Om växelströmsgeneratorer

Utan uppfinningen av växelströmsgeneratorn och dess utveckling under det senaste århundradet eller så skulle världen verkligen vara en mycket mörk plats. Generatorer som producerar växelström driver våra lampor, våra värme- och kylsystem, våra apparater och våra datorer. Ursprungligen uppfanns av en slump, ansågs växelströmsgeneratorer en gång värdelösa och oanvändbara och förnedrades sedan i många år innan de äntligen blev de oumbärliga maskinerna de är idag.

En växelströmsgenerator tillämpar Faradays lag om elektromagnetisk induktion för att skapa en växelström genom att rotera trådspolar inuti ett magnetfält. Mekanisk energi roterar spolarna, vanligtvis från en motor som drivs av vind, vatten, diesel eller andra energikällor.

Växelström jämfört med likström

Växelström, eller AC, är den typ av el som är tillgänglig från uttagen i dina väggar, medan likström, eller DC, tillverkas av batterier. Statisk elektricitet är också likströmselektricitet som produceras genom att gnugga silke och glas mot varandra eller genom att köra en plastkam genom håret.

Likström bibehåller samma polaritet över tiden och går alltid i samma riktning, varför de positiva och negativa polerna på ett batteri aldrig ändras. Växelströmens polaritet eller riktning ändras flera gånger per sekund, så elflödet ändras också flera gånger per sekund. I USA växlar växelströmmen i ditt hem 60 gånger per sekund.

Medan många saker i våra hem och kontor kräver växelström, använder många av enheterna vi använder ett nätuttag faktiskt likström. Detta inkluderar de flesta elektronik, inklusive datorer. En likriktare ansluten till nätsladden gör konverteringen.

Hur generatorer fungerar

Enkelt uttryckt, om du roterar en magnetiskt fält runt trådspolar eller rotera trådspolar inuti ett magnetfält har du skapat en växelströmsgenerator. Fysiken bakom detta beskrivs av Faradays lag om elektromagnetisk induktion.

För att förstå hur magnetfältet producerar en växelström, föreställ dig en magnet, som nålen på en kompass, som snurrar. När som helst runt kompassen passerar magnetens positiva och negativa pol när magneten snurrar. Det växlande magnetfältet som appliceras på en trådspole växlar spänningens polaritet, vilket ger en backström i kretsen.

DC-generatorer liknar AC-generatorer, men de är mer komplexa att konstruera, är inte lika effektiva och kräver mycket mer underhåll än AC-generatorer. En likströmsgenerator har sin trådspole monterad på axeln, medan en växelströmsgenerator har magneten där. När spolen snurrar kommer den i kontakt med kolborstar monterade runt spolen och slår på och av den externa kretsen i rytm med de alternerande magnetiska polerna så att endast en polaritet skickas till den externa kretsen.

AC-generatorernas historia

Växelströmsgeneratorernas historia är sammanflätad med dynamos och likströmshistoria. Den elektriska generatorn har sitt ursprung i arbetet med Michael Faraday och Joseph Henry, som upptäckte elektromagnetisk induktion. Den första växelströmsgeneratorn skapades av misstag av Hippolyte Pixii medan han uppfann den första dynamon 1832, som levererade pulser av likström. Efter 1832 inkluderade några viktiga milstolpar i utvecklingen av generatorer:

1860: Antonio Pacinotti uppfann en dynamo som gav kontinuerlig likström.
1867: Werner Von Siemens och Charles Wheatstone uppfann en kraftfullare dynamo med en självdriven elektromagnet.
1871: Zenobe Gramme skapade den första kommersiellt genomförbara dynamon genom att placera en järnkärna i magnetfältet, vilket kraftigt ökade effekten.
1878: Företaget Ganz skapade de första växelströmsgeneratorer som skulle användas i kommersiell verksamhet i Budapest.

Fram till slutet av 1880-talet var tidig användning av el begränsad till likström i USA. Thomas Edison hade investerat stort i likströmsteknik. Likströmsström började dock stöta på problem när fler och fler ville ha el i sina hus och företag. DC-ström kunde inte lätt konverteras till olika spänningar, så kraftverk behövde vara inom några stadsblock från varje kund. Detta skulle snart förändras tack vare Nikola Teslas arbete.

1893 och Stridskriget

I slutet av 1800-talet hade Nikola Tesla, med stöd av George Westinghouse, visat att till skillnad från likström kan växelström omvandlas från en spänning till en annan med en transformator. Så, kraft kan skickas över långa sträckor med hög spänning och sedan stryps ner till en lägre spänning för servicekunder.

Thomas Edison hade emellertid investerat alldeles för mycket pengar i DC-infrastruktur för att byta till AC utan strid. Edison inledde en utstrykningskampanj för att miskreditera växelström som alltför farlig att använda och främjade bland annat en växelströmsdriven elektrisk stol som en ny metod för avrättande och elektrodödade herrelösa djur som offentliga demonstrationer av risken för växelström.

Två händelser 1893 markerade slutet på DC: s regeringstid. Först belystes världsutställningen i Chicago av 100 000 elektriska lampor som drivs av Teslas växelström och bländade de miljoner besökare som deltog varje natt. För det andra tilldelade Niagara Falls Power Company Westinghouse kontraktet att generera elektricitet från Niagara Falls med hjälp av Teslas flerfasiga växelströmsinduktionsmotorer (en typ av växelströmsgenerator), som snart skulle ge ström till Buffalo, New York och de flesta av östra USA.

Typer av generatorer

Elektriska generatorer producerar alla elektrisk kraft från kinetisk energi, så det är vanligt att de är anslutna till en motor för att flytta generatorns axel. En dieseldriven motor som vrider en generatoraxel kan kallas en dieselgenerator, en dieselgeneratorsats eller en dieselgenerator.

De flesta generatorer, inklusive reservgeneratorer, installeras permanent där de behövs, medan mindre, bärbara generatorer används för saker som campingutflykter eller för att driva hem under ett strömavbrott. Alla växelströmsgeneratorer kan kategoriseras efter ingångsenergikällan:

Fossila bränslen: Dessa inkluderar bensingeneratorer, dieselgeneratorer, naturgasgeneratorer och propangeneratorer.
Naturlig energi: Även kallade grönkraftsgenereringssystem, dessa inkluderar solgeneratorer och vinddrivna generatorer. Vattenkraftgeneratorer, som fångar upp rörelsen av strömmande vatten, faller också inom denna kategori.
Befintlig energi: Vissa generatorer fångar upp överflödig energi som redan produceras av en annan maskin eller process, som i tillverkningsanläggningar. Hydraulgeneratorer använder till exempel det hydrauliska trycket som skapas av ett annat system för att driva den elektriska generatorn.

Termoelektriska generatorer använder temperaturskillnaden mellan två ledare eller halvledare i ett fenomen som kallas Seebeck-effekten.

Tillämpningar av växelströmsgeneratorer

Utöver sina kraftkällor kan generatorer klassificeras efter deras tillämpning i industrin. Några av dessa inkluderar:

Kraftverk: Dessa generatorer producerar el för en hel region, inklusive städer, städer, hem och företag.
Lantbruk: En kraftuttagsgenerator använder en traktors drivaxel som en ingående energikälla. Detta är ett exempel på en bärbar generator.
Flygplan: Stora flygplan använder ofta växelströmsgeneratorer för att ge ström till ombord elektriska system. En typ av system kallas en flygplansramturbingenerator, som utnyttjar lufttrycket som skapas av flygplanets flygning för att snurra en turbin som är ansluten till en generator.
Flygplatser: Startaggregat för flygplan och markstödgeneratorer driver flygplan när motorerna stängs av för att använda ombord elektriska system.
Fordonsgeneratorer: Kallade generatorer, dessa producerar växelström som omvandlas till likström för att köra fordonets elektroniska system. Fordon med större effektbehov, som fritidsfordon, har större generatorer.
Marina generatorer: Med hjälp av fartygets motorer som en ingående energikälla, ger dessa kraft till fartygets elektriska system.
Svetsning: Bågsvetsgeneratorer ger höga utströmmar, mätt i hundratals ampere, för att ge den el som behövs för bågsvetsutrustning.