発電機の種類や仕組みは? 発電できる電気の質とも関係があります!

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発電機とは、電気を起こす機械の総称です。自転車のライトから、発電所で電気を起こしているタービンもすべて発電機になります。また、災害時のために家庭用の発電機を常備しているところもあるでしょう

そこで今回は、発電機の種類や仕組みをご紹介します。電気関係の仕事に就くと、発電機を整備したり保守や点検を行ったりする機会も増えるでしょう。ですから、発電機のことをよく知っておいて損はありません。電気主任技術者の資格取得を目指している方も、ぜひこの記事を読んでみてください。

  1. 発電機の仕組みや構造は?
  2. 発電機の種類は?
  3. 家庭用発電機の種類は?
  4. 発電機の燃料は何?

発電機ってどんな仕組み?


1.発電機の仕組みや構造は?

発電機の仕組みや構造

磁極を持つ回転子を回すと、ファラデーの法則によって固定子の電機子導体に交流電圧が発生します。これを利用したのが発電機です。といっても、これだけでは分かりにくいので、もう少し具体的に説明しましょう。

磁石の中で導線を動かしたり、導線を巻いたコイルの中で磁石を動かしたりすると、電圧が発生します。これが最も単純な発電機の仕組みです。ですから、手回し発電機なども作れます。

つまり、何らかの形で磁石かコイルを動かせば電圧は発生するのです。ですから、鉄道車両やハイブリッドカーのように走りながら電気を作り、それを動力源として利用することも可能になっています。

一方、高い電圧の大電流を安定して供給するためには、石油や天然ガス、石炭などを燃料として蒸気を作り、その力で固定鉄心や固定コイルなどに囲まれた回転子を回すのです。ちなみに、発電所などで使われる発電機の磁石は電磁石が使われています。

2.発電機の種類は?

電流別発電機の種類

この項では、電流別に発電機の種類をご紹介していきます。理科の授業で行う実験の発電を思い出す方もいるのではないでしょうか?

発電機の種類は、大きく直流発電機と交流発電機に分類され、また交流発電機は単相交流発電機と三相交流発電機に分けることができます。それでは、この三種類について説明します。

2-1.直流発電機

最も単純な発電機です。磁石の間に置かれたコイルを回転させると、このコイルには直流電圧が発生します。この発生した直流電圧を電極で取り出して、電球などをつなぐと点灯するのです。このとき流れている電流は、直流になります。ただし、直流をそのまま電化製品につなぐことはできないのです。ですから、手回し発電機つきのラジオや懐中電灯など発電機とセットになった電化製品などに使われています。

また、自転車のライトも直流発電機の一種です。単純な分コンパクトなので、災害用のグッズとして重宝されています。

2-2.交流発電機(単相交流発電機)

私たちが現在生活に利用している電源は、交流電圧です。直流電圧を交流電圧に変えるにはインバーターなどを利用する方法もありますが、最初から交流電圧を発電できる発電機もあります。直流発電機の場合は磁石の間に置かれたコイルが回転しますが、交流発電機の場合はコイルが固定されて磁石の方が回転するのが一般的です。交流発電機は、そのままインバーターを通さず家電などを使えるため、小型発電機などに利用されています。

2-3.三相交流発電機

発電所など高い電圧の大電流を長時間にわたって発電し続ける発電機などに使われています。コイルの数を三つに増やし、それを120度ずつずらして設置することにより、ひとつの回転子から3系統の電圧(電力)が取り出せるのです。非常に効率がよく、電気を送る送電線も3本ですみますし、回転磁界も作りやすいので大規模な発電機はほぼ三相交流発電機になっているでしょう。

3.家庭用発電機の種類は?

家庭用発電機

さて、この項では、家庭用の発電機の種類についてご紹介します。ホームセンターなどでは、災害時に備えて小型発電機が売っていますが、どのような種類があるのでしょうか?

3-1.手回し発電機

前述したように、手動でコイルや磁石を回転させて発電する発電機です。人力で発電できますので、動力がなくてもある程度の電力を得ることができるでしょう。ただし、得られる電力はわずかですので、電化製品を動かせる時間は限られています。そのため、いざというときのために非常用持ち出し袋の中に入れておくと緊急時に照明や必要な情報を得られたりするでしょう。また、携帯電話の充電なども行えます。

3-2.インバーター発電機

インバーター発電機とは、質のよい電気を発電できる発電機になります。電気の質とは、電圧と周波数が安定した電源のことです。発電機の質が悪いと電圧と周波数が安定しません。すると、パソコンなど安定した電源が必要な電化製品は、うまく動かなかったり壊れてしまったりするのです。ですから、このような高性能電子機器を発電機で動かしたい場合は、インバーター発電機を利用しましょう。小型のハンディータイプもあります。

3-3.サイクロコンバーター発電機

サイクロコンバーター発電機とは、ロスが少なく効率的に発電できることが特徴の発電機です。つまり、インバーター発電機よりも同じ量の燃料で、運転時間が長くなります。
ただし、電圧や周波数がやや安定しないので、パソコンなどの精密電子機器を使うのには不向きなのです。しかし、照明をつけたり電熱器で調理をしたり、ものを冷やすくらいでしたら問題はありません。ですから、露店などの照明やレジャー、さらに災害時の大型発電機などは、サイクロコンバーター発電機が多いのです。

3-4.三相交流発電機

三相交流発電機も小型のものがあります。しかし、いくら小型でも三相交流発電機になるとコイルが三つ積まれているわけですから、重さが100キロ以上になるでしょう。そのため、家庭に三相発電機を備えてある、ということはめったにありません。たいていは病院や自治体の施設など、災害になった際に電力の供給をストップしたら、多くの人命が危ない、というところに備えられています。つまり、非常用電源ですね。ですから、定期的に点検をしていざというときにすぐ使えるようにしておきましょう。

4.発電機の燃料は何?

発電機の燃料

発電機の燃料は、多くの場合ガソリンです。ガソリンが最も安定して磁石を回せる燃料ですから、長期間安定して電力を得られる発電機ほど、ガソリンの使用量も多くなる傾向にあるでしょう。ただし、ガソリンは揮発性が高い危険物ですから、灯油のようにポリタンクに入れて持ち運ぶというわけにはいきません。

必ず金属製の専用携帯缶に入れるか、非常時に備えて保管しておきたいという場合は、缶詰め状態になったガソリンを使用しましょう。露店では、発電機を使って照明をつけたり調理器具を使ったりすることが一般的ですが、その際に、ガソリンの管理がいい加減ですと大事故になる可能性もあります。

おわりに

発電機まとめ

今回は発電機の種類や仕組みをご紹介しました。発電機は、思っている以上に私たちの周りにたくさんあるのですね。手回し式の発電機は、前述したように構造が単純ですが壊れにくくなっています。しかし、それ以外の発電機は定期的に点検をしましょう。いざというときのために保管しておいたとしても、ほうりっぱなしでは壊れてしまうことがあります。

また、何を使うのかによっても必要な発電機は違うでしょう。たとえば、非常時にパソコンを動かしたいという場合はインバーター発電機が必要です。一方、照明や暖房をつけたいという場合は、サイクロコンバーター発電機でも十分でしょう。インバーター発電機の場合は、高品質な電力が得られる分、発電量や運転時間が短くなります。この特徴をよく理解しておいて、発電機を選びましょう。