전자 산업을 위한 자가 발전기 완벽 가이드

DIY 시대에 직장이나 집에서 자가 발전기를 설치하고 싶지 않은 사람이 있을까요? 사용과 제작이 쉬울 뿐만 아니라, 청정 에너지원을 사용하기 때문에 효율적입니다. 게다가 전체 설정이 비용이 들지 않고 지속적으로 작동할 수 있습니다.

디젤이 필요 없어 깨끗하게 작동합니다. 따라서 인간에게 거의 위험을 주지 않습니다. 반면 휘발유를 이용한 일반 전력 생산은 인류에게 종종 해로운 오염 물질을 배출합니다. 청정 에너지원을 고려할 때 나노 에너지도 포함됩니다. 출력 에너지 면에서 거의 유사할 뿐만 아니라, 나노 에너지는 주거 시스템의 에너지 환경 안전도 보장합니다. 발전기와 전자 에너지에 대해 더 알고 싶다면 계속 읽어보세요.

1. 자가 발전기란 무엇인가

자가 발전기는 일관된 전기 출력 전력을 생산하는 전기 장치입니다. 종종 출력 전력 생산의 크기가 입력 전력 공급을 초과합니다. 그리고 다른 발전기와 달리, 전기 모터와 교류 발전기를 연결하여 연료 없이 자동으로 전류를 생산하는 원리로 작동합니다.

(전기 모터의 부품)

2. 자가 발전기의 작동 원리

자가 발전기의 작동을 요약하는 세 가지 핵심 요소가 있습니다: 전기 모터, 교류 발전기, 그리고 작동 원리(정의에서 언급한 바와 같이).

발전기가 작동하는 실질적인 단계는 다음과 같습니다:

• 첫째, 브러시리스 모터가 배터리 전력과 전자 속도 컨트롤러(ESC)에서 전력을 공급받습니다. 대부분 드래그 시 약 3000~5000 RPM으로 회전합니다.
• 그런 다음 브러시리스 모터가 AC 모터를 구동하여 DC와 AC 형태의 전력을 모두 생성합니다.
• 브러시리스 모터에 전력을 공급하기 위해 DC 전력 출력이 정류되고 커패시터 배터리를 통과합니다. 이 단계는 AC 모터와 브러시리스 모터 속도 변동에서 흔히 나타나는 전압 변동을 막는 데 도움이 됩니다.

(AC 모터와 발전기)

• 넷째, 발전기의 제어 시스템이 AC 및 DC 입력 전압과 전력 그리드의 부하를 제어합니다.
• LCD는 배터리 비율, 작동 시간, 전압을 표시합니다. 버튼으로 지시에 따라 전압과 작동 시간을 설정합니다.
• 자동 스위치를 사용하여 최근 배터리에서 커패시터 배터리로 전압을 변경할 수도 있습니다. 현재 사용하지 않는 배터리를 충전합니다.
• 마지막으로 아두이노 보드가 브러시리스 모터의 온도를 확인하는 데 도움을 줍니다.

3. 자가 발전기 만드는 방법

일반적으로 발전기의 다양한 부품이 전체적인 효과를 내기 위해 작동합니다. 그중 일부는 다음과 같습니다:

로터

전기 모터의 일부로 움직임을 돕습니다. 주로 전류를 운반하는 도체를 사용하여 고정자와 상호작용하여 기계적 에너지를 생성합니다.

(DC 모터 로터)

베어링

로터가 회전 중 특정 축에 머물도록 기계적 지지를 제공합니다. 베어링은 모터 하우징으로부터 안정적인 지지를 받아 제자리에 고정됩니다.

(베어링 사진)

자가 발전기 - 고정자

두 구성 요소 중 하나인 영구 자석 또는 권선 자석을 가집니다. 결과적으로 구성 요소는 정지 상태를 유지합니다. 또한 코어에는 얇은 금속판인 적층이 있습니다.

(교류 발전기 스타터)

자가 발전기 - 에어 갭

고정자와 로터 사이의 공간입니다. 에어 갭 공간은 항상 작아야 합니다. 더 큰 에어 갭은 모터 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.

자가 발전기 - 권선

철로 된 자기 코어 주위에 코일 형태로 감긴 전선을 말합니다. 권선의 배열은 전류 통로를 위한 자기 극을 형성하는 데 도움이 됩니다.

(기계의 권선)

자가 발전기 - 정류자

마지막 구성 요소인 정류자는 발전기의 중요한 부분을 형성합니다. 이것이 없으면 모터가 작동하지 않습니다. 전류의 반전을 가져와 기계에 최적으로 전력을 공급합니다. 기술적으로 AC와 DC 기계의 스위치 입력 결과를 가져오는 메커니즘입니다. 또한 DC와 AC 기계는 서로 절연된 슬립 링 세그먼트를 가집니다. 전기 모터 샤프트도 잊지 마세요.

자가 발전기 제작 단계는 다음과 같습니다:

• 먼저, 전기 로터와 교류 발전기를 연결하는 풀리를 사용하여 전기 모터에서 발전기로 기계적 에너지 흐름에 기여합니다.

자가 발전기 - 참고

로터는 더 적은 와트수를 가져야 합니다. 와트수가 적을수록 외부 사용을 위한 더 많은 출력 전력을 생성할 가능성이 높습니다. 높은 와트수는 발전기의 출력 전력을 소비하므로 외부 유틸리티를 위한 전력이 낮아집니다.

• 그런 다음 전력 조절기를 통해 전기 로터를 배터리에 연결합니다. 이는 모터 속도 조절을 돕기 위함입니다. 천장 선풍기의 노브를 돌리는 조절기를 사용할 수도 있습니다.
• 배터리가 제자리에 있으면 발전기를 시동할 수 있습니다. 시스템이 발전기에서 점진적인 에너지 축적을 위한 초기 에너지를 받을 수 있게 합니다.
• 넷째, 전기 발전기 출력에서 역방향 연결을 만듭니다. 조절기를 통해 전기 모터로 역방향 생산이 가능합니다(전기 모터 속도 조절용).
• 나중에 시스템이 완전히 전원이 공급되면 발전기가 스스로 계속 작동하도록 초기 시동 전원을 제거할 수 있습니다. 따라서 최종 결과는 전기 발전기가 전기 모터에 전력을 공급하면서 사용을 위한 출력 전력을 생성하는 것입니다.

요약:

총 생산 전력 - 로터 사용 전력 = 순 출력

4. 기타 관련 프로젝트

수많은 기술적 기여 중 하나에서 하워드 존슨 경은 시스템을 통해 최소한의 전압만 통과시켜 전기 요금을 줄이는 방법을 소개했습니다. 이후 연결된 교류 발전기를 사용하여 전압을 높일 수 있습니다.

실질적으로 10V만큼 낮은 전압을 시스템에 통과시키면 최대 14000V를 생성할 수 있습니다. 결과적으로 손쉬운 구축으로 전기 요금이 줄어듭니다.

5. 나노 에너지와 자가 발전기의 관계

수년 동안 지속 불가능한 전력 공급 문제를 근절할 필요가 있었습니다. 대체 전력원을 찾거나 배터리를 혁신함으로써 이루어졌습니다. 기술자들은 나노 발전기를 사용하여 나노 에너지를 생성했습니다. 환경에서 수확한 에너지로 에너지 환경을 채우는 방식으로 수행합니다. 예를 들어 온도 기울기나 태양 복사를 사용할 수 있습니다.

그런 다음 광전 효과, 압전 효과, 마찰 전기 효과 등을 통해 주변 에너지와 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 이후 나노 에너지를 휴대용 전자 제품에 적용하여 자가 전원화합니다.

나노 발전기는 자가 발전기 환경처럼 에너지를 방출하며 연료를 사용하지 않으므로 인간에게 안전합니다. 또한 나노 에너지의 실험 설정에서는 출력 에너지를 직접 사용(자가 발전기와 매우 유사)하거나 중간 단계를 통해 간접적으로 사용할 수 있습니다.

6. 나노 발전기를 이용한 자가 가스 감지

이 섹션에서는 나노 발전기와 자가 전원 전자 제품에서의 중요성에 대해 더 깊이 알아보겠습니다.

자가 전원 감지 네트워크는 향후 몇 년 동안 전 세계 기술 산업에서 발전할 것입니다. 따라서 자가 전원 시스템은 지속 가능해야 하고, 무선 연결이 가능해야 하며, 다기능이어야 합니다. 이 세 가지는 저전력 착용형 전자 제품, 자가 전원 전자 제품, 자가 전원 능동 센서 같은 장치 실행의 특징입니다.

따라서 대규모 나노 에너지 생산을 위해 환경 에너지에 의존하는 자가 전원 센서가 개발되었습니다. 즉, 에너지원은 전력 장치를 포함하는 수확 기술을 통해 얻을 수 있습니다. 예를 들어 태양 전지를 들 수 있습니다. 기술자들은 태양 전지를 특정 나노 장치와 함께 사용할 것입니다. 특히 외부 전원이나 배터리 없이 이 모든 것을 수행함으로써 자가 전원 나노 시스템의 범위를 확장합니다.

(태양 에너지 사용)

나노 발전기의 기원

그러나 시간이 지나면서 나노 시스템 실험 설정에는 몇 가지 과제가 있었습니다. 예를 들어 태양 에너지는 예측 불가능했고, 무거운 전자기 발전기도 필요했습니다. 또한 기존 착용형 열전 장치는 고열 임피던스 폴리머 기판의 기생 열 손실로 인해 열전 변환 효율이 감소했습니다. 또한 경직된 상호 연결로 인한 열 접촉 불량도 있었습니다.

따라서 이러한 과제로 인해 중린 왕(Zhong Lin Wang) 팀이 2006년 압전 나노 발전기(PENG)를 도입했습니다. PENG는 압전 산화아연 나노와이어(ZnO NWs)를 사용하여 환경 생체역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 합니다.

2012년 Z.L. 왕 팀은 마찰 전기 나노 발전기(TENG)라는 또 다른 발전기를 도입했습니다. 마찰 전기 발전기는 정전기 전도와 마찰 전기를 결합하여 더 높은 에너지 출력을 산출합니다. 그런 다음 더 쉽게 구할 수 있는 재료를 활용합니다. PENG와 마찰 전기 나노 발전기는 추가 전원 공급 없이 작동하는 열전 발전기입니다.

최근 왕은 맥스웰 방정식을 사용하여 나노 발전기(NG)의 기본 이론을 설명했습니다. 그에 따르면 NG는 기계적 에너지를 전기로 변환할 수 있습니다. 하지만 출력 신호를 분석할 때 입력에 대한 정보도 검색할 수 있습니다.

일반적으로 NG 기반 자가 가스 감지 시스템의 잠재적 사용에 진전과 발전이 있었습니다. 따라서 가스 감지 특성으로 인해 압전 또는 마찰 전기 특성을 지속적으로 결합할 필요가 있습니다.

PENG 기반 자가 가스 감지 시스템

Z.L. 왕 팀은 전도성 원자 힘 현미경 팁을 사용하여 수직 압전 산화아연(ZnO) NW를 스캔하여 나노 에너지를 전기 에너지로 변환했습니다.

ZnO는 뷔르츠라이트 구조에서 중심 대칭이 없어 압전 특성을 나타냅니다. 또한 우수한 가스 감지 특성과 큰 엑시톤 결합 에너지를 가집니다. 따라서 ZnO는 특히 새로운 세대의 자가 감지 시스템을 만들 때 많은 분야에 적용할 수 있습니다.

시뉴 쉬에(Xinyu Xue) 팀은 두 가지 주요 구성 요소를 가진 장치를 연구했습니다:

첫째, 티타늄 호일은 ZnO NW 어레이의 기판이자 ZnO NW에서 입력 및 출력 전압 신호를 수집하는 전도성 전극 역할을 합니다. 그리고 유연한 알루미늄 호일이 ZnO NW 어레이 위에 배치됩니다.

TENG의 기본 원리

작동을 주도하는 마찰 전기 특성은 정전기 유도와 마찰 대전 사이의 접촉을 포함하며 이 과정에서 화학 결합을 방출합니다. 그런 다음 계면 간 전하 이동이 일어나 전기화학적 전위를 균형 잡아 마찰 전기 출력 전하를 생성합니다.

현재까지 마찰 전기 나노 발전기는 자가 전원 착용형 응용, 자가 전원 착용형 전자 제품, 초민감 센서, 마이크로 전자 기계 장치, 자가 전원 스마트 센서 구축에 적용 가능합니다.

착용형 전자 제품

주거 시스템에서 착용형 열전 발전기는 열 에너지, 진동 에너지, 기계적 에너지를 통해 인체 에너지를 수확할 수 있습니다. 이후 기술자들은 인체 에너지를 전기로 변환합니다.

7. 자가 발전기의 기능

종종 공작 기계 같은 엔지니어링 분야에서 발전기가 활발히 사용됩니다. 자가 발전기의 전기 모터는 정류기, 배터리, 직류 및 교류로부터 추가적인 전력 지원을 받습니다.

8. 자가 발전기 FAQ

자가 발전기를 만들기 전에 주의해야 할 사항은 무엇인가요?

아마도 처음 시동할 때 약간의 손실이 발생할 경우를 대비해 외부 전원이 필요할 수 있습니다. 예를 들어 실험용 모터에 2kW를 설정하면 약 1.8kW의 출력 에너지가 생성됩니다. 마찰, 전기 저항, 풍손으로 전력을 잃는 경우가 많습니다. 이때 외부 전원이 약 0.4kW를 보충해 줍니다.

DC와 AC 발전기의 차이점은 무엇인가요?

DC 발전기는 작동을 시작하여 회전할 때 견고한 직류(DC) 전기를 생성합니다. 정류자를 사용하여 직류 생산을 보장합니다. 반대로 AC 발전기는 직류 대신 교류(AC)를 생성합니다. 즉, 정류자가 없는 DC 발전기입니다. 또한 AC를 DC로 변환하려면 다이오드나 정류 회로가 필요할 수 있습니다.

자가 발전기를 여기시키는 방법은 무엇인가요?

일반적인 상황에서 AC와 DC 기계는 요구 사항에 따라 발전기나 모터로 작동합니다. 하지만 이 유형의 발전기에서는 배터리에서 여기를 얻습니다.

결론

전반적으로 전력 생산이 이보다 쉬울 수 없습니다. 시동 자원 외에는 거의 비용이 들지 않으면서 효율적인 전력 생산으로, 자가 발전기가 전력 문제를 해결할 것이라 확신합니다. 주로 과학자와 기술자들이 이 황금 같은 기회를 강조하기만 하면 됩니다.

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