直流発電機の磁化曲線

直流発電機の磁化曲線

主な学習内容:

磁化曲線の定義: 直流機器の磁化曲線は、開回路状態でのフィールド電流とアーマチャチュアル端子電圧との関係を示します。

重要性: 磁化曲線は、磁気回路の飽和を示し、発電機の効率を理解する上で重要です。

飽和点: この点はまた曲線の膝とも呼ばれ、フィールド電流が増加しても磁束の増加が最小限に抑えられる点を示します。

分子配向: フィールド電流が増加すると、磁気分子が整列し、磁束と生成電圧が飽和するまで増加します。

残磁: 電流がゼロであっても、発電機のコアには一部の磁気が残存し、磁化曲線に影響を与えます。

直流発電機の磁化曲線は、開回路状態でのフィールド電流とアーマチャチュアル端子電圧との関係を示す曲線です。

直流発電機が原動機によって駆動されると、アーマチュアに起電力が誘導されます。アーマチュアで生成される起電力は次の式で表されます。

特定の機械に対しては一定であり、この式ではKで置き換えられます。

ここで、

φ は極ごとの磁束、

P は極の数、

N はアーマチュアの毎分回転数、

Z はアーマチュア導体の数、

A は並列経路の数です。

この式から、生成された起電力は極ごとの磁束とアーマチュアの速度の積に比例することが明らかです。

速度が一定の場合、生成された起電力は極ごとの磁束に比例します。

励磁電流またはフィールド電流 (If) が増加すると、磁束と生成された起電力も増加します。

生成電圧をY軸、フィールド電流をX軸にプロットすると、磁化曲線は以下の図のように表示されます。

直流発電機の磁化曲線は、磁気回路の飽和を示すため重要です。この曲線はまた飽和曲線とも呼ばれます。

磁気の分子理論によれば、磁化されていない磁性材料の分子は、明確な順序で配置または整列していません。磁性材料に電流が流れると、その分子は明確な順序で整列します。フィールド電流のある値まで最大の分子が整列します。この段階では、極に生じる磁束はフィールド電流とともに直接増加し、生成電圧も増加します。この曲線では、B点からC点までの部分がこの現象を示しており、この部分の磁化曲線はほぼ直線です。ある点（この曲線のC点）を超えると、非磁化された分子が非常に少なくなり、極磁束をさらに増加させることが難しくなります。この点は飽和点と呼ばれ、C点はまた磁化曲線の膝とも呼ばれます。飽和点以上では、わずかな磁気の増加のために非常に大きなフィールド電流が必要です。そのため、曲線の上部（C点からD点）は図のように湾曲しています。

直流発電機の磁化曲線は、最初からゼロから始まりません。残磁により生成電圧のある値から始まります。

残磁

強磁性材料では、コイルに電流が流れるにつれて磁力と生成電圧が増加します。電流がゼロに減少した後でも、コイルのコアには一部の磁力が残存し、これが残磁と呼ばれます。直流機器のコアは強磁性材料で作られています。