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、発電機は発電に関わる技術装置と呼ばれています。

同時に、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で電流を生成できることに注意する必要があります。

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と呼ばれてきました。

発電される電気の種類に応じて、発電機は次のとおりです。

1. DC;

2.変数。

機械的エネルギーの変換を通じて電気を生成するための最新の電気設備の作成を許可する物理法則は、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。

発電機の設計では、単純化された家庭用モデルまたは高出力工業製品の界磁巻線によって生成される回転磁界との交差により、閉ループで電流が生成されるときに実現されます。

フレームが回転すると、磁束の大きさが変化します。

コイルに誘導される起電力は、閉回路Sのループを貫通する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いほど、発生する電圧は高くなります。

閉回路を作成し、そこから電流を迂回させるには、回転フレームと回路の静止部分を常に接触させるコレクターとブラシアセンブリを作成する必要がありました。

コレクタープレートに押し付けられるバネ仕掛けのブラシの設計により、電流は出力端子に転送され、そこから消費者のネットワークに入ります。

最も単純なDC発電機の動作原理

フレームが軸の周りを回転すると、その左半分と右半分が磁石の南極または北極の周りを周期的に通過します。 それらでは、電流の方向が反対方向に変化するたびに、各極で一方向に流れるようになります。

出力回路に直流電流を生成するために、巻線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、正または負の符号のみの電位を除去します。

回転座標系の半円は開いているため、電流が最大値に達するか、または存在しないときにモーメントが発生します。 方向だけでなく、発生電圧の値を一定に保つために、フレームは特別に準備された技術を使用して作られています。

彼女は1回転ではなく、計画電圧の大きさに応じて数回転を使用します。

フレームの数は1つのインスタンスに限定されません。それらは、電圧降下を同じレベルに最適に維持するために十分な数のフレームを作成しようとしています。

DC発電機では、回転子巻線は溝に配置されます。 これにより、誘導電磁場の損失を減らすことができます。

DC発電機の設計機能

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;

固定子;

回転ローター;

ブラシ付きスイッチングユニット。

本体は合金鋼または鋳鉄製で、構造全体に機械的強度を与えています。 ハウジングの追加のタスクは、極間で磁束を転送することです。

磁石の極は、スタッドまたはボルトで本体に取り付けられています。 それらには巻線が取り付けられています。

ヨークまたはコアとも呼ばれる固定子は、強磁性体でできています。 励起コイルの巻線がその上に配置されます。 ステータコアその磁場を形成する磁極を備えています。

ローターには同義語があります：アンカー。 その磁気回路は、渦電流の形成を減らし、効率を高める積層板で構成されています。 コアスロットには、回転子および/または自己励起巻線が含まれています。

スイッチングノードブラシを使用すると、極の数が異なる場合がありますが、常に2の倍数になります。 ブラシの素材は通常グラファイトです。 コレクタープレートは、電流伝導率の電気的特性に適した最適な金属として銅で作られています。

整流子を使用することにより、DC発電機の出力端子で脈動信号が生成されます。

DC発電機の設計の主なタイプ

励起巻線の電源のタイプに応じて、デバイスは区別されます。

1.自己励起を伴う;

2.独立した包含に基づいて作業します。

最初の製品は次のことができます。

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...

独立したスイッチングを備えた発電機は、接続可能な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、過去に自動車技術で頻繁に使用されていた設計です。 その装置は非同期モーターの装置と同じです。

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

アンカー反応の形成過程

アイドルモードでは、ブラシの押し付け力が正しく調整されていないため、摩擦が最適化されないモードで発生します。 これを行うと、火花の発生が増加するため、磁界が減少したり、火災が発生したりする可能性があります。

それを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;

整流子ブラシの位置のシフトを調整します。

DC発電機の利点

これらには以下が含まれます：

ヒステリシス損失や渦電流の形成はありません。

極端な条件で動作します。

軽量化と小型化。

最も単純なオルタネーターの動作原理

このデザインの内部では、前の対応するものと同じ詳細がすべて使用されています。

磁場;

回転フレーム;

電流を排出するためのブラシ付きコレクターアセンブリ。

主な違いは、コレクターユニットの設計にあります。コレクターユニットは、フレームがブラシを介して回転するときに、フレームの半分の位置が周期的に変化することなく、常に接触が発生するように設計されています。

このため、各半分の高調波の法則に従って変化する電流は、完全に変化せずにブラシに転送され、次にそれらを介して消費者回路に転送されます。

当然のことながら、フレームは1ターンからではなく、計算された数から最適な電圧を実現するために巻くことによって作成されました。

したがって、DCおよびAC発電機の動作原理は一般的であり、設計の違いは次のものの製造にあります。

回転ローターのコレクターアセンブリ。

ローターの巻線構成。

産業用オルタネーターの設計機能

ローターが近くのタービンから回転運動を受け取る産業用誘導発電機の主要部品を考えてみましょう。 固定子の設計には、電磁石（磁場は永久磁石のセットによって作成できますが）と、特定の巻数の回転子巻線が含まれます。

各ターンの内部で起電力が誘導され、起電力がそれぞれに順次加算され、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を出力端子に形成します。

発電機の出力でのEMF振幅を増加させるために、磁気システムの特別な設計が使用されます。これは、溝のある積層板の形の特殊鋼の使用による2つの磁気回路で構成されています。 それらの中に巻線が取り付けられています。

発電機のハウジングには、磁場を生成する巻線を収容するためのスロットを備えた固定子コアがあります。

ベアリング上で回転するローターには、誘導起電力を受け取る巻線が取り付けられた溝のある磁気回路もあります。 通常、水平方向は回転軸に対応するように選択されますが、垂直配置の発電機の設計とそれに対応するベアリング設計があります。

ステーターとローターの間には常にギャップが生じます。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、それは磁気誘導のエネルギーを失います。 したがって、これらの要件の両方を最適に考慮して、可能な限り小さくしようとします。

ローターと同じシャフトに配置されたエキサイターは、比較的低電力のDC発電機です。 その目的は、独立した励起状態で発電機の巻線に電力を供給することです。

このようなエキサイターは、メインまたはバックアップの励起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は、回転するローター構造から電流を収集するためのコレクターリングとブラシの位置を示しています。 このアセンブリは、動作中に一定の機械的および電気的負荷を受けます。 それらを克服するために、複雑な構造が作成され、運用中に定期的な検査と予防措置の実施が必要になります。

発生する運用コストを削減するために、回転する電磁界間の相互作用も使用する別の代替技術が使用されます。 永久磁石または電気磁石のみが回転子に配置され、電圧は永久に配置された巻線から除去されます。

そのような回路を作成するとき、そのような設計は「オルタネーター」という用語と呼ぶことができます。 これは、同期発電機で使用されます：高周波、自動車、ディーゼル機関車および船舶、発電用の発電所の設置。

同期発電機の特徴

動作原理

この動作の名前と際立った特徴は、固定子巻線「f」に誘導される可変起電力の周波数と回転子の回転との間に強固な接続を作成することにあります。

固定子には三相巻線が取り付けられており、ローターには、DC回路からブラシコレクターアセンブリを介して電力が供給されるコアと励起巻線を備えた電磁石が取り付けられています。

ローターは、機械的エネルギー源（同じ速度の駆動モーター）から駆動されます。 その磁場は同じ動きをします。

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

民生用回路の巻線の端に接続すると、相電流が回路に作用し始め、まったく同じように、つまり同期して回転する磁場を形成します。

誘導起電力の出力信号の形状は、回転子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の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。

ギャップの特性が一定の場合、ギャップ内の磁気誘導ベクトルは、折れ線グラフ1に示すように、台形の形で作成されます。

ただし、ギャップを最大値に変更して極のエッジの形状を斜めに修正すると、2行目に示すように正弦波分布を実現できます。この手法は実際に使用されます。

同期発電機の励起回路

回転子の励起巻線「OB」に発生する起磁力が磁場を発生させます。 これを行うために、以下に基づいてDCエキサイターのさまざまな設計があります。

1.連絡方法;

2.非接触型の方法。

最初のケースでは、エキサイター「B」と呼ばれる別のジェネレーターが使用されます。 その励起巻線は、「PV」副励起装置と呼ばれる並列励起の原理に従った追加の発電機によって電力が供給されます。

すべてのローターは共通のシャフトに配置されています。 このため、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、エキサイターおよびサブエキサイター回路の電流を調整するために使用されます。

非接触方式でロータースリップリングがありません。 三相励磁機巻線が直接取り付けられています。 それは回転子と同期して回転し、共回転整流器を介して、電流を直接励磁機巻線「B」に送信します。

非接触回路の種類は次のとおりです。

1.独自の固定子巻線からの自己励起システム。

2.自動化されたスキーム。

最初の方法で固定子巻線からの電圧は降圧トランスに供給され、次に半導体整流器「PP」に供給され、そこで直流が生成されます。

この方法では、初期励起は残留磁気の現象によって作成されます。

自己励起を作成するための自動スキームには、以下の使用が含まれます。

電圧変圧器TN;

自動励起レギュレーターATS;

変流器TT;

整流器変圧器VT;

サイリスタコンバータTP;

BZ保護ユニット。

非同期発電機の機能

これらの構造の根本的な違いは、回転子の速度（nr）と巻線に誘導されるEMF（n）の間に強固な接続がないことです。 それらの間には常に違いがあり、それは「スリップ」と呼ばれます。 ラテン文字の「S」で表され、式S =（n-nr）/nで表されます。

負荷が発電機に接続されると、ブレーキトルクが発生してローターが回転します。 生成されるEMFの周波数に影響を与え、負のスリップを作成します。

非同期発電機のローターの設計は次のように行われます。

短絡;

段階;

中空。

非同期発電機には次のものがあります。

1.独立した励起;

2.自己励起。

前者の場合、外部AC電圧源が使用され、後者の場合、半導体コンバータまたはコンデンサが一次、二次、または両方のタイプの回路で使用されます。

したがって、交流発電機と直流発電機は、構造の原理に多くの共通の特徴がありますが、特定の要素の設計が異なります。