Podstawowe materiały stosowane w generatorze elektrycznym

Generatory to maszyny, które przekształcają energię mechaniczną w energię elektryczną. Energią mechaniczną może być spadająca woda, ciśnienie pary lub siła wiatru. Energia elektryczna może być prądem przemiennym (AC) lub prądem stałym (DC). Podstawową zasadę generatora odkryto w 1820 roku. Podstawowymi częściami generatora są drut, magnesy i oś obrotowa. Kiedy drut porusza się w polu magnetycznym, powoduje przepływ elektronów w drucie.

Wirnik jest centralną osią generatora – to część, która się obraca. Jakaś forma energii mechanicznej obraca wirnik w celu wytworzenia energii elektrycznej. Wirnik jest podparty na obu końcach i jest owinięty ciągłymi pętlami z jednego drutu. Drut jest zwykle emaliowanym drutem miedzianym — drut musi być izolowany tak, aby nie dochodziło do zwarcia, gdy pętle nawiniętego drutu stykają się ze sobą. Emaliowanie to najtańszy sposób na izolację przewodu, a także zapewnia cienką izolację, dzięki czemu wirnik może mieć maksymalną liczbę zwojów. Im więcej uzwojeń, tym więcej prądu zostanie wytworzone.

Stojan to stała część generatora, która otacza wirnik. Stojan zapewnia pole magnetyczne, które spowoduje przepływ elektronów w drucie wirującego wirnika. W większych generatorach magnesy w stojanie są w rzeczywistości elektromagnesami – pętlami drutu wokół żelaznego rdzenia. Energia elektryczna do zasilania elektromagnesów pochodzi bezpośrednio z wirnika. Oznacza to, że istnieje pachowa metoda zasilania elektromagnesów, dopóki wirnik nie zacznie produkować elektryczność, ale jest to o wiele lepsze niż posiadanie ogromnych magnesów, które byłyby potrzebne do obsługi dużego generator. W małych generatorach — takich jak generatory napędzane kołami rowerowymi w celu dostarczania energii elektrycznej do reflektorów rowerowych — w stojanach znajdują się magnesy trwałe.

Należy zastosować jakąś metodę, aby przechwycić energię elektryczną wytworzoną w pojedynczym przewodzie wirnika i przesłać ją w dół parą przewodów. Standardowym sposobem na to jest przymocowanie końców drutu wirnika do dwóch pierścieni na jednym końcu lub wirnika. Na tych metalowych pierścieniach jeżdżą metalowe szczotki, a przewody wyjściowe z generatora są przymocowane do dwóch metalowych szczotek. Pole magnetyczne stojana powoduje przepływ elektryczny w uzwojeniu drutu wirnika, który powoduje, że każdy pierścień stają się ujemne i dodatnie w regularnym cyklu, gdy wirnik mija biegun północny i południowy pola magnetycznego pole. Oscylujące dodatnie i ujemne potencjały w pierścieniach są przenoszone na szczotki, a następnie w dół drutów. Dzieląc każdy pierścień na dwie części i używając dwóch przewodów w uzwojeniu, możesz mieć pewność, że potencjał dodatni zawsze idzie do tego samego przewodu, a potencjał ujemny zawsze idzie do drugiego drut. Generatory z pierścieniem stałym wytwarzają prąd przemienny, a generatory z dzielonym pierścieniem generują prąd stały.