交流発電機の動作原理は何ですか

発電機の動作原理とは？

発電機の定義

発電機は、電磁誘導を利用して機械エネルギーを交流電力に変換する装置です。

動作原理

発電機は、導体と磁場との相対運動によって電流が誘導されるファラデーの法則に基づいて動作します。

誘導過程

この一回転サイクルABCDが軸a-bに対して回転できると仮定します。サイクルが時計回りに回転し始めるとします。90度回転後：ループABまたは導体ABはS極の前に位置し、導体CDはN極の前に位置します。この位置では、導体ABの接線方向の動きはNからS極への磁束線に直角になります。そのため、導体ABの磁束切削率は最大になり、この磁束切削により導体ABは誘導電流を生成します。その方向はフレミングの右手の法則によって決定されます。この法則によれば、この電流の方向はAからBへとなります。同時に、導体CDはN極の下に位置しており、ここでもフレミングの右手の法則を適用すると、誘導電流の方向がCからDへとなることがわかります。

さらに時計回りに90度回転すると、リングABCDは垂直位置に到達します。ここでは、導体ABおよびCDの動きは磁束線に平行になるため、磁束は切られず、したがって電流は生成されません。

交流

さらに時計回りに90度回転すると、再び水平位置に戻ります。ここで導体ABはN極の下に、CDはS極の下に位置します。ここでもう一度フレミングの右手の法則を適用すると、導体ABの誘導電流は点BからAへ、導体CDの誘導電流はDからCへと流れることがわかります。

ループが垂直から水平に移動するにつれて、導体の電流はゼロから最大まで増加します。電流はBからA、AからD、DからC、CからB、AからB、BからC、CからD、そしてDからAの閉ループで流れます。ループが再び垂直位置に近づくと、電流はゼロに落ちます。回転が続くと、電流の方向が変わります。各一回転ごとに電流はピークに達し、ゼロに落ち、反対方向にピークに達し、再度ゼロに戻るというサイクルが繰り返され、360度の回転につき一つの正弦波サイクルが完成します。この過程は、導体を磁場内で回転させることで交流が生成されることを示しています。

実際の構成

現代の発電機は通常、固定アーマチュアと回転磁界を持ち、幅広い電力配分のために三相交流を効率的に生成するように設計されています。