Sähkökäyttöisiä laitteita (puhelimia, tietokoneita, astianpesukoneita ja kahvinkeittimiä) käytetään päivittäin ja ne helpottavat elämäämme. Sähkö tuodaan koteihimme sähkögeneraattoreiden avulla. Nykyaikaiset sähkögeneraattorit toimivat samoin perustein kuin Michael Faradayn vuonna 1831 keksimä generaattori. Yleisimmin käytetyt generaattorit ovat vaihtovirta (vaihtovirta), jotka ovat päivittäisiä generaattoreita.
Määritelmä
Sähkögeneraattori on laite, joka muuntaa mekaanisen energian sähköenergiaksi. Laki, joka hallitsee sitä, on Faradayn keksimä "sähkömagneettisen induktion" periaate. Periaatteen mukaan muuttuva magneettikenttä aiheuttaa jännitteen johtimessa. Sähkögeneraattoreita on kahta tyyppiä: vaihtovirta- ja tasavirtageneraattorit. Vaihtovirtageneraattori tuottaa virtaa, joka kääntää jatkuvasti suuntaa, ja tasavirtageneraattori tuottaa virtaa, joka virtaa vain yhteen suuntaan.
Osat
AC-generaattorin perusosat ovat mekaaninen teho, magneetit ja yksi tai useampi roottori. Ilman mitään näistä osista sähköä ei voida tuottaa. Jokaisella osalla on oma roolinsa.
Kuinka se toimii
Jokainen atomi koostuu yhtä monesta protonista (positiivinen) ja elektronista (negatiivinen). Joissakin materiaaleissa (joita kutsutaan johtimiksi) on löyhästi pidettyjä elektroneja, jotka voivat virrata yhdestä atomista toiseen. Elektronien virtausta kutsutaan sähköksi. Magneetti voi helposti aiheuttaa elektronivirtauksen yhdestä atomista toiseen. Kun magneetti lähestyy lankaa, magneetin voima saa elektronit virtaamaan ja tuottaa siten sähköä. Vaihtovirtageneraattorin sisällä pyörii yksi tai useampi roottori (lankakäämi) mekaanisen voiman avulla, magneettikentän sisällä.
Mekaaninen energia
Mekaanista energiaa käyttää vaihtovirtageneraattori sähkön tuottamiseen. Lähteitä, kuten vettä, tuulta tai hiiltä, voidaan käyttää roottoreiden liikkeessä generaattorin sisällä. Yksinkertaisin generaattorityyppi saadaan liikkeelle käsikammella. Suuremmat generaattorit voidaan laittaa liikkeelle tuuli- tai vesiturbiinien, paineilman tai polttomoottoreiden avulla. Esimerkiksi: Jos joki virtaa kaupungin läpi tai lähellä, mekaaninen energialähde on vesivirta.
Magneetti
Magneetti on magneettikenttää tuottava materiaali. Siinä on pohjoinen ja etelänapa, ja se houkuttelee ferromagneettisia materiaaleja (metalleja, jotka vetävät puoleensa magneetista ja jotka voidaan magnetisoida, kuten rauta, nikkeli tai koboltti). Vaihtovirtageneraattorin sisällä magneetti luo magneettikentän pohjois- ja etelänavan välillä. Kun roottori liikkuu magneetin pohjois- ja etelänavan välillä, kelassa olevat elektronit alkavat virrata.
Roottori
Roottori on lankakäämi, joka pyörii magneettikentän sisällä. Johdossa käytettävän materiaalin on oltava hyvä johdin (valmistettu atomista, joissa on löyhästi elektronit). Kun lanka on lähellä etelänapaa, elektronit virtaavat yhteen suuntaan ja kun se on lähellä pohjoisnavaa, elektronit virtaavat toiseen suuntaan. Koska lanka pyörii pohjoisnavasta magneetin etelänapaan ja takaisin pohjoisnavaan ja niin edelleen, sähkövirta kääntää suunnan jatkuvasti.