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電力需要が増えると発電機の負荷が上がるという記事を見たのですが、
手回し発電機に例えると、消費電力が増えるとハンドルが重くなるみたいな感じですか?
また、なぜハンドルが重くなるのでしょうか?

「電力需要が増えると発電機の負荷も上がるん」の質問画像
gooドクター

A 回答 (7件)

熱エネルギーを力(力学的エネルギー)に変換は蒸気機関が一つの例。


でもこれは、逆に力を加えても、熱は発生しませんね、(不可逆的)。
モーターと発電機は全く同じ構造のため(一部そうではないモーターもあります)、どちらからでも変換可能(可逆的)なので、同時に逆の現象が起こり、釣り合うところで落ち着きます。
そこで外部から強制的に電流を流せばモーターとして働き、外部から強制的に回せば発電機として働く。
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この回答へのお礼

なるほど
可逆的だからこそ抵抗が増すんですね
ありがとうございました

お礼日時:2019/03/30 13:46

発電機の出力電圧は手回しの速さで決まりますが、


手回しの速さが一定のばあい、回すのに必要な力は
発電機の出力電流で決まります。
出力電流が発電機内部のコイルの磁場の強さを決定するからです。

発電機内では、コイルから、手回しを妨害する方向に磁場が発生します。
それに逆らって回すと発電することになります。

従って、出力電流が大きいほど、回しずらくなります。
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この回答へのお礼

発生する磁場に抗う力が必要になるんですね
ありがとうございました

お礼日時:2019/03/29 09:37

発電機とモーターの基本的な構造はまったく同じです


発電機→外部からの力で回転(導体が磁力線を横切り)電流を発生。
モーター→(磁力線の中にある導体に)電流を流し回転の力を得る。
わかりやすく言えば、回転させて電流を流す→発電機。
          電流を流して回転させる→モーター。
このとき、磁力線の向きと回転の向きが同じだと電流の向きは逆の関係になります。
発電機を回し、電流が流れると、磁界の中の導体に電流が流れる(モーターそのものです)。
モーターとしての回転方向は逆向きになります。その分当然重くなります。
負荷が大きいと大きな電流が流れます、大きな電流が流れると(モーターとしての)トルクが大きくなります。
※モーターの場合も同じです、回転が上がると逆起電力が発生(発電機としての働き)電流が減少します。
モーターのトルクは電流に正比例します、回転直前が最大トルク発生します、プリウス、素人でも出足加速が良いはずです。
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この回答へのお礼

電流を打ち消す方向に力が働くんですね
ありがとうございました

お礼日時:2019/03/29 09:39

消費される電気エネルギーは、あなたの手回しの力で発生させているからです。

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この回答へのお礼

ありがとうございました

お礼日時:2019/03/29 09:39

質問にあるような発電機には磁石とコイルが入っています。


どちらか一方を固定し、もう一方を回転させると電磁誘導により電圧が発生します。

負荷が大きくなるということはコイルを流れる電流が増えるということです。
コイルに電流が流れると電磁石となり、この電磁石と磁石の相互作用の分、回す力が必要となります。

消費電力が増える→コイルに流れる電流が増える→コイルと磁石の相互作用が増える→回す力がより必要になる

ということです。
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この回答へのお礼

電流を打ち消す方向に力が働くので、
その分余計負荷が必要になるんですね
ありがとうございました

お礼日時:2019/03/29 09:39

>手回し発電機に例えると、消費電力が増えるとハンドルが重くなるみたいな感じですか?



はい、そういうことです。
「負荷」とは「抵抗」ですから、同じ電圧で「抵抗」が増えれば電流が減ります。そこに同じ電流を流そうとするなら一生懸命に発電機を回さないといけないので発電機が「重く」なるのです。

>また、なぜハンドルが重くなるのでしょうか?

大きな抵抗に、同じ電圧で同じ電流を流すということは、「大きな電力」を供給することと同じです。大きな電力を発するためには、大きな仕事が必要になります。

オームの法則で、
 V = I × R1
のとき、R1 に供給される電力(R1 で消費される電力)は
 W1 = V × I = I^2 × R1
です。
負荷が R1 → R2 (R1 < R2) になれば、「同じ電圧で同じ電流」を流せば
 V = I × R2
 W2 = V × I = I^2 × R2
で、明らかに W1 < W2 になります。

「電力」とは「仕事率」(1秒間にする仕事)ですので、負荷が大きいほど大きな仕事率で発電機を回さないといけません。
発電機を一定速度で回して(交流電源の 50Hz, 60Hz を一定に維持するとはそういうこと)、発電機が大きなワット数(仕事率)を発電するには、「大きな力で回す」必要があります。(物理でいう「仕事」とは、「力 × その力で動かした距離」ですから)
感覚的にいうと、負荷が大きくなると発電機が重くなって交流の周波数が下がってこようとします。それを一定周波数に維持するには、回す力を大きくしてやる必要があります。火力発電なら「蒸気量を増やす」、水力なら「水量を増やす」ということです。
逆に、負荷が小さくなると発電機は軽くなって同じ蒸気量のままだとどんどん加速して「オーバースピード」になります。従って、蒸気量や水量を減らして、発電機を回す力を小さくします。
そうやって、発電機の負荷と、発電量(発電に必要な蒸気や水の量=発電するためのエネルギー)をバランスさせているのです。
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この回答へのお礼

変化する負荷に対して出力をコントロールのは大変そうですね
最近は電子制御なんでしょうか?
ありがとうございました

お礼日時:2019/03/29 09:41

発電機の負荷=消費電力の需要になります。



消費電力が増えるという事は、それによる仕事量が増えるという事です。
ハンドルが重くなるのは、もっと仕事をしてくれ、という要求です。
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この回答へのお礼

電力を打ち消す方向に力が働くんですね
またそれは電流が大きいほど大きくなる
ありがとうございました

お礼日時:2019/03/29 09:41

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