AC 発電機と DC 発電機はどのように動作するのですか?

電気工学における「世代」という用語はラテン語に由来します。それは「誕生」を意味します。エネルギーに関して言えば、発電機は電気を生成する技術装置であると言えます。

この場合、電流は次のようなさまざまな種類のエネルギーを変換することによって生成されることに注意してください。

• 化学;

• ライト;

• サーマルなど。

歴史的に、発電機は回転の運動エネルギーを電気に変換する構造物です。

生成される電気の種類に応じて、発電機は次のとおりです。

1. 直流;

2. 変数。

最も単純な発電機の動作原理

機械エネルギーを変換して発電する現代の電気設備の作成を可能にする物理法則は、科学者のエルステッドとファラデーによって発見されました。

あらゆる発電機設計が適用可能 電磁誘導の原理生成された回転磁場と閉枠が交差することにより、閉枠内に電流が誘導される場合 永久磁石 家庭用の簡易モデルや大出力の産業用製品の励磁コイルなどに使用されます。

ベゼルを回転させると磁束の大きさが変化します。

ループ内に誘導される起電力は、閉ループ S 内のループを貫く磁束の変化率に依存し、その値に正比例します。ローターの回転が速くなるほど、発生する電圧も高くなります。

閉ループを作成し、そこから電流を迂回させるには、回転フレームと回路の固定部分との間に一定の接触を提供するコレクタとブラシを作成する必要がありました。

コレクタプレートに押し付けられたバネ仕掛けのブラシの構造により、電流は出力端子に伝達され、そこから消費者のネットワークに流れます。

最も単純な直流発電機の動作原理

フレームが軸を中心に回転すると、その左半分と右半分が磁石の S 極または N 極を中心に回転します。それらの中では毎回、電流の方向が逆に変化し、各極で電流は一方向に流れます。

出力回路で直流を生成するには、コイルの半分ごとにコレクタ ノードにハーフ リングが作成されます。リングに隣接するブラシは、その符号 (正または負) の電位のみを除去します。

回転フレームの半リングは開いているため、電流が最大値に達するか電流がなくなると、その中にモーメントが発生します。方向だけでなく、生成される電圧の値も一定に維持するために、フレームは特別に用意された技術に従って作られています。

• 計画された電圧の大きさに応じて、1 つのコイルではなく複数のコイルが使用されます。

• フレームの数は 1 つのコピーに限定されません。電圧降下を同じレベルに最適に維持するのに十分な数を作成しようとします。

DC 発電機では、回転子巻線はスロット内に配置されます。 磁気回路…これにより、誘導電磁場の損失を減らすことができます。

直流発電機の設計上の特徴

デバイスの主な要素は次のとおりです。

• 外部電源フレーム。

• 磁極。

• ステータ。

• 回転ローター。

• ブラシ付きスイッチブロック。

構造全体に機械的強度を与えるために合金鋼または鋳鉄で作られたフレーム。ハウジングの追加の役割は、極間で磁束を伝達することです。

磁石の極をピンまたはボルトで本体に取り付けます。それらにはコイルが取り付けられています。

ステータはヨークまたはスケルトンとも呼ばれ、強磁性材料で作られています。その上に励磁コイルのコイルを置きます。磁界を形成する磁極を備えたステーターコア。

ローターにはアンカーという別名があります。その磁気コアは積層プレートで構成されており、渦電流の形成を低減し、効率を高めます。回転子および/または自励巻線はコアチャネル内に配置されます。

ブラシ付きスイッチング ノード。異なる数の極を持つことができますが、常に 2 の倍数になります。ブラシの材質は通常グラファイトです。集電板には、通電特性に最適な金属である銅を採用しています。

スイッチの使用により、DC ジェネレーターの出力端子に脈動信号が生成されます。

直流発電機の主な構造

励磁コイルの電源の種類に応じて、デバイスは次のように区別されます。

1. 自己励起を伴う。

2. 独立した包含に基づいて運営される。

最初の製品では次のことが可能になります。

• 永久磁石を使用します。

• または、バッテリー、風力タービンなどの外部ソースから動作します。

独立して切り替えられる発電機は、接続できる独自の巻線から動作します。

• 順次。

• シャントまたは並列励起。

このような接続のオプションの 1 つを図に示します。

DC 発電機の例は、過去に自動車工学でよく使用された設計です。構造は誘導電動機と同じです。

このようなコレクタ構造は、エンジンモードまたは発電機モードで同時に動作できます。このため、既存のハイブリッド車にも広く普及しています。

アンカー形成プロセス

これは、アイドル モードでブラシ圧力が正しく調整されていない場合に発生し、最適でない摩擦モードが作成されます。これにより、磁場の減少や火花の増加による火災が発生する可能性があります。

減らす方法は次のとおりです。

• 追加の極を接続することによる磁場の補償。

• コレクタブラシの位置のオフセット調整。

直流発電機のメリット

それらには次のものが含まれます。

• ヒステリシスや渦電流の形成による損失がありません。

• 極限状態での作業。

• 軽量化と小型化。

最も単純なオルタネーターの動作原理

このデザイン内では、以前の類似品と同じ詳細が使用されています。

• 磁場;

• 回転フレーム。

• 電流ドレインブラシ付きコレクタブロック。

主な違いはコレクタ アセンブリの設計にあり、フレームがブラシを介して回転するときに、位置が周期的に変化することなくフレームの半分と常に接触するように設計されています。

したがって、各半分の高調波の法則に従って変化する電流は、まったく変化せずにブラシに伝達され、ブラシを介して消費者回路に伝達されます。

当然のことながら、フレームは一巻きではなく、最適なテンションになるように計算された回数を巻いて作られています。

したがって、DC 発電機と AC 発電機の動作原理は共通ですが、設計の違いは以下の製造方法にあります。

• 回転ローターコレクターアセンブリ。

• ローターの巻線構成。

産業用交流発電機の設計上の特徴

ロータが近くのタービンから回転運動を受ける産業用誘導発電機の主要部品を考えてみましょう。ステーターの構造には、電磁石 (ただし、磁界は永久磁石のセットによって生成されます) と、一定の巻数のローター巻線が含まれます。

各ループ内で起電力が誘導され、各ループ内で連続して加算され、接続された消費者の電源回路に供給される電圧の合計値が出力端子に形成されます。

発電機の出力におけるEMFの振幅を増大させるために、特別な設計の磁気システムが使用されており、チャネル付きの積層プレートの形の特別グレードの電気鋼の使用により2つの磁気回路で構成されています。内部にはコイルが組み込まれています。

発電機のハウジング内には、磁場を生成するコイルを収容するためのチャネルを備えたステーター コアがあります。

ベアリング上で回転するローターの内部にはスロット付き磁気回路があり、誘導EMFを受け取るコイルが取り付けられています。通常、回転軸には水平方向が選択されますが、垂直方向に配置され、対応するベアリング設計を備えた発電機もあります。

ステーターとローターの間には常に隙間が生じますが、これは回転を確保し、詰まりを防ぐために必要です。しかし同時に、磁気誘導エネルギーの損失も発生します。したがって、両方の要件を最適な方法で考慮して、サイズをできるだけ小さくしようとします。

ローターと同じシャフト上に位置する励磁機は、比較的低電力の直流発電機です。その目的は、独立励磁状態で発電機の巻線に電力を供給することです。

このような励磁機は、主な励磁方法またはバックアップの励磁方法を作成するときに、タービンまたは水力発電機の設計で最もよく使用されます。

産業用発電機の写真には、回転ローター構造から電流を取り込むためのスリップ リングとブラシの配置が示されています。動作中、このデバイスは一定の機械的および電気的ストレスにさらされます。それらを克服するために、複雑な構造が作成され、運用中に定期的なチェックと予防措置が必要になります。

発生する運用コストを削減するために、回転電磁界間の相互作用も利用する、別の代替技術が使用されます。ローターには永久磁石または電磁石のみが配置され、固定コイルからは電圧が除去されます。

このような回路を作成する場合、そのような構造は用語「オルタネーター」と呼ばれることがあります。これは、高周波、自動車、ディーゼル機関車や船舶、発電用の発電所設備などの同期発電機で使用されます。

同期発電機の特徴

動作原理

この動作の名前と特徴は、固定子巻線「f」に誘起される交流起電力の周波数と回転子の回転との間に強固な関係を作り出すことにあります。

三相巻線が固定子に取り付けられ、回転子にはコアを備えた電磁石と、ブラシコレクタを介して DC 回路によって給電される励磁巻線があります。

ローターは、機械エネルギー源、つまり同じ速度の駆動モーターによって回転駆動されます。その磁場も同じ動きをします。

同じ大きさで方向が 120 度ずれた起電力が固定子巻線に誘導され、三相対称システムが形成されます。

それらが消費者回路の巻線の端に接続されると、相電流が回路内で作用し始め、同じように同期して回転する磁場を形成します。

誘導 EMF の出力信号の形式は、回転子磁極と固定子プレートの間のギャップ内の磁気誘導ベクトルの分布法則にのみ依存します。したがって、彼らは、誘導の大きさが正弦波の法則に従って変化するときにそのような設計を作成しようとしています。

ギャップが一定の場合、折れ線グラフ 1 に示すように、ギャップ内の流れベクトルは台形になります。

しかし、ギャップを最大値に変更することで極の縞の形状が歪むように補正すると、2行目に示すような正弦波状の分布を実現することができます。この手法は実際に使用されています。

同期発電機の励磁回路

ローター«OB»の励磁巻線に生じる起磁力が磁界を生成します。このために、以下に基づいたさまざまな DC 励磁器の設計があります。

1. 連絡方法

2.非接触方式。

最初のケースでは、励磁器「B」と呼ばれる別の発電機が使用されます。その励磁コイルは、「PV」励磁器と呼ばれる並列励磁の原理に基づく追加の発電機によって電力を供給されます。

すべてのローターは共通のシャフト上に配置されています。したがって、それらはまったく同じように回転します。レオスタット r1 および r2 は、励起回路と増幅回路の電流を調整するために使用されます。

非接触方式のため、ローターにスリップリングがありません。三相励磁器巻線はその上に直接取り付けられています。これはローターと同期して回転し、共回転する整流器を介して励磁器巻線«B»に直接直流電流を送ります。

非接触回路の種類は次のとおりです。

1. 固定子自身の巻線による自励式。

2. 自動化スキーム。

最初の方法では、固定子巻線からの電圧が降圧変圧器に供給され、次に半導体整流器«PP»に供給され、直流電流が生成されます。

この方法では、残留磁気現象により初期励磁が発生します。

自己励起を作成するための自動スキームには、次の使用が含まれます。

• 変圧器 VT;

• 自動励磁レギュレータ ATS;

• 変流器TT;

• 整流器VT;

• サイリスタコンバータTP;

• 保護ブロックBZ。

非同期ジェネレーターの特徴

これらの設計の主な違いは、ローター速度 (nr) とコイル内に誘導される EMF (n) の間に厳密な関係がないことです。両者の間には常に差異があり、これを「スリップ」と呼びます。ラテン文字「S」で表され、S = (n-nr) / n の式で表されます。

負荷が発電機に接続されると、ローターを回転させるブレーキトルクが発生します。それは生成されるEMFの周波数に影響を与え、負のスリップを生み出します。

非同期発電機のローターの構造は次のようになります。

• 短絡;

• 段階;

• 空洞。

非同期ジェネレーターには次のものがあります。

1.独立した興奮。

2. 自己興奮。

前者の場合は、外部 AC 電圧源が使用され、後者の場合は、一次、二次、またはその両方のタイプの回路で半導体コンバータまたはコンデンサが使用されます。

したがって、交流発電機と直流発電機は、構造原理において多くの共通点がありますが、特定の要素の設計が異なります。