発電機 仕組み 簡単

これを読めば分かる！インバータの基礎から利用用途まで 著者：秋田県立大学　名誉教授　穴澤 義久発電機は、機械的エネルギーを電気エネルギーに作り変えるための装置です。自転車の前輪に取り付けられたライトは、タイヤの回転運動を電気に変換する身近な発電機です。発電機には、その規模にかかわらず、磁石とコイルが用いられ、そのいずれかを動かすことで発生する電気（起電力）を利用するものです。本連載では7回にわたり、発電機の基礎知識を解説します。第1回は、発電機の種類とその原理について紹介します。発電機には、直流発電機、誘導発電機、同期発電機などの種類があります。直流発電機は、機械的な動力を直流電力に変換する電気機械です。しかし、半導体整流装置の発達により、その重要性は失われ、現在ではほとんど製造されていません。誘導発電機は、電源に接続された誘導電動機を原動機によって駆動し、同期速度以上に回転数を上げることで、電力を得るための装置です。電力系統に接続する際、同期化の操作が必要ないため、小容量の水力発電機や風力用発電機として使用されています。同期発電機は、火力発電所、水力発電所、および原子力発電所などで広く用いられています。本連載では、主に同期発電機について解説します。次に、発電機が機械的動力を電力に変換する原理を解説します。磁束密度B(T)の一様な磁界の中で、磁束と直角方向に、長さl(m)の導体が速度v(m/s)で運動しているとき、導体には、e=vBlで示される起電力e(V)が誘導されます（回路の電圧方程式e=ri+Riの両辺に電流i(A)をかけると、ei=riまた、導体にi(A)の電流が流れると、フレミングの左手の法則に従い、運動方向とは反対方向の力fただし、このような構造では、磁束密度が低いので大きな起電力が得られません。そこで、コイルを円筒形鉄心のスロットに収め、この電機子を磁極の間で回転させることで、大きな起電力が得られます。また、起電力の波形を正弦波に近づけるために、磁極面の形を適切に選び、磁束密度分布を正弦波状にします。界磁極は、ごく小形のものには永久磁石を使用することもあるものの、一般的には界磁巻線を施し、励磁（れいじ）を調整できるようにします。同期機では、電機子巻線の電圧は高く、電流も大きいのが一般的です。三相巻線が用いられることが多く、巻線の絶縁や通電の関係上、回転電機子形よりも回転界磁形の方が容易に製作できます。そのため、大容量の同期機のほとんどは、回転界磁形です。コイルの誘導起電力は、NとSの一対の極の磁束を切ることによって1サイクルするため、回転子が1回転すると2サイクルします（ここで、n日本の標準的な商用周波数は50Hzおよび60Hzなので、この周波数の同期発電機が製造されています。同期発電機の回転速度は、主にこれを駆動する原動機の回転速度によって決まります。高速度を有利とするタービン発電機の多くは2極が用いられます。また、水車発電機では、水量や落差に適した水車の速度に応じ6極、8極のほか、32極、48極のように非常に極数の多いものも使用されます。電力の発生、輸送および利用に関しては、三相方式が優れています。そのため、一般的な同期発電機は三相発電機です。三相発電機では、巻数の等しい3つの電機子巻線（a、a’）、（b、b’）、（c、c’）を、空間的に120°の電気角を隔てて配置することで、時間的に120°の位相差を持つ三相起電力eいかがでしたか？　今回は、発電機の種類とその原理を紹介しました。次回は、発電機の誘導起電力を取り上げます。お楽しみに！ 前回は、発電機の種類と原理を紹介しました。今回は、発電機の誘導起電力について解説します。発電機の誘導起電力は、コイルの巻き方によって異なります。ここでは、集中巻、分布巻、短節巻を取り上げ、それぞれの巻き方と、誘導起電力の求め方を説明します。毎極毎相のコイル辺を1つのスロットに収めた場合、コイル辺を形成する各導体の誘導起電力間に位相差は生じません。このようなコイルの巻き方を、集中巻といいます（磁極ピッチだけ隔てたコイル辺aとa’で示される1ターンの電機子コイルの鎖交数ϕここで、pは極対数（p=P/2）、lは鉄心積み厚、rは回転子半径、tａ相巻線の誘導起電力eここで、ω=pω同期発電機では、誘導起電力の波形は完全な正弦波であることが望ましく、それには、ギャップの磁束密度分布を正弦波形にする必要があります。しかし、界磁極の形状だけで正弦波分布にすることは困難です。そこで、実際の発電機では、分布巻、および短節巻が用いられます。これは、電機子巻線を電機子周辺上に、均一に、効率よく施すだけでなく、起電力波形を正弦波に修正する目的も兼ねています。毎極毎相のスロット数が2個以上の場合、同じ相でも異なるスロットに巻かれているコイルの誘導起電力は、同じ位相になりません。このようなコイルの巻き方を、分布巻といいます（なお、分布係数k続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 前回は集中巻、分布巻、短節巻の場合の、発電機の誘導起電力を紹介しました。今回は、同期発電機の種類と構造を取り上げます。同期発電機には、水車発電機、タービン発電機、エンジン発電機などの種類があります。また、同期発電機に界磁電流を供給・制御する励磁装置の方式には、直流励磁機方式、交流励磁機方式、静止形励磁方式などがあります。同期発電機を駆動する原動機には、水車、蒸気タービン、ディーゼルエンジンなどの種類があります。原動機の回転数は、100～3,600min・水車発電機水車発電機は、水車と直結して駆動する発電機です。水車は、水量と落差によって最適な回転数が存在し、低速の場合100～150minなお、水車発電機の回転子には、突極形が用いられます。突極形は界磁起磁力を大きくでき、極数を多くすることも容易です。・タービン発電機タービン発電機は、蒸気タービン、またはガスタービンで駆動する発電機です。火力発電所の大容量機は通常2極機です。回転速度は、60Hz用で3,600minタービン発電機には、回転界磁形の横軸機が用いられます（回転子は、強度の大きい特殊鋼の鋼塊を鍛造して製造します。回転子表面にスロットを削り、界磁巻線を分布します。また、コイルを抑えるために金属のくさびで留め、コイル端には保護環を設けます。タービン発電機の構造は軸方向に長く、巻線の絶縁物は本質的に熱の絶縁物に近いため、冷却が重要です。冷却方式は、小容量機、中容量機では空気による強制通風方式が、40MVA程度以上の大容量機では、冷却媒体に水素を用いる水素冷却方式が採用されます。水素は密度が低く（空気の約7%）、かつ熱伝導率が高いので（空気の約6.7倍）、空気冷却と比べ、冷却効果が著しく増大します。発電機の容量がさらに増大すると、絶縁物を通さず、水素、油、水などの冷却媒体で導体を直接冷却する直接冷却方式が採用されます。・エンジン発電機エンジン発電機は、ディーゼル機関などの内燃機関によって駆動する発電機です。横軸の回転界磁形で、低速度なのが特徴です。設備が簡単で、始動に要する時間が短いため、非常用電源、離島・船舶などの電源として、比較的小容量のものが用いられています。ただし、往復機関の1回転中のトルクが一様ではないので、回転子の回転速度を均等にするため、回転子に適当なはずみ車効果を持たせる必要があります。同期発電機は、界磁磁束を作るための磁極を持っています。小形同期機では永久磁石を使用する場合もあるものの、大容量機のほとんどは、直流励磁（コイルに直流電流を通じて磁束を発生させること）を必要とします。同期発電機、および同期電動機に界磁電流を供給・制御するための直流電源装置を、励磁装置といいます。現在使用されている励磁方式には、直流励磁機方式、交流励磁機方式、静止形励磁方式があります。続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 前回は、同期発電機の種類と構造、同期発電機に界磁電流を供給・制御する励磁装置の方式を紹介しました。今回は、三相同期発電機の特性として、電機子反作用、同期発電機のフェーザ図、および同期発電機の出力と負荷角を解説します。三相同期発電機に平衡三相負荷を接続すると、電機子巻線に平衡三相電流が流れ、回転磁界が発生します。回転磁界は、界磁極と常に一定の関係位置を保ちながら、同期速度で回転します。また、回転磁界の大部分は、界磁起磁力に直接影響を及ぼし、誘導起電力を変化させます。この作用を、電機子反作用といいます（・電機子電流が無負荷誘導起電力と同相の場合電機子導体の無負荷誘導起電力が最大となるのは、磁極の中央が、その導体位置を通過するときです。無負荷誘導起電力と同相の電流が流れる場合、例えばａ相の電流が最大となる瞬間には、磁極位置、各相電流の方向、および大きさは、・電機子電流が無負荷誘導起電力よりπ/2遅れている場合・電機子電流が無負荷誘導起電力よりπ/2進んでいる場合一般に、ここで、従って、⊿Oabと⊿Ocdは相似になり、以下の関係が成り立ちます。∴ (電機子反作用起磁力誘導起電力、および電機子電流の空間ベクトルを、ある瞬時においてそれぞれが最大となっているコイルの巻線軸方向に右ねじ系にとり、空間ベクトルの回転方向をフェーザの回転方向と同様に反時計方向にとると、ある瞬時に時間を固定して描いた空間ベクトルは、そのまま空間的に固定した特定のコイルのフェーザに対応します。続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 前回は、三相同期発電機の特性を紹介しました。今回は、同期発電機の無負荷特性曲線と短絡曲線を取り上げます。無負荷特性曲線と短絡曲線は、同期発電機の最も基礎的な特性曲線です。また、同期インピーダンス、および短絡比と特性の関係について解説します。無負荷試験で、界磁電流Iこれに対し短絡試験で、界磁電流I短絡電流I同期インピーダンスZZ続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 前回は、同期発電機の無負荷特性曲線と短絡曲線を紹介しました。今回は、同期発電機の並行運転を解説します。並行運転とは、複数の発電機を並列につないで運転することです。これにより、運転効率を向上できるなど、さまざまなメリットがあります。同期発電機は、全負荷付近で運転したとき、最も効率が高くなるように設計されています。しかし、負荷は時間の経過によって変動します。そのため、2台以上の発電機を並列につなぎ、負荷の変動に応じて運転台数を変えることで、全負荷が各発電機に均等にかかるようにします。これにより、発電所全体の運転効率だけでなく、電力供給の信頼性を高めることができます。これを、同期発電機の並行運転といいます。同期発電機を並行運転するには、いくつかの条件があります。まず、各発電機の定格電圧と定格周波数が等しく、誘導起電力の電圧波形は、できる限り一致していなければなりません。また、各原動機が均一な速度で回転していること、速度特性曲線が下降特性であることも必要です。さらに、容量に応じた負荷分担をするために、百分率で表した速度特性曲線が一致している必要があります。同期発電機を並列状態に入れることを同期化といいます。次に、同期検定器Syを見ながら、原動機の速度を調整し、電圧の位相が一致した瞬間に遮断器S同期検定器にはさまざまな方式があります。最も簡単な方式は、3個の電球Lここで、発電機の周波数が少しずれていると、このとき、以下の関係式が成り立ちます。これらの式からただし、初めに、しかし、続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 前回は、同期発電機の並行運転を紹介しました。今回は、最終回です。誘導発電機の原理と、他励式、および自励式誘導発電機のしくみを解説します。誘導発電機は、電源に接続された誘導電動機を原動機によって駆動し、同期速度以上に回転数を上げることで、より多くの電力を得るための装置です。電力系統に接続する際、同期化の操作が必要ないため、小容量の水力発電機や風力用発電機として使用されています。ここで、滑りsを1.5から-1.5まで変化させ、機械的出力、トルク、および1次入力を計算すると、滑りs<0の領域では、1次入力、トルク、および機械的出力は負となります。このとき、一定電圧、一定周波数の電源に接続されている誘導機の回転子は、回転数n誘導発電機の原理で述べたように、誘導発電機の回転子に外力を加えて同期速度以上に回転すると、誘導発電機として動作します。このような原理に基づいた発電機を、他励式誘導発電機といいます。続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。© 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今回は風力タービンの仕組みについて紹介します。相変わらず日本語は・・・どうせお金を払うなら専門の人に訳してもらえばと思うのですが、高いのでしょう。仕方ありませんね。風車は、外から見てもわかるとおり回転数はかなり低くなっています。そのため、いわゆる図中で、”ギアボックス”と記載されている部分です。また、近年はが主流となっているようです。（可変速で直接同期発電機に接続、電力変換器へ）ちなみに風力発電事業から撤退したMHIは油が大好きなので(冗談)油圧ドライブ方式を採用していたようです。（洋上風力事業にMHIVestasとして関わっています。）以下は参考リンクです。簡単にですが、記載があります。動画では”カットオフ”と記載されていますが、一般に詳細は、以下の図５を読めばよくわかるでしょう。というイメージです。ちなみに、「定格風速より風速が大きい場合、エネルギーはどこへ？」という疑問が生じることでしょう。この疑問についてはピッチ制御もしくはストール制御について理解すれば解消されます。という制御です。やや重複しますが、電験によく出る風力の知識を説明します。またしても雑な絵で申し訳ありませんが、ちょっと考えれば分かる話ですね。覚えるほどではありません。これは余談です。３乗と聞いても「ふーん」と思う人もいるかもしれません。普段、電験の問題を解く上では特に意識する数字ではありません。しかし、例えば「平均風速6m/s」と「平均風速6.2m/s」の地点を考えます。ぱっと見では「風速1m/sの差ってそんな大きくないのかな？」と思うかもしれませんが、それぞれを３乗してみてください。以上、余談でした。某田舎に住む２０代見習い電気技術者。某田舎に住む２０代見習い電気技術者。 きた場合に、安定電源として利用できます。こちらは一定電圧・一定周波数なので、「CVCF（Constant Voltage Constant Frequency）」と呼ばれています。基礎から学ぶインバータとコンバータの違いその基本構造と「何を・どう制御するの？」を簡単に解説人々の生活を陰で支える！インバータは縁の下の力持ちこれを読めば分かる！インバータの基礎から利用用途まで

インバータ インバータとは？ 人々の生活を陰で支える！インバータは縁の下の力持ち.

発電機には、直流発電機、誘導発電機、同期発電機などの種類があります。直流発電機は、機械的な動力を直流電力に変換する電気機械です。しかし、半導体整流装置の発達により、その重要性は失われ、現在ではほとんど製造されていません。誘導発電機は、電源に接続された誘導電動機を原動機によって駆動し、同期速度以上に回転数を上げることで、電力を得るための装置です。電力系統に接続する際、同期化の操作が必要ないため、小容量の水力発電機や風力用発電機として使用されています。同期 …

インバータ インバータ. 風力発電機の高さは、地上に建設される場合でも、高いものでは100m以上のおおきさになるものもあります。 SBエナジーが建設中の「ウインドファーム浜田」に設置される風力発電機の高さはおよそ107m。（ナセルの位置だと70m）

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