Om vekselstrømsgeneratorer

Uden opfindelsen af vekselstrømsgeneratoren og dens udvikling i det sidste århundrede eller deromkring ville verden faktisk være et meget mørkt sted. Generatorer, der producerer vekselstrøm, driver vores lys, vores varme- og kølesystemer, vores apparater og vores computere. Oprindeligt opfundet ved et uheld blev vekselstrømsgeneratorer engang anset for værdiløse og ubrugelige og blev derefter ødelagt i mange år, før de endelig blev de uundværlige maskiner, de er i dag.

En vekselstrømsgenerator anvender Faradays lov om elektromagnetisk induktion for at skabe en vekselstrøm ved at rotere trådspoler inde i et magnetfelt. Mekanisk energi roterer spolerne, normalt fra en motor drevet af vind, vand, diesel eller andre energikilder.

Vekselstrøm sammenlignet med jævnstrøm

Vekselstrøm eller vekselstrøm er den slags elektricitet, der er tilgængelig fra afsætningsmulighederne i dine vægge, mens jævnstrøm, eller DC, er lavet af batterier. Statisk elektricitet er også jævnstrøm, der produceres ved at gnide silke og glas mod hinanden eller ved at køre en plastkam gennem dit hår.

Jævnstrøm opretholder den samme polaritet over tid og går altid i samme retning, hvorfor de positive og negative poler på et batteri aldrig ændres. Vekselstrømens polaritet eller retning ændres flere gange hvert sekund, så strømmen af elektricitet ændres også flere gange hvert sekund. I USA skifter vekselstrøm i dit hjem 60 gange i sekundet.

Mens mange ting i vores hjem og kontorer kræver vekselstrøm, bruger mange af de enheder, vi strømforsyner ved hjælp af en stikkontakt, faktisk en jævnstrøm. Dette inkluderer de fleste elektronik, herunder computere. En ensretter tilsluttet netledningen konverterer.

Sådan fungerer generatorer

Kort sagt, hvis du roterer en magnetfelt omkring trådspoler eller roterende trådspoler inde i et magnetfelt, har du oprettet en vekselstrømsgenerator. Fysikken bag dette er beskrevet af Faradays lov om elektromagnetisk induktion.

For at forstå, hvordan magnetfeltet producerer en vekselstrøm, forestil dig en magnet, som nålen på et kompas, der drejer. På ethvert tidspunkt omkring kompasset passerer magnetens positive og negative pol forbi, når magneten drejer. Det skiftende magnetfelt, der påføres en trådspole, skifter spændingens polaritet og producerer en reverseringsstrøm i kredsløbet.

DC-generatorer ligner vekselstrømsgeneratorer, men de er mere komplekse at konstruere, er ikke så effektive og kræver meget mere vedligeholdelse end vekselstrømsgeneratorer. En jævnstrømsgenerator har sin trådspole monteret på akslen, mens en vekselstrømsgenerator har magneten der. Når spolen spinder, kommer den i kontakt med kulbørster monteret rundt om spolen og tænder og slukker det eksterne kredsløb i rytme med de skiftende magnetiske poler, så kun en polaritet sendes til det eksterne kredsløb.

Historien om vekselstrømsgeneratorer

AC-generatorers historie er sammenflettet med dynamoer og DC-elektricitet. Den elektriske generator har sin oprindelse i Michael Faradays og Joseph Henrys arbejde, der opdagede elektromagnetisk induktion. Den første vekselstrømsgenerator blev oprettet ved et uheld af Hippolyte Pixii, mens han opfandt den første dynamo i 1832, som leverede impulser af jævnstrøm. Efter 1832 omfattede nogle vigtige milepæle i udviklingen af generatorer:

1860: Antonio Pacinotti opfandt en dynamo, der leverede kontinuerlig jævnstrøm.
1867: Werner Von Siemens og Charles Wheatstone opfandt en mere kraftfuld dynamo ved hjælp af en selvdrevet elektromagnet.
1871: Zenobe Gramme skabte den første kommercielt gennemførlige dynamo ved at placere en jernkerne i magnetfeltet og øge kraften kraftigt.
1878: Ganz-firmaet oprettede de første vekselstrømsgeneratorer, der blev brugt til kommerciel drift i Budapest.

Indtil slutningen af 1880'erne var tidlig brug af elektricitet begrænset til jævnstrøm i USA. Thomas Edison havde investeret kraftigt i DC-teknologi. DC-strøm begyndte imidlertid at løbe ind i problemer, da flere og flere mennesker ville have elektricitet i deres huse og virksomheder. DC-strøm kunne ikke let konverteres til forskellige spændinger, så kraftværker skulle være inden for et par byblokke for hver kunde. Dette vil snart ændre sig takket være Nikola Teslas arbejde.

1893 og strømmen

I slutningen af det 19. århundrede havde Nikola Tesla, støttet af George Westinghouse, vist, at i modsætning til jævnstrøm kan vekselstrøm konverteres fra en spænding til en anden ved hjælp af en transformer. Så strøm kan sendes over lange afstande ved hjælp af en høj spænding og derefter nedsænkes til en lavere spænding til servicekunder.

Thomas Edison havde imidlertid investeret alt for mange penge i DC-infrastruktur for at skifte til AC uden kamp. Edison startede en udstrygningskampagne for at miskreditere vekselstrøm som værende alt for farlig til at bruge, og fremmede blandt andet en vekselstrømsdrevet elektrisk stol som en ny metode til udførelse og elektrokuterede omstrejfende dyr som offentlige demonstrationer af faren for vekselstrøm.

To begivenheder i 1893 markerede afslutningen på DCs regeringstid. For det første blev verdensudstillingen i Chicago belyst af 100.000 elektriske lys drevet af Teslas vekselstrøm og blændede de millioner af besøgende, der deltog hver aften. For det andet tildelte Niagara Falls Power Company Westinghouse kontrakten om at generere elektricitet fra Niagara Falls ved hjælp af Teslas polyfase AC-induktionsmotorer (en type vekselstrømsgenerator), som snart ville give strøm til Buffalo, New York og det meste af det østlige USA.

Typer af generatorer

Elektriske generatorer producerer alle elektrisk kraft fra kinetisk energi, så det er almindeligt, at de er fastgjort til en motor for at flytte generatorakslen. En dieseldrevet motor, der drejer en generatoraksel, kan kaldes en dieselgenerator, et dieselbrændstofgeneratorsæt eller en dieselgenerator.

De fleste generatorer, inklusive backupgeneratorer, installeres permanent, hvor de er nødvendige, mens mindre, bærbare generatorer bruges til ting som campingture eller til strømforsyning til boliger under strømafbrydelse. Alle vekselstrømsgeneratorer kan kategoriseres efter indgangsenergikilden:

Fossile brændstoffer: Disse inkluderer benzingeneratorer, dieselgeneratorer, naturgasgeneratorer og propangeneratorer.
Naturlig energi: Også kaldet green-power generation systems, disse inkluderer solgeneratorer og vinddrevne generatorer. Vandkraftgeneratorer, der fanger bevægelsen af strømmende vand, falder også ind i denne kategori.
Eksisterende energi: Nogle generatorer fanger overskydende energi, der allerede produceres af en anden maskine eller proces, som i produktionsanlæg. Hydrauliske generatorer bruger for eksempel det hydrauliske tryk, der oprettes af et andet system, til at drive den elektriske generator.

Termoelektriske generatorer bruger temperaturforskellen mellem to ledere eller halvledere i et fænomen kaldet Seebeck-effekten.

Anvendelser af vekselstrømsgeneratorer

Ud over deres strømkilder kan generatorer klassificeres efter deres anvendelse i industrien. Nogle af disse inkluderer:

Kraftværker: Disse generatorer producerer elektricitet i en hel region, inklusive byer, byer, hjem og virksomheder.
Landbrug: En kraftudtagsgenerator bruger en traktors drivaksel som en inputenergikilde. Dette er et eksempel på en bærbar generator.
Fly: Store fly bruger ofte vekselstrømsgeneratorer til at levere strøm til elektriske systemer ombord. En type system kaldes en luft ram turbinegenerator, som udnytter lufttryk skabt af flyets flyvning for at dreje en turbine, der er fastgjort til en generator.
Lufthavne: Startgeneratorer til fly og generatorer, der understøtter jorden, driver fly, når motorerne lukker ned for at køre ombord på elektriske systemer.
Bilgeneratorer: Kaldt generatorer, disse producerer vekselstrøm, der omdannes til jævnstrøm til at køre køretøjets elektroniske systemer. Køretøjer med større effektbehov, som fritidskøretøjer, har større generatorer.
Marine generatorer: Ved hjælp af skibets motorer som en indgangsenergikilde leverer disse strøm til et skibs elektriske systemer.
Svejsning: Buesvejsegeneratorer giver høje outputstrømme målt i hundreder af ampere for at levere den nødvendige elektricitet til buesvejsningsudstyr.