태양광 발전기는 언제 발명되었나요?

서기 1831년 패러데이가 발명했습니다.

서기 1831년, 패러데이는 전자기장을 통해 폐쇄 회로의 전선을 통과시켰고, 전선이 회전하면 전선을 통해 전류가 흘러갔습니다. 패러데이는 전기와 자기장 사이에 밀접한 관계가 있다는 것을 알게 되었고, 자기장 내에서 회전하는 구리 디스크로 구성된 최초의 프로토타입 발전기를 제작하여 전기를 생산했습니다. 그때까지 모든 전기는 정전기 기계와 배터리에 의해 생산되었지만 어느 쪽도 엄청난 양의 전력을 생산할 수 없었습니다. 그러나 패러데이의 발전기는 마침내 모든 것을 바꾸어 놓았습니다.

발전기에는 두 개 이상의 자기장 사이에서 빠르게 회전할 수 있는 전자석이 포함되어 있습니다. 두 자기장이 서로 교차하면 전기가 생성되고, 이 전기는 전선을 통해 발전기 밖으로 유도됩니다. 전자공학자들은 발전기 전선의 권선 방식과 자석의 배열에 따라 교류(AC) 또는 직류(DC)를 얻습니다. 대부분의 발전기는 직류보다 송전선을 통해 장거리 전송이 더 쉬운 교류를 생성합니다. .

물리학을 공부한 사람이라면 영국의 과학자 패러데이가 1831년에 전자기 유도의 원리를 발견했다는 사실을 기억할 것입니다. 인류사회의 발전에 중요한 역할을 하는 이 원리는 “자기장의 자기장선이 변하면 주변의 도선에 전류가 유도된다”고 말한다.

패러데이는 한때 이렇게 말했다. 그는 연구와 반복적인 실험을 통해 마침내 큰 영향력을 지닌 이 과학적 원리를 발견했고, 이 원리를 이용하면 실제로 전기를 생산할 수 있는 발전기를 반드시 만들 수 있다고 확신했습니다.

패러데이가 전자기 유도 원리를 발견한 지 2년 뒤, 프랑스인 픽시는 패러데이의 발견에 영감을 받아 전자기 유도 원리를 적용해 오리지널 발전기를 만들었습니다.

픽시의 발전기는 회전 가능한 U자형 자석(핸드휠과 기어를 통해 회전함) 가까이에 배치되어 있으며 두 개의 철심이 와이어 코일로 감겨 있어 N극과 S극이 별도로 정렬되어 있습니다. 자석을 제거하고 코일 와이어를 꺼냅니다. 이런 식으로 핸드휠을 흔들어 자석을 회전시키면 자기력선이 바뀌고 코일 와이어에 전류가 발생합니다.

이 발전기의 장치를 보면 자석이 반 바퀴 회전할 때마다 코일에 해당하는 자석의 자극이 한 번씩 바뀌므로 전류의 방향도 한 번씩 바뀌는 것을 알 수 있습니다. . 이러한 상황을 바꾸고 전류의 방향을 변하지 않게 유지하기 위해 Pixie는 독창적인 방법을 고안했습니다. 자석의 회전축에 서로 분리된 두 개의 원통형 금속 시트를 추가하고 코일에 의해 유도된 두 개의 원통형 금속 시트를 추가하는 것입니다. 와이어 끝은 스프링 시트를 통해 두 개의 금속 시트와 각각 접촉됩니다. 또한 두 개의 와이어를 사용하여 두 개의 금속 조각을 접촉하여 전류를 끌어냅니다. 정류자라고 불리는 이 장치는 이후의 발전기에서도 계속 사용되었습니다.

정류기는 왜 전류의 방향을 바꾸지 않고 유지할 수 있나요? 이는 전류가 코일에서 자석과 함께 회전하는 정류자로 흐르기 때문입니다. 자석이 반 바퀴 회전하면 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌고 정류자도 반 바퀴 회전하여 방향이 바뀌므로 출력 전류의 방향은 항상 변하지 않습니다.

픽시가 발명한 이런 발전기는 세계 최초이지만 당연히 단점도 있습니다. 개선해야 할 부분은 첫째, 회전 자석은 회전 코일만큼 편리하고 유연하지 않다는 점, 둘째, 정류자를 통해 방향성 전류를 얻을 수 있지만 전류의 강도는 여전히 변한다는 점입니다. 이러한 상황을 바꾸기 위해 사람들은 자석과 코일의 수를 늘리고 변화하는 전류를 약간 엇갈리게 만들어 출력 전류의 강도 변화를 특정 범위 내에서 제어하는 ​​방법을 사용합니다.

픽시가 발전기를 발명한 지 30년이 넘는 세월 동안 개선이 이루어지고 새로운 발명품이 나오기도 했지만 결과는 미미했고 발전기만큼 많은 전류를 출력할 수 있는 사람은 아직까지 개발되지 않았습니다. 배터리이며 실용적인 발전기로 사용 가능합니다.

1867년 독일의 발명가 베르너 폰 지멘스는 발전기의 대대적인 개선을 제안했습니다. 그는 발전기에 자석(즉, 영구자석)을 사용하는 대신 자기력을 강화하고 강한 전류를 생성할 수 있는 전자석을 사용했다고 믿었습니다.

지멘스가 영구자석 대신 전자석을 이용해 전기를 생산하는 원리는 전자석의 철심이 전류가 흐르지 않을 때에도 약한 자성을 유지한다는 것이다.

코일을 회전시키면 이 약한 잔류자기를 이용하여 전류를 방출하고, 이를 다시 전자석에 피드백하여 자력을 강화시키므로 전자석도 강한 자성을 낼 수 있습니다.

다음으로 지멘스는 전자석 발전기 연구에 착수했습니다. 이 새로운 유형의 발전기는 신속하게 생산되었으며 피콜로 발전기의 도달 범위를 훨씬 넘어서는 강력한 전류를 생산할 수 있었습니다. 동시에 이러한 종류의 발전기는 많은 배터리를 연결하여 전원을 켜는 것보다 훨씬 편리하므로 실용적인 발전기로 널리 사용됩니다.

지멘스의 새로운 발전기가 등장한 직후, 이탈리아의 물리학자 파키누티(Pachinuti)는 1865년에 링 발전기 뼈대를 발명했습니다. 이러한 전기자는 철심봉에 감긴 코일 대신에 철링에 감긴 코일을 사용함으로써 발전기의 효율을 향상시킨다.

실제로 파스누티는 1860년 초에 발전기 뼈대에 대한 아이디어를 제안했지만 사람들의 관심을 끌지 못했습니다. 그는 1865년에 이 독창적인 통찰력을 잡지에 발표했지만 여전히 사회에서는 인정받지 못했습니다.

1869년 프랑스 파리에서 전기를 연구하던 벨기에 학자 굴람은 파키누티가 출판한 논문을 보고 이 발명에 장점이 있다고 믿었다. 그래서 그는 파키누티의 설계를 바탕으로 이를 개발하고 지멘스의 전자석 발전기 원리를 채택하여 1870년에 뛰어난 성능을 지닌 발전기를 만들었습니다.

파키누티의 발명품에서는 발전기의 정류자 부분이 크게 개선되어 발전기에서 방출되는 전류의 강도가 거의 변하지 않습니다. 파치누티의 설계를 이용해 제작된 굴람형 발전기 역시 방출하는 전류의 세기에 아주 작은 변화가 있습니다. 이는 Ghulam 생성기의 뛰어난 성능을 보여주는 것 중 하나입니다.

굴람의 발전기는 성능이 좋아 판매량이 매우 넓다. 뿐만 아니라 그는 '발전기의 아버지'로도 불린다.

어떤 사람들은 굴람의 발전기 발명의 성공을 보고 발전기를 개선하여 좀 더 발전된 발전기를 만들고 싶어 했습니다. 이들 중에는 독일 지멘스(Siemens)에서 발전기 관련 엔지니어로 근무하는 엔지니어 아트네(Atne)도 있습니다. 그는 Ghulam 발전기의 다양한 코일 권선 방법을 발명하고 성능이 좋은 발전기를 만들었습니다.

굴람 발전기의 전기자는 철선을 고리 모양으로 감은 뒤, 고리 사이에 절연을 위해 종이를 끼운 뒤, 고리를 철심으로 뭉친 뒤, 철사 코일을 감아 만든 것이다. 코일의 다른 부분에서 정류자까지의 일부 전선. Atne 발전기의 전기자는 종이로 절연된 얇고 둥근 철판을 여러 장 겹쳐서 철심으로 만든 다음 그 위에 와이어 코일을 감아 만든 것입니다. 사람들은 이 방법을 "구주안(gujuan)"이라고 부르는데, 이는 북 모양을 의미합니다. 이번 개선을 통해 발전기의 외관과 성능 모두 원본에 비해 크게 개선되었습니다.

지멘스는 아트네의 발명품으로 인해 점점 더 유명해졌습니다. 그 결과 독일은 지멘스를 핵심으로 각종 발전기를 활발하게 개발해 전력산업의 비약적인 발전을 가져왔다.

발전기가 커지면 이를 돌리는 힘도 달라집니다. 그 중에서도 수력은 사람들에게 더 흥미로운 것입니다. 수력을 이용해 대형 발전기를 돌리는 것이 더 편리하고, 연료도 소모하지 않으며, 비용도 저렴하기 때문이다. 따라서 Siemens는 수력 발전에 관한 연구 작업에 투자해 왔습니다.

수력 발전의 이용은 수력 발전과 다르다. 전자는 유속이 빠른 곳, 즉 유속의 낙차가 큰 곳에 발전기를 설치해야 한다. 이런 식으로 전기는 산과 강 상류에서 생산되어 먼 도시로 운반되어야 합니다.

전기를 장거리로 전송하려면 긴 송전선을 건설해야 한다. 그러나 송전선로에 강한 전류가 흐르게 되면 전선이 가열되어 최종적으로 발생하는 전기에너지가 먼 곳으로 이동하는 과정에서 전선의 발열로 인해 손실되게 된다.

장거리 전기에너지 전송 시 열손실을 줄이기 위해 채택할 수 있는 방법은 두 가지가 있는데, 하나는 전압의 단면적을 늘리는 것, 즉 와이어를 두껍게 하고 저항을 줄이는 것; 다른 하나는 전압을 높이고 저항을 줄이는 것입니다.

전자 방식은 금속 와이어가 많이 필요하고, 매우 두꺼운 와이어를 세우는 데 어려움이 많아 채택하기 어렵다. 이에 비해 후자의 조치는 여전히 실용적인 가치가 있습니다.

그러나 당시 사용하던 직류의 전압을 높이거나 낮추는 것은 어려웠다. 그 결과, 사람들은 전압이 쉽게 변할 수 있는 교류를 사용하는 것에 대해 생각하기 시작했습니다.

DC 발전기를 AC 발전기로 바꾸는 것이 더 쉬운 것 같습니다. 정류자를 제거하는 것이 가장 중요합니다. 따라서 1873년 지멘스의 아트네(Atne)가 교류발전기를 발명했다. 이후 교류 발전기에 대한 연구가 대중화되면서 이러한 유형의 발전기가 급속하게 개발되었습니다.