すなわち、電機子巻線によって磁束分布の空間高調波成分と電機子もれ磁束が生じる。空間高調波磁束は、回転子内部にうず電流を引き起こす。このうず電流から生成される磁束と、電機子巻線から磁束が総合して、零相電流による磁束となることを、実験とモデルの両面から明らかにした。