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モーターローターの隠れたパワー：現代の発電機がカーボンブラシに頼らないのはなぜか？
技術の進歩に伴い、発電機の設計と操作も進化し続けています。カーボンブラシに依存していた初期の発電機から、今日ではますます一般的になっているブラシレス技術への変更により、発電機の性能が向上しただけでなく、メンテナンスコストも削減されました。多くの読者は、なぜ現代の発電機がカーボンブラシに依存していないのか、その背後にどのような技術革新が隠されているのかに興味があるかもしれません。
電磁気学における励起
電磁気学において、励起とは、電流を使用して磁場を生成するプロセスです。発電機または電気モーターは、磁界の中で回転するローターで構成されています。磁場は永久磁石または電場コイルによって生成できます。電界コイルを使用する機械の場合、磁界を生成 (励起) するためにコイルに電流が流れる必要があります。そうしないと、ローターは電力を伝達できません。
電場コイルは最も柔軟な磁束調整を提供しますが、電流消費が必要です。
発電機のインセンティブ
多くの大型発電機では、発電機が電気を生成する前に電流を確立する必要があります。発電機の出力の一部は、起動後の磁場を維持するために使用できますが、起動時には依然として外部電流源が必要です。磁場の制御はシステムの電圧を維持するために非常に重要です。
アンプの原理
永久磁石発電機を除き、発電機の出力電圧は磁束に直接比例します。磁束の合計は、構造の磁化と励磁電流によって生成される磁場から構成されます。励磁電流がない場合、磁束は非常に小さく、電機子電圧はほぼゼロになります。界磁電流を制御することにより、発電システムの電圧を調整して、電機子電流の増加によって引き起こされる電圧降下を排除できます。
発電機は、電流電圧増幅器と考えることができます。
独立した動機の使用
大型の発電機の場合、主発電機と並列に別個の励磁発電機を使用するのが一般的です。これは、大型の発電機に必要な電流を供給するように設計された小型の永久磁石またはバッテリー励起発電機です。
自発性の新時代
現代の発電機は通常、自励式です。つまり、ローターからの電力出力の一部が電界コイルの駆動に使用されます。発電機のスイッチがオフになると、ローターコアにはいくらかの残留磁気が残ります。発電機を始動するとき、最初に負荷を接続する必要はありません。その後、最初の弱い磁場によってローターコイルに弱い電流が誘導され、それによって磁場が強化され、最終的には強い電圧が確立されます。
スタートアップとその他のバリエーション
自励式発電機は外部負荷なしで起動する必要があります。さまざまな種類の自励式設計の中でも、単純な並列設計では主巻線からの電力を使用し、負荷の変化に応じて一時的にエネルギーを高めます。
発電機の残留磁気がフル電圧に達するのに不十分な場合、多くの場合、他の電源から電流を注入する設定があります。
カーボン ブラシレス インセンティブの台頭
ブラシレス励磁技術により、カーボン ブラシを使用せずにモーター内の磁束を生成できます。この技術は半導体技術の進歩により開発され、回転整流器を利用して同期機のシャフトに誘導された AC 電圧を収集し、それを整流して発電機の界磁巻線に供給します。ブラシレス励磁にはこれまで高速磁束調整という欠点がありましたが、新しいソリューションが利用可能になるにつれてこの問題は改善されています。
テクノロジーの未来
今日のブラシレス技術はより完全になり、高性能無線通信を使用してサイリスタ整流器やスイッチング インターフェイスなどの磁場の包括的な制御を実現し、発電機の動作をより柔軟かつ効率的にしています。
技術の継続的な進化により、発電機がカーボンブラシを完全に排除できるかどうかは、依然として困難な問題です。これらの課題を解決するために、今後どのような新技術が導入されるのでしょうか?
