Hvordan fungerer en generator?

Solpaneler og brintbrændselsceller genererer både elektricitet, men når man taler om generatorer, refererer de fleste til brændstofdrevne motorer, der omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Disse generatorer kan være kompakte nok til at levere elektricitet til et enkelt apparat eller stort nok til at drive en hel by. Mekaniske generatorer, både store og små, stole på elektromagnetisk induktion, et fænomen forbundet med Michael Faraday, den engelske fysiker, der opdagede den i 1831.

Elektromagnetisk induktion

Faraday opdagede, at et skiftende magnetfelt vinkelret på en ledende ledning frembragte en spænding i ledningen. Hvis ledningen danner et lukket kredsløb, strømmer en strøm gennem den. Resultatet er, at strøm, som strømmer gennem en leder, producerer et magnetfelt, hvilket er princippet bag elektromagneter. Når ledningen er viklet ind i en spole, var Faraday i stand til at bestemme, at den inducerede spænding - og dermed mængden af ​​elektrisk strøm - er proportional med antallet af omdrejninger i spolen såvel som hastigheden for ændring af magnetfeltet .

Brug af induktion til generering af elektricitet

De fleste generatorer består af to komponenter, der i kombination producerer elektricitet. Strømmen genereres i statoren, en solid jernkerne omkring hvilken der sår en ledende metalspole, som forbinder generatorens udgangsterminaler. En rotor eller armatur drejer rundt om statoren og producerer det skiftende magnetfelt. Rotoren i mindre hjemme generatorer har normalt permanente magneter, men i større generatorer, som dem i kraftværker, er magnetfeltet produceret af sekundære induktionsspoler. Hver gang rotoren fuldender en halvrotation, ændres polariteten af ​​den genererede elektricitet, og generatoren producerer vekselstrøm eller AC, strøm.

I generatorer til personlig brug, som leverer op til 5 kW elektricitet, kommer strømmen til at dreje rotoren sædvanligvis fra en lille benzindrevet motor; større generatorer, der kan producere 10 kW eller derover, kan have diesel- eller propanmotorer. Generatorer, der leverer strøm til hele byer, bruger ofte damp til at spinde store vindmøller, som igen drejer de rotorer, der producerer elektricitet. Varmen til at producere dampen kommer ofte fra forbrænding af fossile brændstoffer, såsom kul, eller fra nuklear fission. Vandkraftproducenter er afhængige af vandets kraft, der falder over et naturligt vandfald eller gennem porte af en menneskeskabt dæmning til at dreje turbinerne.

Generering af vedvarende energi

Vandkraftværker og vindmøller er to Eksempel på vedvarende energikilder - de er ikke afhængige af ressource, der kan udtømmes, såsom fossile brændstoffer. Geotermiske generatorer bruger jordens varme til at skabe damp, der spinder turbiner. Solgeneratorer er ikke afhængige af elektromagnetisk induktion; I stedet stoler de på den fotovoltaiske effekt, hvorved sollys, der skinner på en halvledende overflade, genererer en elektrisk spænding. I modsætning til en roterende rotor eller turbine producerer et solpanel likestrøm eller DC, elektricitet. Solsystemer omfatter normalt en omformer til at konvertere DC til AC strøm til brug i konventionelle elektriske systemer.