直巻発電機の仕組みと特徴
家電を知りたい
『直巻発電機』って何ですか?
家電製品マニア
『直巻発電機』は、界磁巻線を電機子回路に直列に接続して、負荷電流で励磁する方式の直流発電機のことです。
家電を知りたい
負荷電流が界磁電流になるってどういうことですか?
家電製品マニア
直巻発電機では、負荷電流が界磁電流を兼ねているため、負荷電流が減少すると起電力が低下し、電圧変動率が負の値になります。
直巻発電機とは
直流発電機の「直巻発電機」は、界磁コイルを電機子回路と直列につなぎ、負荷電流で電磁石を作動させる方式です。
規定の回転数と負荷電流で規定の電圧を得られるようにするため、充分な残留電圧と電機子回路の抵抗（負荷抵抗を含む）が必要です。
負荷電流が界磁電流になるため、負荷電流が小さくなると起電力が下がり、電圧の変化率はマイナスとなり、大きくなります。
直巻発電機とは、発電機の一次巻線と二次巻線が直列につながった構造を持つタイプの発電機のことです。
一次巻線とは電気を流すことで磁界を生み出すコイルで、二次巻線とはその磁界の影響で電気を発生させるコイルです。直巻発電機では、一次巻線に流れる電流がそのまま二次巻線にも流れるため、一次巻線と二次巻線の電流が同じ方向に流れます。
この構造により、負荷が変化しても比較的安定した電圧を発生させることができます。
直巻発電機のしくみ
直巻発電機の仕組みは、直列に接続された界磁コイルと電機子コイルが特徴です。
界磁コイルに電流が流れると、電磁石となり、磁極が発生します。
電機子コイルがこの磁極の間に回転することで、電磁誘導により起電力が発生します。電機子コイルの回転方向と界磁コイルの巻き方によって、極性を決めています。
直巻発電機の特性
直巻発電機は、負荷抵抗の変化に敏感に反応する特性を持っています。
負荷抵抗が減少すると励磁電流が増加し、起電力も上昇します。逆に、負荷抵抗が増加すると励磁電流も減少するため、起電力も低下します。
このため、負荷変動が大きい場合や、定電圧を維持する必要がある用途には適していません。
直巻発電機の用途
直巻発電機は、短絡回路電流が大きく、安定した電圧を出力しないため、一般的に独立した負荷には使用されません。そのため、バッテリーの充電や照明、溶接など、短絡電流が問題にならない用途に適しています。
このタイプの発電機は、エンジンの始動や、負荷が限られている補助電力源としても使用されます。
直巻発電機の注意点
直巻発電機は、電流の増加に伴って界磁力が強化され、発電起電力が上昇するという特徴を持ちます。しかし、この特性が過負荷や短絡時に問題となる場合があります。
過負荷時には、大電流が流れることで界磁力が過剰に強化され、発電電圧が急上昇する恐れがあります。この電圧上昇は機器を損傷したり、感電事故を引き起こす危険性があります。
また、短絡時には、回路の抵抗が急に小さくなるため、過大な電流が流れて発電機を損傷する可能性があります。そのため、直巻発電機は負荷変動が大きい場合や、短絡事故が発生する可能性のある場所では使用を避ける必要があります。
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