발전기

발전기는 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 1832년 프랑스인 빅시가 발전기를 발명했습니다.

발전기는 회전자와 고정자로 구성됩니다. 회전자는 고정자의 중앙 공간에 위치하며, 회전자에 자극이 있어 자기장을 생성합니다. 원동기가 회전자를 회전시키면 기계적 에너지가 전달됩니다. 회전자의 자극은 회전자와 함께 고속으로 회전하며, 이 자기장은 고정자 권선과 상호 작용합니다. 이러한 상호 작용으로 인해 자기장은 고정자 권선의 도선을 가로질러 유도 기전력을 생성하고, 이를 통해 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 발전기는 직류 발전기와 교류 발전기로 나뉘며, 산업 및 농업 생산, 국방, 과학기술, 그리고 일상생활에 널리 사용됩니다.

구조적 매개변수

발전기는 일반적으로 고정자, 회전자, 엔드캡, 베어링으로 ​​구성됩니다.

고정자는 고정자 코어, 와이어 권선, 프레임 및 이러한 부품을 고정하는 기타 구조 부품으로 구성됩니다.

회전자는 회전자 코어(또는 자극, 자기 초크), 권선, 가드 링, 센터 링, 슬립 링, 팬 및 회전자 샤프트 및 기타 구성 요소로 구성됩니다.

발전기의 고정자와 회전자는 베어링과 엔드캡으로 연결 및 조립되어 회전자가 고정자 내부에서 회전하면서 자기력선을 절단하는 운동을 하여 유도 전위를 발생시키고, 이 유도 전위가 단자를 통해 나와 회로에 연결되어 전류가 생성됩니다.

기능적 특징

동기발전기 성능은 주로 무부하 운전 특성과 부하 운전 특성에 따라 결정됩니다. 이러한 특성은 사용자가 발전기를 선택하는 데 중요한 기준이 됩니다.

무부하 특성화:발전기가 무부하로 운전될 때 전기자 전류는 0이며, 이를 개방 회로 운전이라고 합니다. 이때 전동기 고정자의 3상 권선은 여자 전류 If에 의해 유도되는 무부하 기전력 E0(3상 대칭)만을 가지며, 그 크기는 If의 증가에 따라 증가합니다. 그러나 전동기 자기 회로 철심이 포화 상태이기 때문에 두 값은 비례하지 않습니다. 무부하 기전력 E0와 여자 전류 If의 관계를 나타내는 곡선을 동기발전기의 무부하 특성이라고 합니다.

전기자 반응:발전기가 대칭 부하에 연결되면, 전기자 권선의 3상 전류는 또 다른 회전 자기장을 생성하는데, 이를 전기자 반작용계라고 합니다. 이 자기장의 속도는 회전자의 속도와 같으며, 두 회전자는 동기적으로 회전합니다.

두 동기 발전기의 전기자 무효 자기장과 회전자 여자 자기장은 모두 사인파 법칙에 따라 분포하는 것으로 근사할 수 있습니다. 두 발전기의 공간 위상차는 무부하 기전력 E0와 전기자 전류 I 사이의 시간 위상차에 따라 결정됩니다. 또한, 전기자 반작용 자기장은 부하 조건과도 관련이 있습니다. 발전기 부하가 유도성일 때, 전기자 반작용 자기장은 감자 효과를 나타내어 발전기 전압을 감소시킵니다. 반대로, 부하가 용량성일 때, 전기자 반작용 자기장은 자화 효과를 나타내어 발전기의 출력 전압을 증가시킵니다.

부하 작동 특성:주로 외부 특성과 조정 특성을 나타냅니다. 외부 특성은 일정한 정격 속도, 여자 전류, 부하 역률에서 발전기 단자 전압 U와 부하 전류 I 사이의 관계를 나타냅니다. 조정 특성은 일정한 정격 속도, 단자 전압, 부하 역률에서 발전기 단자 전압 If와 부하 전류 I 사이의 관계를 나타냅니다.

동기 발전기의 전압 변동률은 약 20~40%입니다. 일반적인 산업용 및 가정용 부하는 비교적 일정한 전압을 필요로 합니다. 따라서 여자 전류는 부하 전류가 증가함에 따라 적절히 조정되어야 합니다. 조정 특성의 변화 추세는 외부 특성과 반대이지만, 유도성 및 순수 저항성 부하의 경우 증가하고, 용량성 부하의 경우 일반적으로 감소합니다.

작동 원리

디젤 발전기

디젤 엔진은 발전기를 구동하여 디젤 연료의 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 디젤 엔진 실린더 내부에서는 공기 필터로 걸러진 깨끗한 공기가 연료 분사기를 통해 분사된 고압 분무 디젤 연료와 완전히 혼합됩니다. 피스톤이 위로 올라가면서 혼합물을 압축하면 부피가 감소하고 온도가 급격히 상승하여 디젤 연료의 발화점에 도달합니다. 이렇게 디젤 연료가 점화되어 혼합물이 격렬하게 연소됩니다. 이렇게 빠르게 팽창하는 가스는 피스톤을 아래로 밀어내는데, 이 과정을 '일'이라고 합니다.

가솔린 발전기

가솔린 엔진은 발전기를 구동하여 가솔린의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 가솔린 엔진의 실린더 내부에서 연료와 공기의 혼합물은 급속 연소를 일으켜 부피가 빠르게 팽창하고, 이로 인해 피스톤이 아래로 밀려 일(work)을 수행합니다.

디젤 및 가솔린 발전기 모두 각 실린더는 특정 순서에 따라 순차적으로 작동합니다. 피스톤에 가해지는 힘은 커넥팅로드에 의해 회전력으로 변환되어 크랭크축을 구동합니다. 동력 엔진의 크랭크축과 동축으로 장착된 브러시리스 동기식 교류 발전기는 엔진의 회전으로 발전기의 회전자를 구동합니다. 전자기 유도 원리를 기반으로 발전기는 유도 기전력을 생성하여 폐부하 회로를 통해 전류를 생성합니다.