Om vekselstrømsgeneratorer

Uten oppfinnelsen av vekselstrømsgeneratoren og dens utvikling i løpet av det siste århundret eller så, ville verden være et veldig mørkt sted. Generatorer som produserer vekselstrøm, driver lysene våre, våre varme- og kjølesystemer, våre apparater og datamaskiner. Opprinnelig oppfunnet ved et uhell ble vekselstrømsgeneratorer en gang ansett som verdiløse og ubrukelige, og ble deretter ødelagt i mange år før de endelig ble de uunnværlige maskinene de er i dag.

En vekselstrømsgenerator bruker Faradays lov om elektromagnetisk induksjon for å skape en vekselstrøm ved å rotere ledningsspoler inne i et magnetfelt. Mekanisk energi roterer spolene, vanligvis fra en motor drevet av vind, vann, diesel eller andre energikilder.

Vekselstrøm sammenlignet med likestrøm

Vekselstrøm, eller AC, er den typen strøm som er tilgjengelig fra uttakene i veggene dine, samtidig som likestrøm, eller DC, er laget av batterier. Statisk elektrisitet er også likestrøm, produsert ved å gni silke og glass mot hverandre eller ved å kjøre en plastkam gjennom håret ditt.

Likestrøm opprettholder samme polaritet over tid og går alltid i samme retning, og derfor endres de positive og negative polene på et batteri aldri. Vekselstrømens polaritet eller retning endres flere ganger hvert sekund, så strømmen endres også flere ganger hvert sekund. I USA veksler vekselstrøm i hjemmet ditt 60 ganger i sekundet.

Mens mange ting i våre hjem og kontorer krever vekselstrøm, bruker mange av enhetene vi bruker strømuttak, faktisk likestrøm. Dette inkluderer mest elektronikk, inkludert datamaskiner. En likeretter koblet til strømledningen gjør konverteringen.

Hvordan generatorer fungerer

Enkelt sagt, hvis du roterer en magnetfelt rundt ledningsspoler eller roterende ledningsspoler inne i et magnetfelt, har du opprettet en vekselstrømsgenerator. Fysikken bak dette er beskrevet av Faradays lov om elektromagnetisk induksjon.

For å forstå hvordan magnetfeltet produserer en vekselstrøm, forestill deg en magnet, som nålen på et kompass, som snurrer. Når som helst rundt kompasset, passerer de positive og negative polene til magneten når magneten spinner. Det vekslende magnetfeltet på en ledningsspole veksler spenningens polaritet, og produserer en reverseringsstrøm i kretsen.

DC-generatorer ligner på vekselstrømsgeneratorer, men de er mer komplekse å konstruere, er ikke like effektive og krever mye mer vedlikehold enn vekselstrømsgeneratorer. En likestrømsgenerator har sin trådspole montert på akselen, mens en vekselstrømsgenerator har magneten der. Når spolen spinner, kommer den i kontakt med karbonbørster montert rundt spolen, og slår den eksterne kretsen av og på i rytme med de alternerende magnetiske polene, slik at bare en polaritet sendes til den eksterne kretsen.

Historien om vekselstrømsgeneratorer

Historien om vekselstrømsgeneratorer er flettet sammen med historien om dynamoer og likestrøm. Den elektriske generatoren har sin opprinnelse i arbeidet til Michael Faraday og Joseph Henry, som oppdaget elektromagnetisk induksjon. Den første vekselstrømsgeneratoren ble opprettet ved et uhell av Hippolyte Pixii mens han oppfant den første dynamoen i 1832, som leverte pulser med likestrøm. Etter 1832 inkluderte noen viktige milepæler i utviklingen av generatorer:

• 1860: Antonio Pacinotti oppfant en dynamo som ga kontinuerlig likestrøm.
  
• 1867: Werner Von Siemens og Charles Wheatstone oppfant en kraftigere dynamo ved hjelp av en selvdrevet elektromagnet.
  
  
• 1871: Zenobe Gramme opprettet den første kommersielt gjennomførbare dynamoen ved å plassere en jernkjerne i magnetfeltet og øke kraften kraftig.
  
  
• 1878: Ganz-selskapet opprettet de første vekselstrømsgeneratorene som ble brukt i kommersiell virksomhet i Budapest.

Frem til slutten av 1880-årene var tidlig bruk av elektrisitet begrenset til likestrøm i USA. Thomas Edison hadde investert mye i DC-teknologi. Likestrøm begynte imidlertid å komme i problemer da flere og flere mennesker ønsket strøm i husene og virksomhetene. Likestrøm kunne ikke lett konverteres til forskjellige spenninger, så kraftstasjoner måtte være innenfor noen få byblokker fra hver kunde. Dette vil snart endre seg takket være Nikola Teslas arbeid.

1893 og Strømkrigen

På slutten av 1800-tallet hadde Nikola Tesla, støttet av George Westinghouse, vist at i motsetning til likestrøm kan vekselstrøm konverteres fra en spenning til en annen ved hjelp av en transformator. Så, strøm kan sendes over lange avstander ved hjelp av høyspenning og deretter senkes ned til lavere spenning for servicekunder.

Thomas Edison hadde imidlertid investert altfor mye penger i DC-infrastruktur for å bytte til AC uten kamp. Edison startet en utstrykningskampanje for å miskreditere vekselstrøm som altfor farlig å bruke, og blant annet fremmet en vekselstrømsdrevet elektrisk stol som en ny metode for utførelse og elektrokuttede løsdyr som offentlige demonstrasjoner av faren for vekselstrøm.

To hendelser i 1893 markerte slutten på DCs regjeringstid. Først ble verdensmessen i Chicago opplyst av 100.000 elektriske lys drevet av Teslas vekselstrøm, og de blendende millionene besøkende som deltok hver kveld. For det andre tildelte Niagara Falls Power Company Westinghouse kontrakten om å generere elektrisitet fra Niagara Falls ved hjelp av Teslas polyfase vekselstrømsinduksjonsmotorer (en type vekselstrømsgenerator), som snart ville gi strøm til Buffalo, New York og det meste av det østlige USA.

Typer generatorer

Elektriske generatorer produserer alle elektrisk kraft fra kinetisk energi, så det er vanlig at de er festet til en motor for å bevege generatorakselen. En dieseldrevet motor som snur en generatoraksel, kan kalles en dieselgenerator, et dieselgeneratorsett eller en dieselgenerator.

De fleste generatorer, inkludert reservegeneratorer, er permanent installert der det er behov for dem, mens mindre, bærbare generatorer brukes til ting som campingturer eller for å drive hjem under strømbrudd. Alle vekselstrømsgeneratorer kan kategoriseres etter inngangsenergikilden:

• Fossile drivstoff: Disse inkluderer bensingeneratorer, dieselgeneratorer, naturgassgeneratorer og propangeneratorer.
  
  
• Naturlig energi: Også kalt grønne kraftproduksjonssystemer, disse inkluderer solgeneratorer og vinddrevne generatorer. Vannkraftgeneratorer, som fanger opp bevegelsen til rennende vann, faller også inn i denne kategorien.
  
  

• Eksisterende energi: Noen generatorer fanger opp overflødig energi som allerede produseres av en annen maskin eller prosess, som i produksjonsanlegg. Hydrauliske generatorer bruker for eksempel det hydrauliske trykket skapt av et annet system for å drive den elektriske generatoren.

  Termoelektriske generatorer bruker temperaturforskjellen mellom to ledere eller halvledere i et fenomen som kalles Seebeck-effekten.

Anvendelser av vekselstrømsgeneratorer

I tillegg til strømkildene, kan generatorer klassifiseres etter deres anvendelse i industrien. Noen av disse inkluderer:

• Kraftverk: Disse generatorene produserer strøm for en hel region, inkludert byer, tettsteder, hjem og bedrifter.
  
  
• Jordbruk: En kraftuttaksgenerator bruker traktorens drivaksel som inngangsenergikilde. Dette er et eksempel på en bærbar generator.
  
  
• Fly: Store fly bruker ofte vekselstrømsgeneratorer for å gi strøm til elektriske systemer ombord. En type system kalles en luft ram turbin generator, som utnytter lufttrykket skapt av flyets fly for å spinne en turbin som er festet til en generator.
  
  
• Flyplasser: Startstartsgeneratorer og bakstøttegeneratorer driver fly når motorene stenges for å kjøre ombord på elektriske systemer.
  
  
• Bilgeneratorer: Kalt generatorer, disse produserer vekselstrøm som transformeres til likestrøm for å kjøre bilens elektroniske systemer. Kjøretøy med større kraftbehov, som fritidsbiler, har større generatorer.
  
  
• Marine generatorer: Ved å bruke skipets motorer som en inngående energikilde, gir disse strøm til skipets elektriske systemer.
  
  
• Sveising: Buesveisegeneratorer gir høye strømmer, målt i hundrevis av ampere, for å gi strømmen som trengs til buesveiseutstyr.