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風力発電について気になることがあったのですが、回転数から電圧Vと電流Iは求められるものなのですか?
また求めるにあたって他に何の情報が必要ですか?
このことが分かる方がいらっしゃいましたら教えていただけないでしょうか?よろしくお願いします。

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A 回答 (5件)

回転数だけでは無理です。

その軸についている発電機の性能が分っていないですからね。必要なデータは発電機の性能と風車から発電機への伝達機構の減速比ですね。

この回答への補足

回答していただきましてありがとうございます。
発電機の性能なんですが、モーターのV=9 R=60 が今のところ分かっています。
製造元に問い合わせたのですが答えていただけませんでした‥。
あとは何を調べたらよろしいでしょうか?
とりあえず減速比について今から調べてみます。

補足日時:2006/12/14 18:39
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>授業の先生は回転数から出せと言っていたので


多分それは既に設問に発電機の仕様が逆にわかるような工夫がなされているのでは?

極端なことを言えば、ある回転数、ある負荷の時の電流値と電圧値がわかるのであれば他の回転数のときの値は求められます。(理想的な発電機を想定すれば)
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この回答へのお礼

設問には本当最低限な事しか書いてありませんでした‥
一応理想的な発電機を想定して計算しろとは言ってました!!!

お礼日時:2006/12/15 17:51

#2です。

風車の回転数とそのときどきの電圧と電流を計測します。そうすると、横軸に回転数、縦軸に出力(=VI)をプロットできますね。いろいろな回転数に対する出力を測ってプロットした点をつなぎ合わせると回転数ー出力曲線が出ます。そうすると風車の回転数を測ればその風車の発電量が分るという仕組みです。
 減速比は要りませんね(^_^;) 申訳ありませんm(_=_)m
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この回答へのお礼

なるほど。。。
本当詳細に教えていただきましてありがとうございました!
これからチャレンジしてみます!!!

お礼日時:2006/12/15 17:49

発電機の回転数からくる発電量がわかれば電圧と電流は求められます。



それが判らない限りxエックスとしておくしか無いですね
(^^;

この回答への補足

返答いただきましてありがとうございます。
申し訳ありませんが、どのように求めたらいいか教えていただけないでしょうか?
参考書を探したのですが貸し出し中のため見つかりませんでした。。。

補足日時:2006/12/14 18:45
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>回転数から電圧Vと電流Iは求められるものなのですか?


出来ません。

>また求めるにあたって他に何の情報が必要ですか?
発電機の仕様と負荷の情報(抵抗、インピーダンス)。
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この回答へのお礼

早々にお答えいただきましてありがとうございます。
やっぱり出来ませんよね。。。
授業の先生は回転数から出せと言っていたので行き詰っているところでして。。。
発電機の仕様もIとRしか出せていませんのでこれからやってみます。

お礼日時:2006/12/14 18:44

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Q発電機の電力と回転数、 起電力と電圧と電流、 について

1 発電機の回転数と電力の関係を知りたいと思います。
 調べて考えたところ、回転数に比例して電圧が上がり、結果電流も上がって、一回転の電力は回転速度の二乗に比例する、、ようですが、だとしたら時間当たり出力は3乗に比例する、ということでいいのでしょうか。

2 じつは、今だに起電力と電力と電圧と電流の統合的関係がわかっていません。
 (d磁束/時間)×巻き線=(比例)=電圧と思いますが、(d磁束/時間)が本来の概念として相当するのは電流なのか電圧なのか。
 起電力とは電圧だとしたら、負荷を並列に数を増やすと抵抗が減って、それに応じていくらでも電流を流せるはずという原理になってしまいそうです。
 発電機は他の仕事を電力に変換するはずなのに、電圧か電流の一方の式しか見付けられませんでした。
 仕事=抵抗×ストローク、に相当するものはどうなっているのでしょう。実際の事情でなく原理として知りたいです。

2 の方は暇なときでいいです。1の方は困るというより、わからないと危ういというか。

Aベストアンサー

1.
電力とは単位時間当たりに生み出すエネルギーのことを意味します。
(仕事率と同じ次元になります。単位も仕事率の単位W(ワット)を使用します)
時間当たりの量ですので、1回転当たりのエネルギー量と同じではありません。
回転数を上げると、1回転に要する時間は反比例して小さくなります。
つまり回転数を2倍にすると電力は4倍になりますが、1回転当たりに生み出すエネルギーはその半分、つまり2倍になります。

2.
起電力とは誘導される電圧をさします。
では負荷のインピーダンスを小さくすることでより大きな仕事を取り出せるかというとそれは違います。
負荷のインピーダンスを小さくし電流量を大きくすると、発電機内の磁界が大きくなり発電機をまわすのに必要なトルクが増大します。
同じ仕事率で発電機を回すと、(仕事率)=(トルク)×(回転数)ですので回転数が落ちてしまいます。その結果、起電力が落ちてしまいます。
出力電圧を一定にするためには与える仕事率をより大きくする必要があります。

Q発電機の高効率化・・・

風力発電や海流発電などの効率を上げるためには発電機の高効率化をすればいいと思います。
そこで発電機を高効率化するにはどうすればいいのでしょうか?
ギアなどを取り付け回転速度を上げたりするのでしょうか?しかし、その場合負荷がかかりすぎたりしないのでしょうか?

Aベストアンサー

大規模発電所での効率は99%を超えていますので、これ以上の高効率を目指しても効果は少ないでしょう。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%93%E3%83%B3%E7%99%BA%E9%9B%BB%E6%A9%9F#.E5.8A.B9.E7.8E.87.E5.8F.8A.E3.81.B3.E8.B6.85.E4.BC.9D.E5.B0.8E.E7.99.BA.E9.9B.BB.E6.A9.9F

風力発電では効率60%程度と言われています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB
ギアで回転速度を上げることはすでに行われていますが、ギアでもロスが発生します。
発電量はローターの半径の2乗、風速の3乗に比例するので大きなローターを高速で回すほど良いのですが、程度が過ぎると遠心力でバラバラになってしまいます。

Q風力発電機を自作したいのですが

ペットボトルなどを利用した簡単な風力発電機を作りたいと思っています。
使用するモーターはミニ四駆などで使われる一般的なものです。

そこで質問なのですが、発電した電気を貯めるにはどうしたらいいのでしょうか。
使用するバッテリーや、それに繋げる方法を教えてくれるとうれしいです。

Aベストアンサー

はじめまして♪

わたしも中学生とかの頃にモーターで発電って、遊んだ事があります。

充電が難しいんですよねぇ。(YoY)

モータがー動くのに3Vとか4.5Vとかでしょうが、回して発電させた場合、電圧は一定せずつねにふらつきます。
このため、充電池の電圧より低い発電、極端な例は風邪が無くて回らない時、電池からの電気で、モーターが回って電気消費ですね。

このため、電気の流れが一方通行となるようにします。

具体的にはダイオードと言う部品で一方通行にします。

単純な原理としては、上記の状態で良いのですが、実際には電池に溜まった電圧より高いときだけ通電するスイッチが必要となり、この部分を回路で自動化するには充電量と同じ程度の回路内の消費電流が必要に成ったりするので、現実的には6Vのモーターで1.2Vのニッカド電池を充電するのが精一杯と言う所のようです。

効率の良い回路は部品を組み立てて作るのがほぼ難しく、大量生産されている小型機器を流用する事は可能でしょう。
簡単に言えば、小型のソーラー発電機、ケータイなどの充電に使う機器には回路の前半分が備わっています。
ケータイ側に電池充電をコントロールする回路(デジタル回路とコントロールソフトウエア)が組み込まれています。

壊す事を恐れなければ、ソーラー発電でケータイ充電を行う機器を改造し、ソーラーパネルと観賞しないようにダイオード等で電流の方向を制限して両方で発電出来るようにすれば、実用上利用可能に成るかと思います。

小型の充電池は小さいのに大きなエネルギーを扱うので、充電時のコントロールを無視すれば発火や爆発等で人命にもかかわります。

その意味では自動車バッテリー等の昔から存在する簡素な原理の充電池が良いのですが、鉛と硫酸という健康に影響が出る内容物を扱いますので注意を怠らないと言う意味では同じ様な扱いとも言えますね。(それでも、いきなり発火や爆発の可能性は低く、ガスの発生事故程度でしょう。ガスは刺激性が強く、有毒性ですので、多量に浴びたり吸い込まないようにしましょう。私も目がチカチカ、喉が痛く成った事は有ります。)

この、鉛蓄電池とも言われるバッテリーの場合、入手し易いのはバイクや車用で6V,12V,24Vでしょうから、モーターを直列にして規定電圧以上の発電を目指して、ダイオードで逆流防止するだけでも、一応は利用出来そうです。

費用対効果と言う事からは、多少疑問もあるのですが、工作と研究と言う部分では面白いと思います。

電気を貯めておく と言う事がとても難しいと言う良い経験に成るでしょう。

ニッカド電池やリチュームイオン電池、エネループやエボルタなどのニッケル水素電池には充電しようと考えない方が無難です。 ほんとに人命に関わる事故の可能性が高く成りますから、むしろ電池の特性を十分に考えない人には「絶対ダメ!!」と言いたい程です。
(まぁ、鉛バッテリーだって、間違えば病院行きとか家が丸焼け火災の可能性も否定出来ないので、あまりオススメはできませんけれどね。苦笑)

市販のプロペラとモーターと充電のキットがなぜ安く無いかは、多少ご理解戴けたら幸いです。

販売する場合は危険性が有れば訴訟問題に発展するので、とても慎重な設計と説明書の添付が必要に成りますものね。

危険が少ない範囲で、がんばってみてください♪

はじめまして♪

わたしも中学生とかの頃にモーターで発電って、遊んだ事があります。

充電が難しいんですよねぇ。(YoY)

モータがー動くのに3Vとか4.5Vとかでしょうが、回して発電させた場合、電圧は一定せずつねにふらつきます。
このため、充電池の電圧より低い発電、極端な例は風邪が無くて回らない時、電池からの電気で、モーターが回って電気消費ですね。

このため、電気の流れが一方通行となるようにします。

具体的にはダイオードと言う部品で一方通行にします。

単純な原理としては、上記の状態で...続きを読む

Q風力発電の羽の重さ

風力発電について納得ができません。

あの1枚5トンもある羽がたった風速3mで発電ができるそうです。
たった風速3mのそよ風にあの巨大な風車が
影響あることが納得できません。

飛行機のように揚力を利用していることはわかりました。
ベストな方向に風車を向けることができることもわかりました。

重くて長いほうが惰性を利用して周り続けられることもわかりました。

周り始めはモーターでまわしてあげていることもわかりました。

でもやはり、そよ風程度の風であの重くて細い羽が
回る手助けになることが納得できないのです。

縁日で売っているかざぐるならそよ風でも回りそうです。
でもあのかざぐるまの羽が5キロあると考えると
とてもそよ風では回りそうにありません。

たとえば、あの風車の軸の部分はとてもぬるぬるしていて
両手で押せば簡単に周るんだよ!だから重くっても大丈夫!
なら納得ができそうです。

どうか、納得できる回答をもらえないでしょうか。

Aベストアンサー

 日常的な経験ではそう感じますね。でも、純粋な物理の世界ではそうではないのです。

 まず、日常的な経験で小さな風では回らないのは、「摩擦」が大きいからです。摩擦は、風車の「軸」と、それを支える「軸受け」との間に発生します。風車が重ければ重いほど、摩擦力も大きくなります。ですから、最初に回り始めるのに、大きな力が必要です。
 だから、「周り始めはモーターでまわしてあげている」のです。

 純粋な物理の世界では、通常「摩擦はないものとする」として考えます。そうすれば、どんなに小さな力でも、ゼロでない限りは風車を回すことができます。

 風車の羽根が、風から受ける力は、羽根の形状で決まります。材料が軽量プラスチックだろうが、鉄であろうが、木であろうが、表面の粗さによる空気抵抗の違いを無視すれば、同じ形の羽根であれば同じ力を受けます。

 このとき、力学の法則で、

   F=ma
  (F:力、m:物体の質量、a:加速度)

ですから、「羽根が重ければ加速度は小さい」「羽根が軽ければ加速度は大きい」ということになります。
 つまり、同じ形で、風から同じ力を受けたときに、重い羽根はゆっくり加速し、軽い羽根は素早く加速する、ということです。

 ここまではよろしいですか?

 次の日常的な経験との違いは、日常経験では、「風は吹いたり止まったりする」ということです。このような風では、「重い羽根はゆっくり加速」では、なかなか速度が上がりません。「軽い羽根」はよく回ります。
 しかし、純粋な物理の世界で「風速3mの風」というのは、1年以上前からずっと「風速3m」で吹き続けている風なのです。(きっと、これからも1年以上「風速3m」で吹き続けるでしょう)
 こういう風であれば、「ゆっくり加速する重い羽根」であっても、少しずつ加速してどんどん回転数が上がります。時間はかかりますが。

 ここまでではどうですか?

 次に、少し現実的に考えます。如何に純粋な物理の世界であっても、「空気の抵抗」というものが存在します。まあ、ゆっくりした動きであれば、無視しても良いのですが、「羽根の回転数が上がる」と、無視できなくなってきます。(これを考えないと、無限大の回転数まで加速してしまいます。「風によって力を受ける」ということを出発点にしているので、「回転すると空気抵抗を受ける」ことを無視すると論理に矛盾を生じます)
 羽根の表面は風を受けて「回転力」を生じますが、この羽根の「裏面」は、回転すると静止している空気からの抵抗を受けます。この「裏面」の空気抵抗は、回転数が上がるほど大きくなります。
 つまり、「風を受けて生じる回転推進力」が「風速」が一定ならほぼ一定であるのに対し、「羽根の裏面の空気抵抗」は回転数が上がるほど大きくなって行きます。従って、ある回転数まで上がると、「回転推進力」と「空気抵抗」が釣り合って、それ以上回転数が上がらない状態で落着き、一定回転数で回り続ける状態になります。(これは、常識的に理解できますね?)

 つまり、「風速3mの風」が継続して吹いていれば、「ゆっくり加速する重い羽根」であっても、「素早く加速する軽い羽根」であっても、ある時間が経過すると、「回転推進力」と「空気抵抗」が釣り合った回転数で、一定回転数で回り続ける状態になります。この回転数に達するまでの時間は「重い」「軽い」で違いますが、1年後2年後の長い時間後であれば、どちらも同じ回転数に落着いているということなのです。

 結論を言えば、「重い羽根」と「軽い羽根」は、「加速しやすさ」が違うだけで、同じ力を長時間かけ続ければ、同じ回転数で回るようになる、ということです。
 「摩擦は無視」とか、「風速3mの風が数年間連続して吹き続ける」といった、超「不自然」な理想状態(=純粋な物理の世界)を考えれば、それがあり得るということを理解できるのではないでしょうか。

 日常的・経験的な思い込みから脱して、純粋な物理の理想的な状態で思考実験してみることで、一見不思議なことも理解できるようになります。現実にはそのようにはならない、ということも事実でありますが。

 日常的な経験ではそう感じますね。でも、純粋な物理の世界ではそうではないのです。

 まず、日常的な経験で小さな風では回らないのは、「摩擦」が大きいからです。摩擦は、風車の「軸」と、それを支える「軸受け」との間に発生します。風車が重ければ重いほど、摩擦力も大きくなります。ですから、最初に回り始めるのに、大きな力が必要です。
 だから、「周り始めはモーターでまわしてあげている」のです。

 純粋な物理の世界では、通常「摩擦はないものとする」として考えます。そうすれば、どんなに小さ...続きを読む


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