発電機の仕組み
直流発電機の仕組み
直流発電機と直流モーターは基本的に同じものです。例えば、電池式の直流モーターは電池を接続すれば軸が回転します。
次に、直流モーターの端子にテスターのレンジを500uAの直流電流計にして、直流モーターに接続して軸を回転させれば、電流が流れることが分かります。つまり、発電機になるということです。
直流発電機のコイルの位置と電流の波形の関係
直流発電機のコイルが位置aのとき
直流発電機のコイルと磁界が図のような位置の時は、起電力が発生しないので直流発電機のコイルに電流は流れません。
直流発電機のコイルが位置bのとき
直流発電機のコイルが左に回転し始めると、起電力が発生して直流発電機のコイルに電流が流れます。直流発電機のコイルが位置bに来た時の起電力が波形図のように最大になります。
この時発生する電流の特徴
- フレミングの右手の法則により図の方向に流れる。
- 磁石のN極側に来たコイルには、常に図の向きの電流が発生する。
直流発電機のコイルが位置cのとき
直流発電機のコイルが位置bからさらに左に回転していくと、起電力が小さくなって行きやがて直流発電機のコイルが位置cに来ると起電力はゼロになります。
直流発電機のコイルが位置dのとき
直流発電機のコイルがさらに左に回転し始めると、再び起電力が発生して直流発電機のコイルに電流が流れます。直流発電機のコイルが位置dに来た時の起電力が波形図のように最大になります。
直流発電機のコイルが位置aのとき
直流発電機のコイルが位置dからさらに左に回転していくと、起電力が小さくなって行き再び、直流発電機のコイルが位置aに来ると起電力はゼロになります。直流発電機のコイルは回転を繰り返すので、図のような電流が発生し続けることになります。
このように直流発電機は、ブラシと整流子の働きによって、一方向に電流が流れるようになっています。
直流発電機は整流子とブラシの作用で一定方向の電流を取り出す
直流発電機の整流子の位置①
直流発電機の整流子が図の位置にあると、回路がつながっていないので電流は流れません。
直流発電機の整流子の位置②
直流発電機のコイルが回転してブラシと直流発電機の整流子が接触すると、図のように電流が流れます。
直流発電機の整流子の位置③と④
回路が接続されているので、電流は流れています。
直流発電機の整流子の位置⑤
図の位置に直流発電機の整流子が来ると、回路の接続が切れるので電流は流れなくなります。
直流発電機の整流子の位置⑥
直流発電機のコイルが回転して再びブラシと整流子が接触すると、図のように電流が流れます。
この時、直流発電機の整流子は青の整流子から黄色の整流子に変わりましたが、起電力の向きが変わらないので流れる電流の方向も図のように変わりません。
直流発電機の整流子の位置⑦⑧
回路が接続されているので、電流は流れています。
直流発電機の整流子の位置⑨
初めの位置に戻り、青の整流子が図の位置にあると、回路がつながっていないので電流は流れません。
これを繰り返すので、一定方向の電流を取り出すことができる。ここでは整流子の働きを知るために、電池で説明しました。
脈流の波形
直流発電機のコイルの場合は、コイルの角度により起電力の大きさが変化します。従って、図のような脈流が連続します。
脈流とは、流れる方向が一定で、大きさが周期的または、不定期に変わるものをいいます。これを一定の大きさの電圧にするには、平滑コンデンサなどを使って直流にしています。
交流発電機の仕組み
交流発電機は直流のように整流する必要がないので、スリップリングとブラシで電流を取り出します。そのため電流の向きが変化します。
交流発電機のコイルの位置と電流の波形の関係
交流発電機のコイルが位置aのとき
交流発電機でもコイルと磁界が図のような位置の時は、起電力が発生しないので電流は流れません。
交流発電機のコイルが位置bのとき
交流発電機のコイルが左に回転し始めると、起電力が発生して電流が流れます。交流発電機のコイルが位置bに来た時の起電力が波形図のように最大になります。
この時発生する電流の特徴
- フレミングの右手の法則により図の方向に流れる。
- 磁石のN極側に来たコイルには、常に図の向きの電流が発生する。
交流発電機のコイルが位置cのとき
交流発電機のコイルが位置bからさらに左に回転していくと、起電力が小さくなって行きやがて交流発電機のコイルが位置cに来ると起電力はゼロになります。
交流発電機のコイルが位置dのとき
交流発電機のコイルがさらに左に回転し始めると、再び起電力が発生して電流が流れます。この時に電流計に流れる向きは、位置bの時の電流の向きと反対方向に流れます。これはスリップリングの働きによるものです。
そして、位置dで電流の大きさはマイナス方向の最大になります。
交流発電機のコイルが位置aのとき
交流発電機のコイルが位置dからさらに左に回転していくと、起電力が小さくなって行き再び交流発電機のコイルが位置aに来ると起電力はゼロになります。交流発電機のコイルは回転を繰り返すので、図のような交流電流が発生し続けます。
交流発電機は、スリップリングとブラシの働きによって交流電流が流れるようになっています。
以上で、発電機の仕組みの説明を終わります。