超同期セルビウスについて教えてください。

質問

回転子への励磁電流の供給はどのように行っているのでしょうか？
風車の回転数は風の強弱により変わると思いますが、同期速度と回転速度の差分の周波数の励磁電流を回転子に流すということでよいのでしょうか？その場合、回転子に与える励磁電流は三相交流だと思うのですが、同期発電機であれば回転子には直流電流が供給されるかとも思います。回転子の内部に整流素子があって整流しているのですか？それとも、誘導発電機のように三相交流がそのまま励磁電流になるのでしょうか？もし、そうだとすると同期速度を計算する場合の極数はどのように考えたら良いのでしょうか？また、回転子の回転数を調整するような可変速ギアみたいなものがあって、風の強弱にかかわらず常に一定の回転速度になるような制御でもしているのでしょうか？

回答No.2

foobar

励磁電流は、固定子巻き線から供給する場合と、スリップリングを介して回転子巻き線から供給する場合とあります。これは回転子電流の制御方法で変わってきます。
（感覚的には、超同期セルビウスというときには前者を、交流励磁同期機と呼ぶときには後者の運転になることが多いように思います。）

＃１お礼欄の表記からすると、二次回路にサイリスタをつかったサイクロコンバータをつないだ発電機のように見受けられます。
もしそうなら、サイリスタの制御角を周期的に変えて（この周期が二次回路の周波数になる）可変周波数を実現しています。

可変周波数制御
「風が強くて回転数が大きく、例えば回転子が2100rpmの回転数になったとしたら」ではなくて、
風が強くなると回転数が高いところに最適動作点（最大出力点）が移動するので、それに対応するように二次周波数を変えて、発電機の回転数をあげます。
1800rpm運転中に、風が強くなって2100rpmで最大出力が得られるようになったら、サイクロコンバータの周波数を逆相の10Hz(+300rpm相当）にして、発電機を2100rpmにするし、風が弱くなってきたら同相の10Hz(-300rpm相当)にして、1500rpm運転にする、と言う具合です。

二次周波数を変えなければ、発電機は現在の回転数を維持して、その回転数と風速に応じた出力を出すようになります。
超同期セルビウス運転している発電機の回転数は、系統周波数と回転子の周波数で決まるもので、風速によって変わっていくものではありません。

回答No.1

foobar

超同期セルビウスの場合、励磁電流は固定子と回転子の双方から供給可能です。どちらがどれくらい分担するかは、加える電圧（の振幅と位相）で変わります。
回転子に加える電圧（あるいは電流）の周波数は固定子の周波数と軸速度＊極対数の差に相当した周波数です。（というか、固定子と回転子の電源周波数の差で軸速度が決まるというか、、。）
回転子に加える電流は三相交流で、発電機内部には整流回路などはなく、そのままコイルに流れます。また回転子電流は励磁電流とトルク電流の和になっています。
同期速度を計算する極数は、固定子同様、コイルの巻き方によって決まります。（固定子と同じ極数になってるはず。）

お礼

foobar様。早速の回答ありがとうございます。
もう少し教えてください。励磁電流はブラシとスリップリングを介して回転子に供給しているということでよろしいでしょうか？
また、サイリスタの位相制御により回転子に与える励磁電流の周波数を制御をしているということでよろしいでしょうか？
固定子の周波数は系統側の周波数で決まるため、60Ｈｚ系統で４極の場合の同期速度は1800rpmなので、風が強くて回転数が大きく、例えば回転子が2100rpmの回転数になったとしたら1800-2100=-300rpmに相当する周波数の10Hzを逆向きに与え、逆に風が弱くて1500rpmになったとしたら1800-1500=300rpmに相当する周波数10Hzを正方向に与えるという理解でよろしいでしょうか？よろしくお願いします。