シリーズ巻き直流発電機の特性

シリーズ発電機の定義

シリーズ巻線DC発電機は、フィールド巻線、アーマチュア巻線、および外部負荷回路が直列に接続され、同じ電流が各部を流れることで定義されます。

 これらのタイプの発電機では、フィールド巻線、アーマチュア巻線、および外部負荷回路はすべて直列に接続されています（下図参照）。

したがって、アーマチュア巻線、フィールド巻線、および負荷を通る電流は同じです。

ここで、I = Ia = Isc = IL

ここでは、Ia = アーマチュア電流

Isc = シリーズフィールド電流

IL = 負荷電流

シリーズ巻線DC発電機には一般的に3つの重要な特性があり、これらはシリーズフィールド電流または励磁電流、生成電圧、端子電圧、負荷電流などの量との関係を示します。

磁気特性曲線

この曲線は、無負荷電圧とフィールド励磁電流との関係を示しています。無負荷時には負荷端子が開放回路となるため、アーマチュア、フィールド、負荷が直列に接続されているため、フィールドには電流が流れません。この曲線は、フィールド巻線を分離し、外部電源でDC発電機を励起することで実際的に得られます。

図では、AB曲線がシリーズ巻線DC発電機の磁気特性を示しています。この曲線は極が飽和するまで直線的ですが、その後、追加のフィールド電流によって端子電圧は大幅に増加しません。残磁により、アーマチュアには初期電圧があるため、曲線は原点より少し上にある点Aから始まります。

内部特性曲線

内部特性曲線は、アーマチュアで生成される電圧と負荷電流との関係を示しています。この曲線はアーマチュア反応による脱磁効果による電圧降下を考慮しており、実際に生成される電圧（Eg）は無負荷電圧（E0）よりも低くなります。したがって、曲線は開放回路特性曲線からわずかに低下します。図では、OC曲線がこの内部特性を表しています。

外部特性曲線

外部特性曲線は、端子電圧（V）と負荷電流（IL）との変動を示しています。このタイプの発電機の端子電圧は、アーマチュア抵抗（Ra）とシリーズフィールド抵抗（Rsc）によるオーム降下を実際に生成された電圧（Eg）から引いたもので求められます。

端子電圧 V = Eg – I(Ra + Rsc)

外部特性曲線は内部特性曲線よりも下に位置します。これは、端子電圧の値が生成電圧よりも低いからです。図では、OD曲線がシリーズ巻線DC発電機の外部特性を示しています。

シリーズ巻線DC発電機の特性から、負荷（および負荷電流）が増加すると、最初は端子電圧が上昇します。しかし、ピークに達すると、アーマチュア反応による脱磁効果により、端子電圧は減少し始めます。図中の点線はこの現象を示しており、負荷抵抗の変化に関わらず電流がほぼ一定であることを示しています。負荷が増加すると、フィールドも負荷と直列に接続されているため、フィールド電流も増加します。同様に、アーマチュア電流も増加しますが、飽和により磁場強度と誘導電圧は大幅には増加しません。アーマチュア電流の増加により、アーマチュア反応が大きくなり、負荷電圧が低下します。負荷電圧が低下すると、負荷電流もオームの法則により減少します。これらの同時進行する効果により、外部特性曲線の点線部分では負荷電流に大きな変化はありません。この動作により、シリーズDC発電機は定電流発電機として知られています。

定電流発電機

シリーズ巻線DC発電機は、負荷抵抗の変動に関わらず負荷電流がほぼ一定であるため、定電流発電機として知られています。