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。

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A 回答 (5件)

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。

この回答への補足

1. ありがとうございます。

2. 高校の物理を忘れていたのが原因かも知れません。
 つまり、発電機の回転子に磁石を附け、周囲にコイルを配して、コイルの中の磁束を変化させるように磁石を動かすと、磁束密度を安定させるように電流を流そうとするのが起電力であり、いわば電流=ブレーキ力である、ということですね。
 すると、コイルの両端をつなぐと、回転の始めにものすごい抵抗力がかかり、コイルが熱を持って抵抗値を上げるまでの間、小さな発電機でも極めて強力なブレーキとして作用する、ということになりそうですが、そうなるのでしょうか? 実物では壊したくないのでなるべく実験したくありませんが。

補足日時:2009/05/29 21:29
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この回答へのお礼

 ありがとうございました。
 質問は完了しました。

お礼日時:2009/06/02 17:57

ご想像通り回ってる発電機を短絡させると、急ブレーキがかかります。



発電機とモーターはまったく同じものですが、モーターを急停止させるのに、短絡という手段は実際に良く使われています。
その名も「ショートブレーキ」とか「ダイナミックブレーキ」とか言っています。
http://www.google.com/search?hl=ja&lr=lang_ja&ie …
http://www.google.com/search?hl=ja&safe=off&num= …
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この回答へのお礼

 ありがとうございます。
 これでこの疑問は完了したと思います。
 かつてわかっていた気もしたりしますが、人と話し合ったことがないと忘れてしまう気がします。

お礼日時:2009/06/02 17:55

2. に関して、


磁束の時間微分(dΦ/dt)は電圧になります。
(回転数を保持した状態で)負荷を並列にするといくらでも電流が流れるか、というと、実際には発電機の内部にある抵抗やインダクタンスが電流を制限するため、いくらでも流れる、という具合にはいきません。

仕事率は#1、#3さん回答にあるように、電圧(起電力)*電流です。
また、発電機の変換する電力(仕事率)を考えるときには、回転数だけでなく、回すために必要なトルクを考える必要があります。

この回答への補足

ありがとうございます。
2はそれはわかってはいるのですが、原理を知りたかったのです。

それにしても、コイルの両端をつなげて回転させると、どういう現象が起きるのでしょう。他の方にも質問させてもらいましたが。

補足日時:2009/05/29 21:27
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この回答へのお礼

終了しました。
ありがとうございました。

お礼日時:2009/06/02 17:55

>>一回転の電力は回転速度の二乗に比例する


>OK

すいません。よくみたら、ここはOKじゃなかった。
「一回転の電力」というのは、表現としてもそもそも変です。意味をなしてない。

「一回転あたりの仕事量」とかなら表現としてはOKです。
そして、「一回転あたりの仕事量」は、回転速度の1乗に比例します。
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1.まず、電圧が上がったからといって、電流がそれに比例して上がるとは限りませんが(極端な話、発電機に何もつながっていなければ、電流は常に0です)、とりあえず、負荷が、抵抗だということにしておきましょう。


そうだとして、
>回転数に比例して電圧が上がり、
OK
>結果電流も上がって、
OK
>一回転の電力は回転速度の二乗に比例する
OK
>だとしたら時間当たり出力は3乗に比例する
違う。というか、ここでいう「出力」というのは何のことを指していますかか?仕事?仕事率?
そもそも「電力」自体が、「単位時間あたりの仕事(単位時間あたりのエネルギー)」のことです。
なんで、もっとも普通に、出力=仕事量(生み出したエネルギー)、という定義だとすれば、「単位時間当たりの出力」は、つまり「電力」のことです。というわけで、出力は2乗に比例します。

2.
起電力は電圧のことです。

>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
Yes。
ただし、負荷の抵抗値を減らせば減らすほど、電流がたくさん流れる=消費電力が増えます。これは、つまり、発電機をその速さで回すのがどんどん大変になっていくということです。端的にいえば、同じ回転速度を維持しようとすると、発電機を回すハンドルがどんどん重くなっていきます。(必要なトルクが増える)

>仕事=抵抗×ストローク
式が意味していることがよくわからない。

そうですね。全体的に、質問者さん自身も感じておられるようですが、
用語(電圧、電流、電力、仕事、磁束など)の理解がかなり曖昧なようです。可能なら、高校の物理の教科書をきちんと読むとよいのですが。

この回答への補足

1.
 私がいろんなものを読むときに、電力を仕事「率」として読んでなかったのが遠因かもしれませんね。
 質問を書いた後、磁束をクーロンに近似して考えれば、電流はクーロンの時間変化、電圧を抵抗の勾配のように理解して、回転数の二乗に比例と考えることができましたが、自分だけの解釈でなく、人の理解を知りたいと思っていました。

2.
 makamraさんへの補足にも書いたのですが、
 すると、コイルの両端をつなぐと、回転の始めにものすごい抵抗力がかかり、コイルが熱を持って抵抗値を上げるまでの間、小さな発電機でも極めて強力なブレーキとして作用する、ということになりそうですが、そうなるのでしょうか? 

補足日時:2009/05/29 21:25
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Aベストアンサー

Wiki(もしくはWikiWiki)とWikipediaは全くの別物なんですが……。

そもそもvertには「まがる、かえる」という意味があって、かつてほとんどの電気機器が直流動作を基本としていたときに、交流電気を直流に変換する装置をコンバーターと呼んだことがもとです。
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ポンプにはモーターが使われていますが、インバーター制御の物はこのモーターを交流電動機を使っています。交流で動作するのでコンセントから取っただけでまわりはするのですが、低速時と高速時では効率よく回すための電圧・周波数が異なるため、コンセントから来る交流を一度直流に直し、さらにインバーターで欲しい電圧・周波数に制御してモーターを回します。
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もちろん、一様でない磁場の場合は上記のことは言えず、磁束に比例するとしか言えない。

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磁束密度に比例するという場合の比例係数は線の長さの影響を受けるが、磁束密度に比例するという場合の比例係数には線の長さなどのスケールの影響をまったく受けないのである。

どちらも正しい。

磁束密度に比例するという式も立てられるし、磁束に比例するという式も立てられる。ただ、比例係数は次元からして違うものになるが。
大体、磁束は磁束密度を面積で積分したものなのだから一様な磁場であれば磁束は磁束密度に比例する。だからどちらにも比例するといえる。
もちろん、一様でない磁場の場合は上記のことは言えず、磁束に比例するとしか言えない。

質問者が永久機関の質問と同じ方ですから多分それがらみなのでしょう。
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Aベストアンサー

インバーターとは、わかりやすく言えば、
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周波数とは電気の波の周期のことで、単純に言うと
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自転車のペダルを漕ぐ事を想像してみてください。
左右のペダルを1回転させると車輪が1回転するとした場合、
1秒間に50回転させれば車輪も50回転/秒、
1秒間に60回転させれば車輪も60回転/秒と
回転速度が変わりますよね?

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これを安定化させるのがインバーターの役目です。

また、日本国内で電力会社から提供されている電力も
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現代では家電製品などほとんどの機械が50Hz/60Hz
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インバーター付きの発電機は、例えばパソコンの電源に
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安定した周波数の電源を得たいときに使用します。
(通常は、50Hzか60Hzの2択)

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問題にならないような場合には、インバーター無し
のものでも充分です。

維持費は部品の点数が少ない分、インバーター無しの方が
安く済む可能性が高いですが、実際にはそうそう故障する
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参考URL:http://www.chuden.co.jp/manabu/shikumi/area/

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Q変圧器の二次側電流についてですが、 一次側の電圧をV1、電流をI1 二次側の電圧をV2、電流をI2

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これはどう考えたらよいのでしょうか

Aベストアンサー

No2です(^^)
発電所から流れ出る電流は変化する事になります(`・ェ・´ノ)ノ
発電所では、もちろん電磁誘導を利用して電気を起こしていますが、
発電機に電流が流れれば流れるほど、発電機は”重く”なります(◎◎!)
これは、電磁力が発電機の変化(つまり回転)を妨げるように働く事によります(-_-)
ですから、負荷に大きな電流を流すためには、発電機に大きな力を加えて発電させる必要があります。
負荷での消費電力が大きければ、発電機を回すためのエネルギーも大きくなる・・・エネルギー保存則を考えなければ、当然と言えば当然ですね(^^)

参考になれば幸いです(^^v)

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と訳していますが、
ディーゼルエンジン発電機には、alternatorを使わないのですか?
発電機について知識がなく、両者の違いもわからない状態です。

Aベストアンサー

Gです。 補足を読ませてもらいました。

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Diesel Generatorには大きく分けて‘Diesel EngineとAC Alternator(重複した表現のように見えるかもしれませんがこう表現します)がついています。

つまり、ジーゼル発電機にはジーゼルエンジンとAC発電器がついているという事になります。

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直流機の起電力E[V]は、磁束Φ[Wb]と回転速度n[rpm]の時に
E=K・Φ・n [kは比例定数]
である理由を教えてください。

Aベストアンサー

例えば、下図のように上下に磁束密度Bの均一磁界中で、
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= d(BS cosθ)/dt
=d (BS cos(ωt))/dt
=-ωBSsin(wt)
という具合になります。(ψ:鎖交磁束、θ:コイルの角度)
で、θ=π/2の位置でコイルが外部回路に繋がるように整流子を配置すると、
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磁束 ↓B


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Aベストアンサー

可搬型エンジン発電機は、通常電源のない場所で、土木、建築工事などの作業用で使用するもので、屋内設備に接続して使用するものではありません。

一般的な可搬エンジン発電機のメンテナンスは100時間毎のものが多く、連続運転には向きません。

商用交流に並列できるだけの回転制御機能を有していませんので、同時に使うこともできません。

なお、どうしてもエンジン発電機を使用する必要がある場合(停電時の予備電源など)は、設備に基準がありますので、適合した発電機が必要になります。適合外の発電機を屋内設備に接続することは、禁じられています。

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固定子に出力巻線、回転子に永久磁石(でなくても、とりあえずは磁束一定)を用いた発電機で、外力で回転子を回転させた場合、無負荷であれば、出力電圧は回転数に比例すると思います。
ここで発電機交流出力に負荷を接続した時に、外力が一定であれば回転数が下がって出力電圧も低下すると思います。
Q1)このときの低下した回転数と出力電圧の関係は比例しますか?
Q2)外力調整で回転数を維持した場合は(負荷によらず)電圧も維持されるのでしょうか?

設備損失は考慮せず、理論値としての動作として、ご回答お願いします。
私としては両者ともyesと思っています。
モーターであれば、回転子と固定子間の位相やすべりで供給電力が負荷に応じる関係でしょうが、発電機ではどうなるのかと言う疑問です。

Aベストアンサー

No1です。

最初の質問内容に関してですが、そもそも同期発電機では回転数を変えると起電力の周波数が変わってしまうため、実際には回転数を一定にすることが条件です。
ですから、電圧は界磁電流を変えることにより、Φを変えて調節します。

永久磁石を使った場合は、一定周波数では起電力は一定です。
回転数を変えると、周波数が変わりますが起電力は回転数に比例します。

さて、
>負荷と発電機損失が同等で、過負荷状態の動作図である(もちろん判り易く誇張されていることは判りますが)。

これは誇張ではありません。
実際に火力発電所で使われている発電機では、出力電圧は起電力の半分以下になることもあります。

>・出力Vに対するIの位相差が大きすぎる。

力率は遅れ0.8 くらいが一般的です。そのときθ=-36.9゜ですから、図はやや大きい程度です。

>これを、負荷(低後負荷)に対してZa(同期インピーダンス)が充分小さい領域で、或いは、発電機の基本とした理想回路

同期発電機の同期インピーダンスは非常に大きいです。
これを小さくすると現実離れした架空のものになります。
ただ、ほとんどがリアクタンスX分で、抵抗分は小さいので、電力損失はそれほど大きくはありません。

>変圧器は、電圧は巻き数比、一時側V1*I1=2次側V2*I2、インピーダンスは巻き数比の二乗の関係、というのが基本動作です。もちろん電力伝送では損失も大きな要素ですが。
発電機ではこういう考え方はできないのでしょうか

質問の意味がよくわからないのですが…

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・もちろん損失を無視して効率100%とするのであれば、エネルギー保存則からすべてのものは入力=出力が成り立ちます。
 ただ、そうすると永久運動機関もできるわけで、現実ばなれしてくると思います。

No1です。

最初の質問内容に関してですが、そもそも同期発電機では回転数を変えると起電力の周波数が変わってしまうため、実際には回転数を一定にすることが条件です。
ですから、電圧は界磁電流を変えることにより、Φを変えて調節します。

永久磁石を使った場合は、一定周波数では起電力は一定です。
回転数を変えると、周波数が変わりますが起電力は回転数に比例します。

さて、
>負荷と発電機損失が同等で、過負荷状態の動作図である(もちろん判り易く誇張されていることは判りますが)。

これは誇張ではあ...続きを読む

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Qだれか電流、電圧、電力の概念について教えて下さい

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※ 消費電力(VA) = 電流(A) × 電圧(V)

計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
電流が半分になるのは理解できます。

「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
電流も大きくなると考えていました。
(式は正しいので、この理解が間違っていると思いますが。。)


だれか、電流、電圧、消費電力の概念について、わかりやすく教えてください。

Aベストアンサー

>「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
>電流も大きくなると考えていました。

抵抗やインピーダンスが同じなら、それは正しいです。

(1)10Vの電圧で1A流れる回路なら、(2)20Vの電圧にすると2A流れます。
その時、電力は電圧の2乗に比例して大きくなることを忘れてはいけません。

(1)の場合は、回路は10Wの電力を消費します。 10V×1A=10W
(2)の場合は40W   20V×2A=40W

どちらも、
> 消費電力(VA) = 電流(A) × 電圧(V)
この式を満たしていますね。


>計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
>電流が半分になるのは理解できます

ところが↑こうなるのはなぜか。
ご自身で「消費電力が同じ」という条件を設定なさったからです。
電圧を変えても消費電力を同じにするには、電圧を変更すると同時に回路の抵抗を取り換える作業をしなければなりません。


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