まず、議論が不明確になりすぎないよう、議論の範囲を限定する必要があります。ここで論じる発電機とは、ブラシレス三相交流同期発電機を指し、以下では単に「発電機」と表記します。
このタイプのジェネレーターは、少なくとも 3 つの主要な部分で構成されており、これらについては以下の説明で説明します。
主発電機は、主固定子と主回転子に分かれています。主回転子は磁場を提供し、主固定子は電気を生成して負荷に供給します。励磁機は、励磁機固定子と回転子に分かれています。励磁機固定子は磁場を提供し、回転子は電気を生成し、回転整流子によって整流された後、主回転子に電力を供給します。自動電圧調整器（AVR）は、主発電機の出力電圧を検出し、励磁機固定子コイルの電流を制御し、主固定子の出力電圧を安定させるという目的を達成します。
AVR電圧安定化工事の説明
AVR の動作目標は、安定した発電機出力電圧を維持することであり、一般に「電圧安定装置」と呼ばれます。
その動作は、発電機の出力電圧が設定値より低いときに励磁機の固定子電流を増加させることです。これは、主回転子の励磁電流を増加させることに相当し、主発電機の電圧を設定値まで上昇させます。逆に、励磁電流を減らして電圧を下げます。発電機の出力電圧が設定値に等しい場合、AVR は調整せずに既存の出力を維持します。
さらに、電流と電圧の位相関係に応じて、AC 負荷は次の 3 つのカテゴリに分類できます。
抵抗性負荷は、電流が印加電圧と同位相です。誘導性負荷は、電流の位相が電圧より遅れます。容量性負荷は、電流の位相が電圧より進みます。これら3つの負荷特性を比較することで、容量性負荷をより深く理解することができます。
抵抗負荷の場合、負荷が大きいほど、メインローターに必要な励起電流が大きくなります（発電機の出力電圧を安定させるため）。
以降の説明では、抵抗負荷に必要な励起電流を基準として使用します。つまり、それより大きいものは「大きい」と呼ばれ、それより小さいものと呼びます。
発電機の負荷が誘導性の場合、発電機が安定した出力電圧を維持するために、メインローターにはより大きな励起電流が必要になります。
容量性負荷
発電機が容量性負荷に遭遇すると、メインローターに必要な励起電流が小さくなるため、発電機の出力電圧を安定させるために励起電流を減らす必要があります。
なぜこんなことが起きたのでしょうか?
容量性負荷の電流は電圧よりも進んでおり、これらの進み電流（主ステータを流れる）は主ロータに誘導電流を発生させ、この誘導電流は励磁電流と正の方向に重畳し、主ロータの磁界を増強することに注意してください。したがって、発電機の安定した出力電圧を維持するためには、励磁器からの電流を低減する必要があります。
容量性負荷が大きいほど、励磁機の出力は小さくなります。容量性負荷が一定量まで増加すると、励磁機の出力をゼロに下げる必要があります。励磁機の出力がゼロになると、発電機の限界に達します。この時点では、発電機の出力電圧は自己安定せず、このタイプの電源は不適格となります。この制限は「不足励磁制限」とも呼ばれます。
発電機は限られた負荷容量しか受け入れることができません。(もちろん、指定された発電機では、抵抗負荷または誘導負荷のサイズにも制限があります。)
プロジェクトで容量性負荷が問題となる場合は、キロワットあたりの容量が小さいIT電源を使用するか、インダクタンス補償を使用することが考えられます。発電機セットが「低励磁限界」付近で動作しないように注意してください。
投稿日時: 2023年9月7日
