Über Wechselstromgeneratoren

Ohne die Erfindung des Wechselstromgenerators und seine Entwicklung im letzten Jahrhundert wäre die Welt in der Tat ein sehr dunkler Ort. Generatoren, die Wechselstrom erzeugen, versorgen unsere Lampen, unsere Heiz- und Kühlsysteme, unsere Geräte und unsere Computer. Ursprünglich zufällig erfunden, galten Wechselstromgeneratoren einst als wertlos und unbrauchbar und wurden dann viele Jahre lang verunglimpft, bevor sie schließlich zu den unverzichtbaren Maschinen wurden, die sie heute sind.

Ein Wechselstromgenerator wendet das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion an, um einen Wechselstrom zu erzeugen, indem er Drahtspulen in einem Magnetfeld dreht. Mechanische Energie dreht die Spulen, normalerweise von einem Motor, der durch Wind, Wasser, Diesel oder andere Energiequellen angetrieben wird.

Wechselstrom im Vergleich zu Gleichstrom

Wechselstrom oder AC ist die Art von Elektrizität, die von die Steckdosen in deinen Wänden, während Gleichstrom, oder Gleichstrom, wird durch Batterien hergestellt. Statische Elektrizität ist auch Gleichstrom, der erzeugt wird, indem Seide und Glas gegeneinander gerieben oder mit einem Plastikkamm durch Ihr Haar geführt werden.

Gleichstrom behält im Laufe der Zeit die gleiche Polarität und fließt immer in die gleiche Richtung, weshalb sich der Plus- und der Minuspol einer Batterie nie ändern. Die Polarität oder Richtung des Wechselstroms ändert sich mehrmals pro Sekunde, sodass sich auch der Stromfluss mehrmals pro Sekunde ändert. In den USA wechselt der Wechselstrom in Ihrem Zuhause 60 Mal pro Sekunde.

Während viele Dinge in unseren Häusern und Büros Wechselstrom benötigen, verwenden viele der Geräte, die wir über eine Wechselstromsteckdose mit Strom versorgen, tatsächlich Gleichstrom. Dazu gehört die meiste Elektronik, einschließlich Computer. Ein am Netzkabel angeschlossener Gleichrichter übernimmt die Umwandlung.

Wie Generatoren funktionieren

Einfach ausgedrückt, wenn Sie a . drehen Magnetfeld um Drahtspulen herum oder Drahtspulen in einem Magnetfeld drehen, haben Sie einen Wechselstromgenerator geschaffen. Die Physik dahinter wird durch das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion beschrieben.

Um zu verstehen, wie das Magnetfeld einen Wechselstrom erzeugt, stellen Sie sich einen Magneten wie die Nadel eines Kompasses vor, der sich dreht. An jedem Punkt rund um den Kompass passieren die positiven und negativen Pole des Magneten, während sich der Magnet dreht. Das an eine Drahtspule angelegte magnetische Wechselfeld ändert die Spannungspolarität und erzeugt einen Umkehrstrom im Stromkreis.

Gleichstromgeneratoren ähneln Wechselstromgeneratoren, sind jedoch komplexer zu konstruieren, sind nicht so effizient und erfordern viel mehr Wartung als Wechselstromgeneratoren. Ein Gleichstromgenerator hat seine Drahtspule auf der Welle montiert, während ein Wechselstromgenerator den Magneten dort hat. Während sich die Spule dreht, kommt sie in Kontakt mit um die Spule herum angebrachten Kohlebürsten, die den externen Stromkreis im Rhythmus der abwechselnden Magnetpole ein- und ausschalten, sodass nur eine Polarität an den externen Stromkreis gesendet wird.

Die Geschichte der Wechselstromgeneratoren

Die Geschichte der Wechselstromgeneratoren ist mit der Geschichte von Dynamos und Gleichstrom verflochten. Der elektrische Generator hat seinen Ursprung in der Arbeit von Michael Faraday und Joseph Henry, die die elektromagnetische Induktion entdeckten. Der erste Wechselstromgenerator wurde zufällig von Hippolyte Pixii entwickelt, als er 1832 den ersten Dynamo erfand, der Gleichstromimpulse lieferte. Nach 1832 waren einige wichtige Meilensteine ​​in der Entwicklung von Generatoren:

• 1860: Antonio Pacinotti erfand einen Dynamo, der kontinuierlich Gleichstrom lieferte.
  
• 1867: Werner von Siemens und Charles Wheatstone erfanden einen stärkeren Dynamo mit einem selbstangetriebenen Elektromagneten.
  
  
• 1871: Zenobe Gramme schuf den ersten kommerziell machbaren Dynamo, indem er einen Eisenkern in das Magnetfeld legte und die Leistung enorm steigerte.
  
  
• 1878: Die Firma Ganz hat die ersten Wechselstromgeneratoren für den kommerziellen Einsatz in Budapest entwickelt.

Bis in die späten 1880er Jahre beschränkte sich die frühe Nutzung von Elektrizität in den USA auf Gleichstrom. Thomas Edison hatte stark in die Gleichstromtechnologie investiert. Allerdings begann die Gleichstromversorgung auf Probleme zu stoßen, als immer mehr Menschen Strom in ihren Häusern und Geschäften wollten. Gleichstrom konnte nicht ohne weiteres in verschiedene Spannungen umgewandelt werden, daher mussten die Kraftwerke innerhalb weniger Häuserblocks von jedem Kunden entfernt sein. Dies sollte sich zum großen Teil dank der Arbeit von Nikola Tesla bald ändern.

1893 und der Krieg der Strömungen

Ende des 19. Jahrhunderts hatte Nikola Tesla, unterstützt von George Westinghouse, gezeigt, dass Wechselstrom im Gegensatz zu Gleichstrom von einer Spannung in eine andere umgewandelt werden kann Transformator. So kann Strom mit einer hohen Spannung über große Entfernungen gesendet und dann auf eine niedrigere Spannung gedrosselt werden, um Kunden zu bedienen.

Thomas Edison hatte jedoch viel zu viel Geld in die DC-Infrastruktur investiert, um kampflos auf AC umzustellen. Edison startete eine Verleumdungskampagne, um Wechselstrom als viel zu gefährlich zu diskreditieren, und förderte unter anderem einen mit Wechselstrom betriebenen elektrischen Stuhl als neue Hinrichtungsmethode und streunende Tiere durch Stromschlag als öffentliche Demonstration der Gefahr von Wechselstrom.

Zwei Ereignisse im Jahr 1893 markierten das Ende der Herrschaft von DC. Zunächst wurde die Weltausstellung in Chicago von 100.000 elektrischen Lichtern beleuchtet, die mit Teslas Wechselstrom betrieben wurden und die Millionen von Besuchern, die jede Nacht teilnahmen, verblüffte. Zweitens erteilte die Niagara Falls Power Company Westinghouse den Auftrag, Strom aus den Niagarafällen mit Teslas mehrphasigen Wechselstrom-Induktionsmotoren (einer Art Wechselstromgenerator) zu erzeugen, die bald Buffalo, New York und den größten Teil der östlichen Vereinigten Staaten mit Strom versorgen würden.

Arten von Generatoren

Alle elektrischen Generatoren erzeugen elektrische Energie aus kinetischer Energie, daher ist es üblich, dass sie an einen Motor angeschlossen sind, um die Welle des Generators zu bewegen. Ein dieselbetriebener Motor, der die Welle eines Generators dreht, kann als Dieselgenerator, Dieselkraftstoffgeneratorsatz oder Dieselkraftstoffgeneratorsatz bezeichnet werden.

Die meisten Generatoren, einschließlich Backup-Generatoren, werden dort fest installiert, wo sie gebraucht werden, während kleinere, tragbare Generatoren beispielsweise für Campingausflüge oder zur Stromversorgung von Häusern bei einem Stromausfall verwendet werden. Alle AC-Generatoren können nach der Eingangsenergiequelle kategorisiert werden:

• Fossile Brennstoffe: Dazu gehören Benzingeneratoren, Dieselgeneratoren, Erdgasgeneratoren und Propangeneratoren.
  
  
• Natürliche Energie: Diese werden auch als Ökostromerzeugungssysteme bezeichnet und umfassen Solargeneratoren und Windgeneratoren. Auch Wasserkraftgeneratoren, die die Bewegung von fließendem Wasser erfassen, fallen in diese Kategorie.
  
  

• Vorhandene Energie: Einige Generatoren fangen überschüssige Energie auf, die bereits von einer anderen Maschine oder einem anderen Prozess erzeugt wird, wie beispielsweise in Produktionsanlagen. Hydraulische Generatoren zum Beispiel verwenden den von einem anderen System erzeugten hydraulischen Druck, um den elektrischen Generator anzutreiben.

  Thermoelektrische Generatoren nutzen die Temperaturdifferenz zwischen zwei Leitern oder Halbleitern in einem Phänomen, das als Seebeck-Effekt bezeichnet wird.

Anwendungen von Wechselstromgeneratoren

Generatoren lassen sich neben ihren Stromquellen auch nach ihrer Anwendung in der Industrie einteilen. Einige davon sind:

• Kraftwerke: Diese Generatoren produzieren Strom für eine ganze Region, einschließlich Städte, Gemeinden, Haushalte und Unternehmen.
  
  
• Landwirtschaft: Ein Zapfwellengenerator verwendet die Antriebswelle eines Traktors als Eingangsenergiequelle. Dies ist ein Beispiel für einen tragbaren Generator.
  
  
• Flugzeug: Große Flugzeuge verwenden häufig Wechselstromgeneratoren, um elektrische Bordsysteme mit Strom zu versorgen. Ein Systemtyp wird als Flugzeugstauluftturbinengenerator bezeichnet, der den durch den Flug des Flugzeugs erzeugten Luftdruck nutzt, um eine Turbine zu drehen, die an einem Generator befestigt ist.
  
  
• Flughäfen: Startergeneratoren für Flugzeuge und Generatoren zur Bodenunterstützung treiben Flugzeuge an, wenn die Triebwerke abgeschaltet werden, um elektrische Bordsysteme zu betreiben.
  
  
• Kfz-Generatoren: Diese sogenannten Generatoren erzeugen Wechselstrom, der in Gleichstrom umgewandelt wird, um die elektronischen Systeme des Fahrzeugs zu betreiben. Fahrzeuge mit größerem Strombedarf, wie Wohnmobile, haben größere Generatoren.
  
  
• Schiffsgeneratoren: Unter Verwendung der Schiffsmotoren als Eingangsenergiequelle versorgen diese die elektrischen Systeme eines Schiffes mit Strom.
  
  
• Schweißen: Lichtbogenschweißgeneratoren liefern hohe Ausgangsströme, gemessen in Hunderten von Ampere, um den Strom bereitzustellen, der für Lichtbogenschweißgeräte benötigt wird.