Generator (energietechniek)

Generator in de Transfo Zwevegem elektriciteitscentrale

Heemaf-generator in molen De Leeuw (Lettele)

Een generator is de algemene benaming voor een machine die mechanische energie, binnenkomend via een draaiende as, omzet in elektrische energie. Deze omzetting berust op het feit dat wanneer een elektrische geleider door een magnetisch veld beweegt, er in die geleider een elektrische spanning wordt opgewekt en bij gesloten kring dus stroom gaat vloeien.

Er zijn twee soorten generatoren:

• de wisselspanningsgenerator of alternator;
  • een driefasige alternator of de driefasige wisselstroomgenerator (meestal turbo-alternator genoemd);
  • een eenfasige alternator;
• de gelijkspanningsgenerator of dynamo.

Natuurkundig principe

Inductie is het natuurkundig verschijnsel waarbij over een geleider een elektrische spanning wordt opgewekt wanneer de geleider zich bevindt in een veranderend magnetisch veld of wanneer een geleider beweegt in een magnetisch veld. Inductie is het principe waarop elektriciteitsgeneratoren gebaseerd zijn. De wet van Faraday luidt kwalitatief: Een veranderend magneetveld wekt een elektrisch veld op. De wet is vernoemd naar Michael Faraday

Een spanning wordt geïnduceerd in een draad volgens de wet van Faraday.

$U_\mathrm{ind} = -B \cdot l \cdot v$

Waarbij de min een filosofische min is: de opgewekte (geïnduceerde) spanning is altijd tegendraads, zij werkt altijd haar ontstaan tegen (Wet van Lenz).

Waarin

U ind de geïnduceerde spanning is, uitgedrukt in volt

B het magnetisch veld is, in tesla

L de lengte van de geleider is, in meter

v de snelheid van de geleider in m/s

Alternator of dynamo

Een generator moet de volgende twee onderdelen bevatten:

• Een elektromagneet die het magnetisch veld opwekt.
• Een of drie spoelen van koperdraad waarin de spanning geïnduceerd wordt.

De machine heeft twee delen:

• de stator, het stilstaande deel.
• de rotor of anker, het draaiende deel.

Bij de dynamo wordt de stator als elektromagneet uitgevoerd, en wordt de elektrische energie in de spoel van koperdraad in de rotor opgewekt. De benodigde gelijkstroom (exitatiestroom of bekrachtigingsstroom) voor het opwekken van het magnetisch veld is relatief klein. Bij een dynamo wordt de gegenereerde wisselende spanning door een mechanische omkeerschakelaar, een commutator, omgezet in een pulserende gelijkspanning. Hierdoor ontstaat er een stroom die altijd in dezelfde richting vloeit (gelijkstroom). Iedere elektriciteitsgenerator heeft gelijkstroom als bekrachtigingsstroom voor de elektromagneet nodig om te kunnen werken. Als de machine stilstaat is er geen bekrachtigingsstroom. De machine produceert die zelf uitgaande van het remanent of overblijvend magnetisme. De elektromagneet is nog een klein beetje magnetisch en dit magnetisch veld is voldoende om een zwakke stroom te produceren welke dan toegevoegd wordt aan de elektromagneet. Daardoor wordt die alsmaar sterker tot aan de verzadiging.

Bij de alternator, bij grotere generatoren bijvoorbeeld in elektrische centrales, wordt de rotor als elektromagneet gebruikt, en wordt de elektrische energie in de spoel(en) van koperdraad in de stator opgewekt. Dit wordt gedaan omdat de opgewekte energie zeer groot is en deze vanaf de stilstaande stator direct (zonder gebruik van koolborstels) aan het elektrische net kan worden toegevoerd. De rotor wordt als elektromagneet uitgevoerd. De benodigde gelijkstroom (bekrachtigingsstroom) voor het opwekken van het magnetisch veld is relatief klein en kan dus gemakkelijk op de draaiende as worden overgebracht door koolborstels. Iedere grote wisselstroommachine heeft gelijkstroom als bekrachtigingsstroom voor de elektromagneet nodig om te kunnen werken.

Werking

Beide generatoren werken volgens hetzelfde principe. Het verschil tussen een wisselspanningsgenerator en een gelijkspanningsgenerator is wat er na de generator gebeurt. Een generator genereert altijd een wisselspanning. Bij een gelijksspanningsgenerator of dynamo wordt de wisselspanning door een mechanische omkeerschakelaar, een commutator, omgezet in gelijkspanning. Hierdoor ontstaat er een stroom die altijd in dezelfde richting vloeit - gelijkstroom.

Zie ook

• Gramme-dynamo
• Synchrone draaistroommotor

Geschiedenis

• Faraday toonde aan dat een bewegende magneet een elektrische stroom opwekt, de Inductiewet van Faraday
• James Maxwell, toonde aan dat elektriciteit en magnetisme in één systeem passen.
• Hippolyte Pixii, de uitvinder van de eerste elektriciteitsproductiemachine op inductie
• Werner von Siemens, de uitvinder van de zelfbekrachtigde dynamo
• Antonio Pacinotti, de uitvinder van een dynamo, de Macchinetta, met commutator.
• Zénobe Gramme, de uitvinder van de eerste industriële dynamo
• Hippolyte Fontaine, industrieel die Zénobe Gramme financierde
• Zénobe Gramme, de uitvinder van de eerste industriële alternator
• Thomas Edison, de bouwer van het eerste gelijkstroomdistributienet in New York.
• Galileo Ferraris de uitvinder van de borstelloze motor, de zogenaamde inductiemotor.
• Nikola Tesla, de bouwer van het eerste wisselstroomdistributienet op de Niagara watervallen
• Michail Doliwo-Dobrowolski, één van de uitvinders van de driefasen wisselstroom.

Externe links

• Zénobe Theophile Gramme
• Die Induktion - Animatie over inductie
• Induktion Inductie
• Animatie van een elektrische generator

Mediabestanden

Zie de categorie Generatoren van Wikimedia Commons voor meer mediabestanden.