自動電圧調整器

自動電圧調整器

自動電圧調整器（AVR）は、電圧レベルを制御するための重要な装置です。これは変動する電圧を取り、安定した一定の電圧に変換します。電圧の変動は主に供給システムの負荷の変動によって生じます。このような電圧の変動は、電力システム内の機器にとって有害であり、故障や永久的な損傷につながる可能性があります。

これらの電圧の変動を制御するために、トランスフォーマーや発電機、フィーダーなどの電力システム内の主要な位置に電圧制御装置を設置することができます。実際、効果的に電圧の変動を管理するために、電力システム内の複数のポイントに電圧調整器が配置されることが多いです。

直流と交流システムにおける電圧制御

• 直流供給システム：直流供給システムでは、等長のフィーダーを扱う場合、過励磁発電機を使用して電圧を制御することができます。しかし、異なる長さのフィーダーの場合、フィーダーブースターを使用して各フィーダーの末端で一定の電圧を維持します。

• 交流システム：交流システムでは、ブースタートランスフォーマーや誘導制御器、並列コンデンサーなどを使用して電圧制御を行うことができます。それぞれの方法には独自の利点があり、具体的な電力システムの要件に基づいて選択されます。

電圧調整器の動作原理

電圧調整器は誤差検出の原理に基づいて動作します。まず、交流発電機の出力電圧をポテンシャルトランスフォーマーを通じて取得します。この電圧は整流され、フィルタリングされた後、基準電圧と比較されます。実際の電圧と基準電圧の差を誤差電圧と呼びます。この誤差電圧はアンプリファイアによって増幅され、その後メインエキサイタまたはパイロットエキサイタに供給されます。この増幅された誤差電圧に基づいて励磁を調整することで、電圧調整器は発電機の出力電圧を効果的に制御し、安定化させ、一貫性のある信頼性の高い電力供給を確保します。

結果として、増幅された誤差信号はバッキングまたはブースティングメカニズムを通じてメインまたはパイロットエキサイタの励磁を制御します。これにより、電圧の変動が制御されます。エキサイタの出力を制御することで、メインアルタネータの端子電圧が効果的に調整されます。

自動電圧調整器の応用

自動電圧調整器（AVR）は以下の重要な機能を果たします：

• 電圧制御および安定性の向上：電力システムの電圧を許容範囲内に保ち、機器が定常状態の安定境界に近い状態で動作できるようにします。これにより信頼性の高い電力供給が確保され、システムの電圧に関連する不安定性が防げます。

• リアクティブ負荷の共有：複数のアルタネータが並列で動作している場合、AVRはそれらの間でリアクティブ負荷を分配する重要な役割を果たします。これにより、並列運転のアルタネータの性能が最適化され、システム全体の電力因数が維持されます。

• 過電圧の軽減：システム内で突然の負荷開放により生じる過電圧を、AVRは効果的に軽減します。迅速に励磁を調整することで、電気機器を損傷する可能性のある過度の電圧上昇を防ぎます。

• 障害時の励磁調整：障害条件下では、AVRはシステムの励磁を増加させます。これにより、障害クリアランス中に最大同期パワーが利用可能となり、システムのスムーズな回復が可能になります。

• 負荷追従型励磁制御：アルタネータの負荷に急激な変化が生じた場合、AVRは励磁システムを調整します。これにより、新しい負荷条件下でも同じ電圧を供給し続けることができます。AVRはエキサイトフィールドを操作し、エキサイト出力電圧とフィールド電流を変更することによりこれを達成します。ただし、重度の電圧変動時には標準的なAVRが十分に速く反応できないことがあります。

高速動作電圧調整器

より速い応答を得るために、目標を超える原理に基づいた高速動作電圧調整器が採用されます。この原理では、負荷が増加すると同時にシステムの励磁も増加します。しかし、電圧が増加した励磁に対応する値に達する前に、調整器は予測し、適切なレベルまで励磁を減少させます。このオーバーシュート・アンド・コントロール機構により、電圧のより速く正確な調整が可能になり、ダイナミックな負荷変化中の電力システムのパフォーマンスが向上します。