技術 / テクニカルガイド

同期型および誘導型発電機：磁界、回転速度、スリップ

風力発電機の用語は、機械的な回転が磁界とどのように相互作用するかを表します。同期機と誘導機では、その磁界とローターとの関係が異なります。いずれの名称も、それだけで端子電圧、変換器の機能、電気設備全体の構成を確定するものではありません。

ロータの運動は、製品ラベルではなく磁界と比較してください。

同期速度は、定められた回転磁界の周波数と極数に対応し、誘導機のすべりは、その磁界に対する相対運動を表します。

01 / 回転磁界

電気巻線の配置によって、回転する磁界パターンを生成できます。

巻線の配置によって、回転する磁界パターンを生成できます。その機械的な回転速度は、電気周波数と極対数によって決まります。実際のロータは、機械と運転条件に応じて、そのパターンに同期して回転することも、相対的に動くこともあります。

同期機の回転子磁界は、永久磁石または電気的な励磁によって生成できます。永久磁石構造は同期機の一形態であり、すべての同期発電機を定義するものではありません。誘導機では、鎖交する磁界の変化との相互作用によって、回転子の電気的挙動が生じます。

02 / 同期速度

電気的な磁界の周波数を fe（ヘルツ）、極対数を p とすると、機械的同期速度は ns = 60fe/p 回転毎分です。

電気的な磁界周波数feをヘルツで表し、極対数をpとすると、機械的な同期回転速度は毎分ns = 60fe/p回転です。代わりに総極数Pを用いる場合、同じ関係はns = 120fe/Pとなります。この二つの数を取り違えてはいけません。

DOEの発電機に関する参考資料は、周波数、回転速度、極数の関係を説明しています。極対数が二つの仮想的な40 Hzの磁界では、ns = 1,200 rpmとなります。これらの仮定値は、MARSTONの極数、電気周波数、運転速度を示すものではありません。

03 / すべりの定義

誘導機の一般的な定義では、すべりはs = (ns − nr)/nsです。回転子速度nrと、ゼロでないnsは、同じ単位で表します。

誘導機の通常の定義では、すべりはs = (ns − nr)/nsです。ここで、ローター回転速度nrとゼロでないnsは同じ単位で表します。すべり速度は速度差ですが、すべり自体は無次元です。MathWorksのモデルでは、ローターの電気的速度と同期磁界の速度を区別しています。

磁界が1,200 rpmで回転する仮想例では、ロータが1,260 rpmで回転するとs = −0.05となります。これは数学的な符号の例です。一方、同期機の負荷角は磁界との角度関係を表し、無次元の誘導機のすべり変数ではありません。

04 / 誘導動作

固定子磁界が確立された基本的な定常かご形誘導機モデルでは、同期速度を超える回転は発電動作に対応します。

固定子磁界が確立された基本的なかご形誘導機の定常モデルでは、同期速度を超える回転は発電動作に対応します。回転子に誘導された電流が磁界と相互作用し、電磁トルクは外部から与えられる機械的回転に抵抗します。

その解釈には、モデルで仮定された励磁と電気的境界条件が必要です。回転子給電型の誘導機構成には別の電気経路が加わるため、同じ単純な速度則にまとめるべきではありません。軸が回転しているだけでは、励磁や電力伝達の構成全体は確定しません。

05 / 変換境界

同期発電機の機械的な回転速度が変化する場合、発生する電気周波数は、その回転速度と極数に応じて変化します。

同期発電機が可変の機械的速度で回転する場合、発生する電気の周波数は、その速度と極数に応じて変化します。別の変換段によって、出力周波数に関する別の境界が生じる場合があります。その関係は、システム構成と実装された機能によって決まります。

関連資料：出力周波数ガイドは実際に供給される出力インターフェースを扱います。一方、次の資料：端子電圧ガイド内部の電磁誘導と負荷接続時のポート条件を区別します。同期速度だけでは、どちらの電気量も決まりません。

06 / 製品範囲

FD14-50KWは、ブラシレス永久磁石式ダイレクトドライブ発電機であることが確認されています。

FD14-50KW は、ブラシレス永久磁石式の直接駆動発電機であることが確認されています。現行の他の四つのモデルの発電機形式は、この確認から推定しません。電動ヨーは方向を変えるための駆動を表すものであり、発電機の電磁的構造を特定するものではありません。

この説明は、発電機の改造、励磁接続、同期手順、または許容速度範囲を示すものではありません。速度とすべりの例は物理的な関係を明確にするためのものであり、運転の許可、測定された性能、または実装されたコンバーター機能の根拠ではありません。

一般的な背景情報： DOE: 発電機の周波数、機械回転速度、極数の関係 · MathWorks: ローターの電気角速度と誘導機のすべり速度モデル。これらの参考資料は業界の考え方を説明するものであり、適用するMARSTONの製品資料やプロジェクト資料とは別のものです。

各量を、その基準、単位、明示された条件と一緒に読んでください。一般的な関係から、特定モデルの値が確定するわけではありません。

概念 / 量	意味 / 関係	条件 / 限界
極数	極対数p、総極数P = 2p	選ばれた記号は、その式に付随しています。
同期速度	ns = 60fe/p 単位： rpm	定義された回転磁界と周波数。
ロータ回転速度	nr（単位：rpm）	物理的な運動と磁界の運動は異なります。
すべり	(ns − nr)/ns	速度の単位を統一し、ns がゼロでないこと。
電気的境界	発電機端子と変換後の出力	構成方式だけでは、提供されるインターフェースは確定しません。