발전기의 원리- 엘림의 카룬강 33교(각) 다리에서 필자 근영

[dhleepaul]

엘림의 카룬강 33교(각) 다리에서 필자 근영

- 발전: 기전력 또는 전력을 발생시기는 것을 말한다.

초고압 스팀터빈

터보 발전기

전력 공학전력 변환전력 인프라전력 시스템 구성 요소

• 전압 변환기
• 전압 승수
• 변환
• HVDC 변환기 스테이션
• AC-AC 변환기
• DC-DC 변환기
• 류기
• 인버터

• 전력 시스템
• 발전소
• 전력망
• 상호 연결기
• 수요 대응

• 링 메인 유닛
• 그리드 타이 인버터
• 에너지 저장
• 버스바
• 버스 덕트
• 리클로저
• 보호 릴레이

• v
• t
• e

터보(TURBO GEN; Turbo Engine - 검색 이미지 (bing.com) ) 발전기는 발전소에서 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 사용되는 발전기의 한 유형입니다. 일반적으로 터빈이 증기, 가스 또는 물의 흐름에 의해 구동되는 발전기에 연결된 터빈으로 구성됩니다. 터빈의 회전으로 인해 발전기가 전자기 유도를 통해 전기를 생산합니다. 터보 발전기는 화력 발전소, 수력 발전소 및 풍력 또는 지열 에너지를 사용하는 것과 같은 일부 유형의 재생 가능 에너지 시설에서 일반적으로 사용됩니다.

발전은 1차 에너지원에서 전력을 생산하는 과정입니다. 전력 산업의 유틸리티의 경우 양수 저장 방식을 사용하여 최종 사용자 또는 저장 장치에 전달(송전, 배전 등) 전 단계입니다.

소비성 전기는 자연에서 자유롭게 사용할 수 없으므로 다른 형태의 에너지를 전기로 변환하여 "생산"해야 합니다. 생산은 "발전소"라고도 하는 발전소에서 수행됩니다. 전기는 주로 연소 또는 핵분열로 연료를 공급하는 열 엔진에 의해 구동되는 전기 기계 발전기에 의해 발전소에서 가장 자주 생성되지만 흐르는 물과 바람의 운동 에너지와 같은 다른 수단에 의해서도 생성됩니다. 다른 에너지원으로는 태양광 발전과 지열 발전이 있습니다. 핵융합 반응에 의해 생성된 빠르게 움직이는 하전 입자에 의해 생성된 강렬한 자기장에서 에너지를 직접 추출하는 것을 목표로 하는 제안된 핵융합로 설계와 같이 에너지를 회수하기 위한 이국적이고 추측적인 방법이 있습니다(자기 유체 역학 참조).

석탄 화력 발전소와 궁극적으로 가스 화력 발전소를 단계적으로 폐지하거나,[1] 가능하다면 온실가스 배출량을 포착하는 것은 기후 변화를 제한하는 데 필요한 에너지 전환의 중요한 부분입니다. 훨씬 더 많은 태양광 발전[2]과 풍력 발전[3]이 필요할 것으로 예상되며, 교통, 가정 및 산업의 전기화가 더욱 진행됨에 따라 전력 수요가 크게 증가할 것으로 예상됩니다[4]. [5] 그러나 2023년에는 태양광과 풍력의 성장으로 인해 전 세계 전력 공급이 CO2 배출량 정점에 가까워지고 있는 것으로 보고되었습니다. [6]

역사[편집]

1895년 뉴욕 Edison General Electric Company에 설치된 다이나모 및 엔진

발전의 기본 원리는 1820년대와 1830년대 초에 영국의 과학자 마이클 패러데이에 의해 발견되었습니다. 오늘날에도 여전히 사용되는 그의 방법은 자석의 극 사이에 와이어 루프 또는 패러데이 디스크가 움직여 전기를 생성하는 것입니다. 중앙 발전소는 전력 변압기를 사용하여 고전압과 저손실로 전력을 전송하는 교류(AC) 송전의 개발로 경제적으로 실용적이 되었습니다.

상업용 전기 생산은 발전기를 수력 터빈에 연결하는 것으로 시작되었습니다. 전력의 기계적 생산은 2차 산업 혁명을 시작했으며 전기를 사용한 여러 발명품을 가능하게 했으며 주요 공헌자는 토마스 알바 에디슨과 니콜라 테슬라였습니다. 이전에는 전기를 생산하는 유일한 방법은 화학 반응이나 배터리 셀을 사용하는 것이었고 전기의 유일한 실제 용도는 전신이었습니다.

중앙 발전소의 발전은 1882년 펄 스트리트 역에서 발전기를 구동하는 증기 기관이 뉴욕 펄 스트리트의 공공 조명에 전력을 공급하는 DC 전류를 생성하면서 시작되었습니다. 이 새로운 기술은 전 세계 많은 도시에서 빠르게 채택되었으며, 가스 연료 가로등을 전력에 맞게 조정했습니다. 얼마 지나지 않아 전등은 공공 건물, 기업, 트램 및 기차와 같은 대중 교통에 전력을 공급하는 데 사용되었습니다.

최초의 발전소는 수력이나 석탄을 사용했습니다. [7] 오늘날에는 석탄, 원자력, 천연가스, 수력, 풍력, 석유 등 다양한 에너지원은 물론 태양 에너지, 조력 발전, 지열 등 다양한 에너지원이 사용됩니다.

1880년대에는 백열전구의 도입으로 전기의 인기가 크게 높아졌습니다. 조셉 스완과 토마스 에디슨 이전에 전구의 발명가가 22명으로 인정받았지만 에디슨과 스완의 발명품은 단연코 가장 성공적이고 인기 있는 발명품이 되었습니다. 19세기 초반에 전기 과학이 크게 발전했습니다. 그리고 19세기 후반에는 전기 기술과 공학의 발전으로 전기가 일상 생활의 일부가 되었습니다. 많은 전기 발명품이 도입되고 일상 생활에 구현되면서 가정 내 전기 수요가 급격히 증가했습니다. 이러한 수요 증가로 인해 결국 최초의 전기 공공 시설을 만들기 위해 전기 시스템에 투자하기 시작한 많은 기업가들이 이익 가능성을 보았습니다. 역사상 이 과정은 종종 전기화로 묘사됩니다. [8]

최초의 전기 분배는 서로 독립적으로 운영되는 회사에서 나왔습니다. 소비자는 생산자로부터 전기를 구매하고 생산자는 자신의 전력망을 통해 전기를 분배합니다. 기술이 발전함에 따라 발전의 생산성과 효율성도 향상되었습니다. 증기 터빈과 같은 발명품은 발전 효율뿐만 아니라 발전 경제성에도 막대한 영향을 미쳤습니다. 열 에너지를 기계 작업으로 변환하는 것은 증기 기관의 변환과 유사했지만 훨씬 더 큰 규모와 훨씬 더 생산적입니다. 이러한 대규모 발전소의 개선은 오늘날 우리가 사용하는 전체 전력 시스템에 필수적이 될 것이기 때문에 중앙 집중식 발전 과정에 매우 중요했습니다.

20세기 중반 내내 많은 유틸리티가 경제적, 효율성적 이점으로 인해 배전망을 통합하기 시작했습니다. 장거리 송전의 발명과 함께 발전소의 조정이 형성되기 시작했습니다. 그런 다음 이 시스템은 안정성과 신뢰성을 보장하기 위해 지역 시스템 운영자에 의해 보호되었습니다. 가정의 전기화는 1920년대 북유럽과 북미의 대도시와 도시 지역에서 시작되었습니다. 1930년대가 되어서야 농촌 지역에서 전기화가 대규모로 확립되었습니다. [9]

생성 방법[편집]

2024년 테라와트시(TWh) 단위의 소스별 세계 발전량. 총 발전량은 30.85페타와트시였습니다. [10]

1. 석탄 10,587 (34.4 %)
2. 천연가스 6,796 (22.1%)
3. 하이드로 4,417 (14.4%)
4. 원자력 2,765 (8.99%)
5. 풍력 2,497 (8.12%)
6. 태양열 2,130 (6.92%)
7. 기타 1,569 (5.10%)

다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 몇 가지 기본 방법이 존재합니다. 유틸리티 규모의 발전은 회전 발전기 또는 태양광 발전 시스템을 통해 달성됩니다. 유틸리티에서 분배하는 전력의 작은 부분은 배터리에 의해 제공됩니다. 틈새 응용 분야에 사용되는 다른 형태의 발전에는 마찰 전기 효과, 압전 효과, 열전 효과 및 베타 볼타가 포함됩니다.

발전기[편집]

본문: 발전기

풍력 터빈은 일반적으로 다른 전력 생산 방법과 함께 발전을 제공합니다.

발전기는 운동 에너지를 전기로 변환합니다. 패러데이의 법칙에 따라 전기를 생산하는 데 가장 많이 사용되는 형태입니다. 예를 들어 구리선과 같은 전도성 물질의 폐쇄 루프 내에서 자석을 회전시켜 실험적으로 볼 수 있습니다. 거의 모든 상업용 발전은 기계적 에너지가 발전기를 회전시키는 전자기 유도를 사용합니다.

전기화학[편집]

미국의 후버 댐과 같은 대형 댐은 많은 양의 수력 발전을 제공할 수 있습니다. 설치 용량은 2.07GW입니다.

전기화학은 배터리에서와 같이 화학 에너지를 전기로 직접 변환하는 것입니다. 전기화학적 발전은 휴대용 및 모바일 애플리케이션에서 중요합니다. 현재 대부분의 전기화학적 전력은 배터리에서 나옵니다. [11] 일반적인 아연-탄소 배터리와 같은 1차 전지는 직접 전원 역할을 하지만 2차 전지(즉, 충전식 배터리)는 1차 발전 시스템이 아닌 저장 시스템에 사용됩니다. 연료 전지로 알려진 개방형 전기화학 시스템은 천연 연료나 합성 연료에서 전력을 추출하는 데 사용할 수 있습니다. 삼투압력은 소금과 담수가 합쳐지는 곳에서 가능합니다.

광전지 효과[편집]

광전지 효과는 태양 전지에서와 같이 빛을 전기 에너지로 변환하는 것입니다. 태양광 패널은 햇빛을 DC 전기로 직접 변환합니다. 그런 다음 전력 인버터는 필요한 경우 이를 AC 전기로 변환할 수 있습니다. 태양광 산업은 1990년대부터 눈부신 성장을 이루었습니다.

경제학[편집]

참조: 소스별 전기 비용 및 전기 가격

전력 생산 방식의 선택과 경제적 생존 가능성은 수요와 지역에 따라 다릅니다. 전 세계적으로 경제 상황이 상당히 다양하여 주택 판매 가격이 널리 퍼지고 있습니다. 수력 발전소, 원자력 발전소, 화력 발전소 및 재생 가능 에너지원은 장단점이 있으며 선택은 지역 전력 수요와 수요 변동을 기반으로 합니다.

모든 전력망에는 다양한 부하가 있습니다. 일일 최소값[12]은 기본 부하로, 종종 지속적으로 가동되는 공장에서 공급됩니다. 원자력, 석탄, 석유, 가스 및 일부 수력 발전소는 기본 부하를 공급할 수 있습니다. 천연가스의 유정 건설 비용이 MWh당 10달러 미만인 경우 천연가스로 전기를 생산하는 것이 석탄을 태워 발전하는 것보다 저렴합니다. [13]

원자력 발전소는 단일 장치에서 엄청난 양의 전력을 생산할 수 있습니다. 그러나 원자력 재해로 인해 원자력의 안전성에 대한 우려가 제기되고 있으며, 원자력 발전소의 자본 비용은 매우 높습니다. 수력 발전소는 떨어지는 물의 위치 에너지를 터빈 이동 및 발전에 활용할 수 있는 지역에 위치합니다. 물의 흐름을 저장하는 능력이 제한되고 연간 생산 주기 동안 부하가 너무 많이 변하는 경제적으로 실행 가능한 단일 생산원이 아닐 수 있습니다.

발전 장비[편집]

본문: 발전기

로터가 제거된 대형 발전기

발전기는 1830년대 전자기 유도의 발견부터 단순한 형태로 알려졌습니다. 일반적으로 위에서 설명한 엔진이나 터빈과 같은 어떤 형태의 원동기는 고정된 와이어 코일을 지나 회전하는 자기장을 구동하여 기계적 에너지를 전기로 전환합니다. [14] 발전기를 사용하지 않는 유일한 상업적 규모의 전력 생산 형태는 태양광, 태양열 및 연료 전지입니다.

터빈[편집]

중국의 삼협댐과 같은 대형 댐은 많은 양의 수력 발전을 제공할 수 있습니다. 22.5GW의 용량을 가지고 있습니다.

지구상의 거의 모든 상업용 전력은 바람, 물, 증기 또는 연소 가스에 의해 구동되는 터빈으로 생성됩니다. 터빈은 발전기를 구동하여 전자기 유도를 통해 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 열기관, 수력, 풍력, 조력 등 기계적 에너지를 개발하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 대부분의 발전은 열기관에 의해 구동됩니다.

화석 연료의 연소는 이러한 엔진에 대부분의 에너지를 공급하며, 상당 부분은 핵분열에서, 일부는 재생 가능한 자원에서 공급됩니다. 1884년 찰스 파슨스 경이 발명한 현대식 증기 터빈은 현재 다양한 열원을 사용하여 전 세계 전력의 약 80%를 생산하고 있습니다. 터빈 유형은 다음과 같습니다.

• 증기
  • 물은 화력 발전소에서 태워진 석탄으로 끓입니다. 전체 전기의 약 41%가 이러한 방식으로 생산됩니다. [15]
  • 원자로에서 생성된 핵분열은 증기를 생성합니다. 이러한 방식으로 생산되는 전기는 15% 미만입니다.
  • 재생 가능 에너지. 증기는 바이오매스, 태양열 에너지 또는 지열 발전에 의해 생성됩니다.
• 천연 가스: 터빈은 연소에 의해 생성된 가스에 의해 직접 구동됩니다. 복합 사이클은 증기와 천연 가스에 의해 구동됩니다. 그들은 가스 터빈에서 천연가스를 태워 전력을 생산하고 잔열을 사용하여 증기를 생성합니다. 전 세계 전력의 최소 20%가 천연가스로 생산됩니다.
• : 복합화력발전소 CCPP 를 참조할 것- 복합화력 발전소 상세 계통도 - 검색 이미지 (bing.com)
• 물 에너지는 떨어지는 물, 조수의 상승 및 하강 또는 해양 열류(해양 열 에너지 변환 참조)와 같은 물의 움직임에서 물 터빈에 의해 포착됩니다. 현재 수력 발전소는 전 세계 전력의 약 16%를 공급하고 있습니다.
• 풍차는 매우 초기의 풍력 터빈이었습니다. 2018년에는 전 세계 전력의 약 5%가 풍력으로 생산되었습니다

터빈은 증기 이외의 다른 열 전달 액체를 사용할 수도 있습니다. 초임계 이산화탄소 기반 사이클은 더 빠른 열 교환, 더 높은 에너지 밀도 및 더 간단한 전력 사이클 인프라로 인해 더 높은 변환 효율을 제공할 수 있습니다. 현재 개발 중인 초임계 이산화탄소 혼합물은 임계 압력 및 온도 지점을 최적화하여 효율성을 더욱 높일 수 있습니다.

터빈은 상업용 발전에서 가장 일반적이지만 소형 발전기는 가솔린 또는 디젤 엔진으로 구동될 수 있습니다. 이는 백업 발전에 사용되거나 고립된 마을 내에서 주요 전력원으로 사용될 수 있습니다.

월드 프로덕션

이 문서는 전자기 발전에 관한 것입니다. Van de Graaff 기계와 같은 정전기 발생기의 경우 정전기 발생기를 참조하십시오. 광자를 전기로 변환하는 장치는 광전지 패널을 참조하십시오.

현대식 증기 터빈 발전기(STG)의 미국 NRC 이미지.

엘람 (EELAM/Shush) 33교- Abadan에서 체류할 때의 모습-dhleepaul

발전에서 발전기, 발전기 및 전자기 발전기라고도 하는 발전기는 외부 회로에서 사용하기 위해 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기 기계 장치입니다. [1] [2] 회전하는 기계인 대부분의 발전기에서 운동 동력의 원천이 발전기의 샤프트를 회전시키고 발전기는 외부 회로를 통해 흐르는 출력 단자에서 전류를 생성하여 전기 부하에 전력을 공급합니다. 발전기를 구동하는 데 사용되는 기계적 에너지원에는 증기 터빈, 가스 터빈, 수력 터빈, 내연 기관, 풍력 터빈 및 수동 크랭크가 포함됩니다. 발전기는 전 세계 전력망에 필요한 거의 모든 전력을 생산합니다. 최초의 전자기 발전기인 패러데이 디스크는 1831년 영국 과학자 마이클 패러데이에 의해 발명되었습니다.

전기 에너지를 기계 에너지로 역변환하는 것은 전기 모터에 의해 수행되며 모터와 발전기는 매우 유사합니다. 일부 모터는 "거꾸로" 의미에서 발전기로 사용할 수 있으며 샤프트가 회전하면 전력이 생성됩니다.

위에서 설명한 전기 기계 발전기에 대한 가장 일반적인 용도 외에도 발전기라는 용어는 각각 태양광 발전과 화학 연료를 사용하여 전력을 생성하는 광전지, 연료 전지 및 자기 유체 역학 구동 장치에도 사용됩니다.

용어[편집]

벨기에 서부 플랑드르 Zwevegem의 초기 Ganz 발전기

전자기 발전기는 발전기와 교류 발전기라는 두 가지 광범위한 범주 중 하나에 속합니다.

• 다이나모는 정류자를 사용하여 펄스 직류를 생성합니다.
• 교류 발전기는 교류를 생성합니다.

기계적으로 발전기는 함께 자기 회로를 형성하는 회전 부분과 고정 부분으로 구성됩니다.

• 로터: 전기 기계의 회전 부분.
• 고정자: 회전자를 둘러싸고 있는 전기 기계의 고정 부분입니다.

이 부품 중 하나는 자기장을 생성하고 다른 부품에는 변화하는 자기장이 전류를 유도하는 와이어 권선이 있습니다.

• 계자 권선 또는 계자(영구) 자석: 전기 기계의 자기장 생성 구성 요소. 발전기 또는 교류 발전기의 자기장은 계자 코일 또는 영구 자석이라고 하는 전선 권선에 의해 제공될 수 있습니다. 전기 여자 발전기에는 자계 자속을 생성하는 여자 시스템이 포함됩니다. 영구 자석(PM)을 사용하는 발전기를 마그네토 또는 영구 자석 동기 발전기(PMSG)라고도 합니다.
• 전기자: 전기 기계의 전력 생산 부품입니다. 발전기, 교류 발전기 또는 발전기에서 전기자 권선은 전류를 생성하여 외부 회로에 전원을 공급합니다.

전기자는 설계에 따라 회전자 또는 고정자에 있을 수 있으며 다른 부분에는 계자 코일 또는 자석이 있습니다.

역사[편집]

자기와 전기 사이의 연관성이 발견되기 전에 정전기 발생기가 발명되었습니다. 그들은 전하를 띤 벨트, 플레이트 및 디스크를 사용하여 고전위 전극에 전하를 운반하는 움직이는 정전기 원리에 따라 작동했습니다. 전하는 정전기 유도 또는 마찰 전기 효과의 두 가지 메커니즘 중 하나를 사용하여 생성되었습니다. 이러한 발전기는 매우 높은 전압과 낮은 전류를 생성했습니다. 비효율성과 매우 높은 전압을 생성하는 기계를 절연하는 것이 어렵기 때문에 정전기 발생기는 정격 전력이 낮았고 상업적으로 상당한 양의 전력을 생산하는 데 사용되지 않았습니다. 그들의 유일한 실용적인 응용 분야는 초기 X선관에 동력을 공급하는 것이었고 나중에는 일부 원자 입자 가속기에 동력을 공급하는 것이었습니다.

패러데이 디스크 생성기[편집]

패러데이 디스크는 최초의 발전기였습니다. 말굽 모양의 자석(A)은 디스크(D)를 통해 자기장을 생성했습니다. 디스크를 돌리면 중앙에서 림을 향해 방사형으로 바깥쪽으로 전류가 유도되었습니다. 전류는 슬라이딩 스프링 접점 m을 통해 외부 회로를 통해 흘러나와 차축을 통해 디스크 중앙으로 다시 흘러나왔습니다.

본문: 동극성 발전기

전자기 발전기의 작동 원리는 1831-1832년에 마이클 패러데이에 의해 발견되었습니다. 나중에 패러데이의 유도 법칙이라고 불리는 이 원리는 다양한 자속을 둘러싸는 전기 전도체에서 기전력이 생성된다는 것입니다.

패러데이는 또한 패러데이 디스크라고 불리는 최초의 전자기 발전기를 만들었습니다. 말굽 자석의 극 사이에서 회전하는 구리 디스크를 사용하는 일종의 동극성 발전기. 그것은 작은 DC 전압을 생성했습니다.

이 설계는 자기장의 영향을 받지 않는 디스크 영역에서 전류의 자체 취소 역류로 인해 비효율적이었습니다. 전류가 자석 바로 아래에 유도되는 동안 전류는 자기장의 영향을 받지 않는 영역에서 역순환합니다. 이 역류는 픽업 와이어에 대한 전력 출력을 제한하고 구리 디스크의 폐가열을 유도했습니다. 이후의 동극성 발전기는 디스크 둘레 주위에 배열된 자석 배열을 사용하여 하나의 전류 흐름 방향에서 일정한 전계 효과를 유지함으로써 이 문제를 해결했습니다.

또 다른 단점은 자속을 통과하는 단일 전류 경로로 인해 출력 전압이 매우 낮다는 것입니다. 실험자들은 코일에 여러 권의 와이어를 사용하면 더 높고 유용한 전압을 생성할 수 있음을 발견했습니다. 출력 전압은 권선 수에 비례하기 때문에 권선 수를 변경하여 원하는 전압을 생성하도록 발전기를 쉽게 설계할 수 있습니다. 전선 권선은 이후의 모든 발전기 설계의 기본 기능이 되었습니다.

Jedlik과 자기 흥분 현상

패러데이와는 별개로 Ányos Jedlik은 1827년에 전자기 자체 회전자라고 부르는 전자기 회전 장치로 실험을 시작했습니다. 단극 전기 스타터(1852년에서 1854년 사이에 완성됨)의 프로토타입에서 고정 부품과 회전 부품 모두 전자기식이었습니다. 또한 영구 자석 설계를 대체한 발전기 자체 여기 원리의 발견이었습니다.[3] 그는 또한 1861년(Siemens와 Wheatstone 이전)에 발전기의 개념을 공식화했을 수 있지만 자신이 이것을 처음으로 깨달은 사람이 아니라고 생각했기 때문에 특허를 받지 않았습니다. [4]

직류 발전기[편집]

본문: Dynamo

Hippolyte Pixii의 발전기. 정류자는 회전하는 자석 아래의 샤프트에 있습니다.

이 대형 벨트 구동 고전류 발전기는 7V에서 310암페어를 생산했습니다. 다이나모는 고전력 애플리케이션에 필요한 정류자의 크기와 복잡성으로 인해 더 이상 사용되지 않습니다.

자기장에서 회전하는 와이어 코일은 180° 회전할 때마다 방향이 바뀌는 전류인 교류(AC)를 생성합니다. 그러나 많은 초기 전기 사용에는 직류(DC)가 필요했습니다. 발전기라고 불리는 최초의 실용적인 발전기에서 AC는 전기자 샤프트의 회전 스위치 접점 세트인 정류자를 사용하여 DC로 변환되었습니다. 정류자는 샤프트가 180° 회전할 때마다 전기자 권선을 회로에 반대로 연결하여 펄스 DC 전류를 생성했습니다. 최초의 발전기 중 하나는 1832년 Hippolyte Pixii에 의해 제작되었습니다.

발전기는 산업에 전력을 공급할 수 있는 최초의 발전기였습니다. 현재 버밍엄 과학 박물관의 Thinktank에 있는 1844년의 Woolrich 발전기는 산업 공정에 사용된 최초의 발전기입니다. [5] Elkingtons 회사에서 상업용 전기 도금을 위해 사용했습니다. [6][7][8]

산업 응용 분야에 사용하기에 적합한 현대식 발전기는 찰스 휘트스톤 경, 베르너 폰 지멘스 및 사무엘 알프레드 발리에 의해 독립적으로 발명되었습니다. Varley는 1866년 12월 24일에 특허를 취득했고, Siemens와 Wheatstone은 모두 1867년 1월 17일 왕립학회에 논문을 발표하여 발견을 발표했습니다. [9][10]

"발전기 전기 기계"는 고정자장을 생성하기 위해 영구 자석이 아닌 자체 전원 공급 전자기장 코일을 사용했습니다. [11] 휘트스톤의 설계는 지멘스의 설계와 유사했는데, 지멘스 설계에서는 고정자 전자석이 회전자와 직렬로 연결되어 있지만 휘트스톤의 설계에서는 병렬로 이루어져 있다는 차이점이 있습니다. [9] [10] 영구 자석이 아닌 전자석을 사용하여 발전기의 출력이 크게 증가하고 처음으로 고발전이 가능해졌습니다. 이 발명은 전기의 최초의 주요 산업 용도로 직접 이어졌습니다. 예를 들어, 1870년대에 Siemens는 전자기 발전기를 사용하여 금속 및 기타 재료 생산을 위한 전기로에 전력을 공급했습니다.

개발된 발전기 기계는 자기장을 제공하는 고정 구조와 해당 자기장 내에서 회전하는 일련의 회전 권선으로 구성되었습니다. 더 큰 기계에서 일정한 자기장은 일반적으로 자기 코일이라고 하는 하나 이상의 전자석에 의해 제공됩니다.

대규모 발전 발전기는 현재 배전을 위해 교류를 거의 보편적으로 사용하기 때문에 이제 거의 볼 수 없습니다. AC가 채택되기 전에는 매우 큰 직류 발전기가 발전 및 배전의 유일한 수단이었습니다. AC는 AC가 매우 높은 전압으로 쉽게 변환되어 장거리에서 낮은 손실을 허용할 수 있기 때문에 지배적이 되었습니다.

동기식 발전기 (교류 발전기)[편집]

본문: 교류 발전기

페란티 교류 발전기, 1900년경.

일련의 발견을 통해 발전기는 이후의 많은 발명품, 특히 교류를 생성할 수 있는 AC 교류 발전기로 이어졌습니다. 일반적으로 동기식 발전기(SG)로 알려져 있습니다. 동기식 기계는 그리드에 직접 연결되며 시동 중에 적절하게 동기화되어야 합니다. [12] 또한 전력 시스템의 안정성을 향상시키기 위한 특수 제어에 흥분합니다. [13]

교류 생성 시스템은 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 전류의 자기 유도에 대한 최초의 발견에서 간단한 형태로 알려졌습니다. 패러데이 자신은 초기 교류 발전기를 만들었습니다. 그의 기계는 이극성이었던 "회전하는 직사각형"이었는데, 각 활성 도체는 자기장이 반대 방향인 영역을 연속적으로 통과했습니다. [14]

대형 2상 교류 발전기는 1882년 영국의 전기 기술자인 JHE Gordon에 의해 제작되었습니다. "교류 발전기 시스템"의 첫 번째 공개 시연은 1886년 Westinghouse Electric의 직원인 William Stanley Jr.에 의해 제공되었습니다. [15]

Sebastian Ziani de Ferranti는 유명한 물리학자 Lord Kelvin의 도움으로 발명된 Ferranti-Thompson 발전기를 판매하기 위해 1882년에 Ferranti, Thompson and Ince를 설립했습니다. [16] 그의 초기 교류 발전기는 100Hz에서 300Hz 사이의 주파수를 생성했습니다. Ferranti는 1887년 교류 시스템을 사용하여 London Electric Supply Corporation의 Deptford 발전소를 설계했습니다. 1891년에 완공되자마자 고전압 AC 전원을 공급한 후 각 거리에서 소비자가 사용할 수 있도록 "강압"된 최초의 진정한 현대식 발전소였습니다. 이 기본 시스템은 오늘날에도 전 세계적으로 사용되고 있습니다.

별도의 벨트 구동 여자 발전기가 있는 1900년대 초 소형 75kVA 직접 구동 발전소 AC 교류 발전기입니다.

1891년 이후에는 여러 위상의 전류를 공급하기 위해 다상 교류 발전기가 도입되었습니다. [17] 후기 교류 발전기는 아크 조명, 백열등 및 전기 모터와 함께 사용하기 위해 16헤르츠에서 약 100헤르츠 사이의 다양한 교류 주파수를 위해 설계되었습니다. [18]

자기 흥분[편집]

본문: 여기(자기)

대규모 발전에 대한 요구 사항이 증가함에 따라 영구 자석에서 사용할 수 있는 자기장이라는 새로운 한계가 생겼습니다. 발전기에서 생성된 소량의 전력을 회전자에 장착된 전자기장 코일로 전환하면 발전기가 훨씬 더 많은 전력을 생산할 수 있었습니다. 이 개념을 자기 여기라고 불렀습니다.

계자 코일은 전기자 권선과 직렬 또는 병렬로 연결됩니다. 발전기가 처음 회전하기 시작하면 철심에 존재하는 소량의 잔류 자성이 발전기를 시작하기 위한 자기장을 제공하여 전기자에 작은 전류를 생성합니다. 이것은 계자 코일을 통해 흐르며 더 큰 전기자 전류를 생성하는 더 큰 자기장을 생성합니다. 이 "부트스트랩" 프로세스는 코어의 자기장이 포화로 인해 평준화되고 발전기가 정상 상태 전력 출력에 도달할 때까지 계속됩니다.

초대형 발전소 발전기는 종종 별도의 소형 발전기를 사용하여 더 큰 발전소의 계자 코일을 여기시킵니다. 발전소가 고립된 심각한 광범위한 정전이 발생하는 경우, 발전소는 고객 전력 서비스를 복원하기 위해 가장 큰 발전기의 필드를 여기시키기 위해 블랙 스타트를 수행해야 할 수 있습니다.

특수 유형의 발전기[편집]

직류(DC)[편집]

발전기는 정류자를 사용하여 직류를 생성합니다. 그것은 자기 여기, 즉 자계 전자석이 기계 자체 출력에 의해 구동됩니다. 다른 유형의 DC 발전기는 별도의 직류 소스를 사용하여 자계 자석에 전원을 공급합니다.

동극성 발전기[편집]

본문: 동극성 발전기

동극성 발전기는 균일한 정자기장에 수직인 평면에서 회전하는 전기 전도성 디스크 또는 실린더로 구성된 DC 발전기입니다. 디스크의 중심과 림(또는 실린더의 끝) 사이에 전위차가 생성되며, 회전 방향과 필드의 방향에 따라 전기 극성이 발생합니다.

단극 발전기, 비순환 발전기, 디스크 발전기 또는 패러데이 디스크라고도 합니다. 전압은 일반적으로 소규모 시연 모델의 경우 몇 볼트 정도로 낮지만 대규모 연구용 발전기는 수백 볼트를 생성할 수 있으며 일부 시스템에는 더 큰 전압을 생성하기 위해 여러 개의 발전기가 직렬로 연결되어 있습니다. [19] 동극 발전기를 매우 낮은 내부 저항으로 만들 수 있기 때문에 백만 암페어가 넘는 엄청난 전류를 생성할 수 있다는 점에서 이례적입니다.

자기유체역학(MHD) 발전기[편집]

본문: 자기 유체 역학 발전기

자기 유체 역학 발전기는 회전하는 전자기 기계를 사용하지 않고 자기장을 통해 움직이는 뜨거운 가스에서 직접 전력을 추출합니다. MHD 발전기는 원래 플라즈마 MHD 발전기의 출력이 증기 발전소의 보일러를 잘 가열할 수 있는 화염이기 때문에 개발되었습니다. 최초의 실용적인 설계는 1965년에 개발된 AVCO Mk. 25입니다. 미국 정부는 상당한 개발에 자금을 지원하여 1987년 25MW 시범 발전소로 절정에 달했습니다. 1972년부터 1980년대 후반까지 소련에서 MHD 발전소 U 25는 당시 세계에서 가장 큰 MHD 발전소 등급인 25MW의 정격으로 모스크바 전력 시스템에서 정기적인 유틸리티 운영을 하고 있었습니다. [20] 토핑 사이클로 작동하는 MHD 발전기는 현재(2007년) 복합 사이클 가스 터빈보다 효율성이 떨어집니다.

교류(AC)[편집]

유도 발전기[편집]

본문: 유도 발전기

유도 AC 모터는 기계적 에너지를 전류로 변환하는 발전기로 사용할 수 있습니다. 유도 발전기는 동시 속도보다 빠르게 회전자를 기계적으로 돌려 음의 슬립을 발생시켜 작동합니다. 일반 AC 비동시 모터는 일반적으로 부품을 변경하지 않고 발전기로 사용할 수 있습니다. 유도 발전기는 비교적 간단한 제어로 에너지를 회수할 수 있기 때문에 소형 수력 발전소, 풍력 터빈과 같은 응용 분야 또는 고압 가스 흐름을 더 낮은 압력으로 줄이는 데 유용합니다. 회전 자기장은 그들이 가지고 있는 회로의 유도에 의해 제공되기 때문에 작동을 시작하는 데 다른 회로가 필요하지 않습니다. 또한 본질적으로 연결된 그리드 주파수에서 작동하므로 속도 조절기 장비가 필요하지 않습니다.

유도 발전기는 선행 전압으로 전원을 공급받아야 합니다. 이것은 일반적으로 전력망에 연결하거나 위상 보정 커패시터로 자체적으로 전원을 공급하여 수행됩니다.

선형 발전기[편집]

본문: 선형 교류 발전기

가장 간단한 형태의 선형 발전기에서 슬라이딩 자석은 솔레노이드, 구리선 또는 코일을 통해 앞뒤로 움직입니다. 자석이 미끄러질 때마다 패러데이의 유도 법칙에 의해 와이어 또는 와이어 루프에 교류가 유도됩니다. 이 유형의 발전기는 패러데이 손전등에 사용됩니다. 더 큰 선형 발전기는 파력 방식에 사용됩니다.

가변 속도 정주파 발생기[편집]

계통 연결 발전기는 일정한 주파수로 전력을 공급합니다. 동기식 또는 유도식 발전기의 경우, 발전기 샤프트를 회전시키는 원동기 속도는 필요한 유틸리티 주파수에서 전력을 공급하기 위해 특정 속도(또는 좁은 속도 범위)에 있어야 합니다. 기계적 속도 조절 장치는 필요한 고정 주파수를 유지하기 위해 입력 에너지의 상당 부분을 낭비할 수 있습니다.

원동기의 속도를 엄격하게 조절하는 것이 비실용적이거나 바람직하지 않은 경우 이중 공급 전기 기계를 발전기로 사용할 수 있습니다. 전력 전자 장치의 도움으로 더 넓은 범위의 발전기 샤프트 속도에서 출력 주파수를 원하는 값으로 조절할 수 있습니다. 또는 주파수를 조절하려는 시도 없이 표준 발전기를 사용할 수 있으며 결과 전력은 정류기와 변환기 조합을 통해 원하는 출력 주파수로 변환됩니다. 더 넓은 범위의 원동기 속도를 허용하면 더 복잡한 발전기 및 제어 장치를 희생하면서 설비의 전체 에너지 생산을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 고정된 주파수로 작동하는 풍력 터빈이 높은 풍속에서 에너지를 유출해야 할 수 있는 경우 가변 속도 시스템을 사용하면 풍속이 높은 기간 동안 포함된 에너지를 회수할 수 있습니다.

일반적인 사용 사례

발전소[편집]

본문: 발전소

남아프리카 케이프타운의 애슬론 발전소

슬로바키아 Gabčíkovo 댐의 수력 발전소

애리조나주 페이지의 글렌 캐년 댐 수력 발전소

발전소 또는 발전소, 때로는 발전소 또는 발전소라고도 하는 발전소는 전기를 생산하는 산업 시설입니다. 대부분의 발전소에는 하나 이상의 발전기 또는 기계적 동력을 3상 전력으로 변환하는 회전 기계가 있습니다. 자기장과 도체 사이의 상대 운동은 전류를 생성합니다. 발전기를 돌리는 데 사용되는 에너지원은 매우 다양합니다. 전 세계 대부분의 발전소는 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료를 태워 전기를 생산합니다. 청정 에너지원에는 원자력이 포함되며 태양, 바람, 파도 및 수돗물과 같은 재생 에너지를 점점 더 많이 사용하고 있습니다.

차량용 발전기[편집]

이동식 발전기

도로 차량[편집]

본문: 교류 발전기 (자동차)

자동차는 계기에 전력을 공급하고, 엔진 자체를 계속 작동시키고, 배터리를 재충전하기 위해 전기 에너지가 필요합니다. 1960년대경까지 자동차는 전기 기계 조절기와 함께 DC 발전기(발전기)를 사용하는 경향이 있었습니다. 위의 역사적 추세에 따라 동일한 이유로 이들은 이제 정류기 회로가 내장된 교류 발전기로 대체되었습니다.

자전거[편집]

자전거는 주행등 및 기타 장비에 전력을 공급하기 위해 에너지가 필요합니다. 자전거에 사용되는 발전기에는 필요에 따라 자전거 타이어에 맞물리는 병 발전기와 자전거의 구동계에 직접 부착되는 허브 발전기의 두 가지 일반적인 종류가 있습니다. 이 이름은 다이나모와 같은 자기 여자 DC 기계가 아닌 소형 영구 자석 교류 발전기이기 때문에 일반적입니다. 일부 전기 자전거는 회생 제동이 가능하며, 구동 모터가 제동 중에 일부 에너지를 회수하기 위해 발전기로 사용됩니다.

범선[편집]

범선은 수력 또는 풍력 발전기를 사용하여 배터리를 세류 충전할 수 있습니다. 소형 프로펠러, 풍력 터빈 또는 터빈은 저전력 발전기에 연결되어 일반적인 바람 또는 순항 속도로 전류를 공급합니다.

레저용 차량[편집]

레저용 차량은 에어컨 장치 및 냉장고를 포함한 온보드 액세서리에 전원을 공급하기 위해 추가 전원 공급 장치가 필요합니다. RV 전원 플러그는 안정적인 전원 공급을 얻기 위해 발전기에 연결됩니다. [21]

전기 스쿠터[편집]

회생 제동 기능이 있는 전기 스쿠터는 전 세계적으로 인기를 얻고 있습니다. 엔지니어는 스쿠터의 운동 에너지 회수 시스템을 사용하여 에너지 소비를 줄이고 추가 사용을 위해 전기 에너지를 생성하는 마그네틱 브레이크를 사용하여 에너지를 회수하기만 하면 주행 거리를 최대 40-60%까지 늘립니다. 최신 차량은 최대 25-30km/h의 속도에 도달하고 최대 35-40km를 달릴 수 있습니다.

발전기 세트[편집]

본문: 엔진-발전기

엔진-발전기는 발전기와 엔진(원동기)을 함께 장착하여 단일 독립형 장비를 형성하는 조합입니다. 사용되는 엔진은 일반적으로 피스톤 엔진이지만 가스 터빈도 사용할 수 있으며 이중 연료 장치라고 하는 하이브리드 디젤-가스 장치도 있습니다. 매우 작은 휴대용 가솔린 구동 세트에서 대형 터빈 설치에 이르기까지 다양한 버전의 엔진-발전기를 사용할 수 있습니다. 엔진-발전기의 주요 장점은 독립적으로 전기를 공급할 수 있어 장치가 백업 전원 역할을 할 수 있다는 것입니다. [22]

인력 발전기

본문: 자체 전원 장비

발전기는 인간의 근력에 의해 구동될 수도 있습니다(예: 현장 라디오 방송국 장비).

월스트리트 점령 시위대가 모터와 단방향 다이오드에 연결된 자전거를 사용하여 전자 제품 배터리를 충전하고 있습니다[23]

인력 발전기는 상업적으로 이용 가능하며 일부 DIY 애호가의 프로젝트였습니다. 일반적으로 페달 동력, 개조된 자전거 트레이너 또는 풋 펌프를 통해 작동되는 이러한 발전기는 실제로 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있으며 경우에 따라 일체형 인버터로 설계되었습니다. 평균적인 "건강한 인간"은 8시간 동안 꾸준히 75와트(0.1마력)를 생산할 수 있는 반면, "일류 운동선수"는 비슷한 기간 동안 약 298와트(0.4마력)를 생산할 수 있으며, 그 기간이 끝나면 미정 기간의 휴식과 회복이 필요합니다. 298와트에서 평균적인 "건강한 인간"은 10분 이내에 지칩니다. [24] 생산할 수 있는 순 전력은 발전기의 효율성으로 인해 더 적습니다. 크랭크가 있는 휴대용 라디오 수신기는 배터리 구매 요구 사항을 줄이기 위해 만들어졌습니다(시계태엽 라디오 참조). 20세기 중반에 페달 구동 라디오는 호주 아웃백 전역에서 외딴 역과 마을에서 학교 교육(School of the Air), 의료 및 기타 요구를 제공하는 데 사용되었습니다.

기계적 측정[편집]

타코제너레이터는 샤프트 속도에 비례하는 출력 전압을 생성하는 전기 기계 장치입니다. 속도 표시기 또는 피드백 속도 제어 시스템에 사용할 수 있습니다. 타코제너레이터는 전기 모터, 엔진 및 구동하는 장비의 속도를 측정하기 위해 회전 속도계에 전력을 공급하는 데 자주 사용됩니다. 발전기는 샤프트 속도에 거의 비례하는 전압을 생성합니다. 정밀한 구조와 설계를 통해 특정 범위의 샤프트 속도에 대해 매우 정밀한 전압을 생성하도록 발전기를 제작할 수 있습니다. [ 인용 필요 ]

등가 회로[편집]

발전기와 부하의 등가 회로.

• G, 발전기
• VG, 발전기 개방 회로 전압
• RG, 발전기 내부 저항
• VL, 발전기 부하 전압
• RL, 부하 저항

발전기와 부하의 등가 회로는 인접한 다이어그램에 나와 있습니다. 발전기는 이상적인 전압 소스와 내부 임피던스로 구성된 추상 발전기로 표시됩니다. 발전기의𝑉G

그리고𝑅G

매개변수는 권선 저항(작동 온도로 보정됨)을 측정하고 정의된 전류 부하에 대한 개방 회로 및 부하 전압을 측정하여 결정할 수 있습니다.

이것은 발전기의 가장 간단한 모델이며 정확한 표현을 위해 추가 요소를 추가해야 할 수도 있습니다. 특히, 기계의 권선과 누설 자속을 허용하기 위해 인덕턴스를 추가할 수 있지만,[25] 전체 표현은 이보다 훨씬 더 복잡해질 수 있습니다. [26]

참조

• 에너지 포털

• 디젤 발전기
• 발전
• 전동기
• 엔진-발전기
• 패러데이의 유도 법칙
• 가스 터빈
• 세대 확장 계획
• 선한 요소
• 수력 전기
• 증기 발생기(보일러)
• 증기 발생기(철도)
• 증기 터빈
• 초전도 전기 기계
• 싱크론 버터
• 열전 발전기
• 화력발전소
• 조류 발생기

참고문헌[편집]

1. ^ 사데브, SK (2018). 전기 기계. 케임브리지 대학 출판부. p. 48. ISBN 9781108431064.
2. ^ 캄, 로렌스 J. (1995). 전기 기계 공학의 이해: 메카트로닉스 소개. 존 와일리와 아들들. 피. 67. ISBN 9780780310315.
3. ^ 아우구스투스 헬러 (1896년 4월 2일). "아니아누스 예들릭". 자연. 53 (1379). 노먼 로키어: 516. 서기코드:1896Natur.. 53..516H. 도이:10.1038/053516a0.
4. ^ 아우구스투스 헬러 (1896년 4월 2일), "Anianus Jedlik", Nature, 53 (1379), Norman Lockyer: 516, Bibcode:1896Natur.. 53..516H, 도이:10.1038/053516a0
5. ^ 버밍엄 박물관 신탁 카탈로그, 수탁 번호: 1889S00044
6. ^ 토마스, 존 뫼리그 (1991). 마이클 패러데이와 왕립 연구소: 인간과 장소의 천재성. 브리스톨: 힐거. 피. 51. ISBN 978-0750301459.
7. ^ 보챔프, KG (1997). 전기 전시. IET. 피. 90. ISBN 9780852968956.
8. ^ 헌트, LB (1973년 3월). "금도금의 초기 역사". 금 게시판. 6 (1): 16–27. 도이:10.1007/BF03215178.
9. ^ Jump up to:a b 지멘스, 찰스 윌리엄(1867). "II. 영구 자성의 도움 없이 동적을 전기력으로 변환하는 것에 관하여" (PDF) . 런던 왕립학회 회보. 15: 367–369. 도이:10.1098/rspl.1866.0082.
10. ^ Jump up to:a b 휘트스톤, 찰스 (1867). "III. 자석 자체에 의해 유도된 전류의 반응에 의한 자석의 전력 증대에 관하여". 런던 왕립학회 회보. 15: 369–372. 도이:10.1098/rspl.1866.0083.
11. ^ 베를린 베리히테. 1867년 1월. {{cite journal}}: 누락되거나 비어 있음 |title= (도움말)
12. ^ Schaefer, Richard C. (2017년 1월–2월). "발전기 동기화의 기술". 산업 응용 프로그램에 대한 IEEE 트랜잭션. 53(1): 751–757. 도이:10.1109/TIA.2016.2602215. ISSN 0093-9994. S2CID 15682853.
13. ^ 바슬러, 마이클 J.; 쉐퍼, 리처드 C. (2008). "전력 시스템 안정성 이해". 산업 응용 프로그램에 대한 IEEE 트랜잭션. 44 (2): 463–474. 도이:10.1109/TIA.2008.916726. ISSN 0093-9994. S2CID 62801526.
14. ^ 톰슨, 실바누스 P., 다이나모 전기 기계. 피. 7
15. ^ Blalock, Thomas J., "교류 전기화, 1886". IEEE 역사 센터, IEEE 이정표. (ed. DC 발전기 – AC 변압기 시스템의 첫 번째 실제 시연.)
16. ^ Ferranti Timeline 2015년 10월 3일 Wayback Machine – 과학 산업 박물관 (2012년 2월 22일 액세스)
17. ^ 톰슨, 실바누스 P., 다이나모 전기 기계. 피. 17
18. ^ 톰슨, 실바누스 P., 다이나모 전기 기계. 피. 16
19. ^ Losty, HWH &; Lewis, DL (1973) "동극성 기계". 런던 왕립학회를 위한 철학적 거래. 시리즈 A, 수학 및 물리 과학. 275 (1248), 69–75
20. ^ Langdon Crane, 자기 유체 역학 (MHD) 발전기: 더 적은 연료로 더 많은 에너지, 문제 요약 번호 IB74057, 의회 도서관 의회 연구 서비스, 1981, 2008 년 7 월 18 일 Digital.library.unt.edu 에서 검색함.
21. ^ 마르코비치, 토니 (2021-09-14). "캠핑카나 RV가 독립형 생활을 위해 필요한 것" . 2023-03-03 에 확인함 .
22. ^ "허리케인 대비: 발전기가 제공하는 보호 | Mark Lum과 함께 전원 켜기" . Wpowerproducts.com. 2011년 5월 10일. 2012년 8월 24일에 확인함 .
23. ^ 발전기가 사라지면서 월스트리트 시위대가 자전거 동력을 시도하다, Colin Moynihan, New York Times, 2011년 10월 30일; 2011년 11월 2일 액세스.
24. ^ "프로그램: hpv(11년 6월 22일 업데이트)" . Ohio.edu. 2016-03-08에 원본 문서에서 보존된 문서 . 2012-08-24 에 확인함 .
25. ^ Geoff Klempner, Isidor Kerszenbaum, "1.7.4 등가 회로", 대형 터보 발전기 작동 및 유지 관리 핸드북, John Wiley & Sons, 2011(Kindle 에디션), ISBN 1118210409.
26. ^ 하세 요시히데, "10: 발전기 이론", 전력 시스템 공학 핸드북, John Wiley & Sons, 2007, ISBN 0470033665.

위키미디어 공용에는 발전기 관련 미디어가 있습니다.

보이다

• v
• t
• e

전기 기계

보이다권한 제어 데이터베이스

카테고리:

• 발전기
• 영어 발명
• 19세기 발명품

• 이 문서는 2025년 8월 17일 21:50 (UTC)에 마지막으로 편집되었습니다.