Kort svar
En generator omvandlar rörelseenergi till elektrisk energi genom elektromagnetisk induktion. En magnet roterar inuti eller runt en spole av koppartråd, och rörelsen gör att det magnetiska flödet genom spolen hela tiden ändras – vilket i sin tur inducerar en elektrisk ström i ledaren. Ingen mekanisk kontakt behövs mellan magneten och strömmen som bildas.
Grundprincipen: elektromagnetisk induktion
Principen kallas elektromagnetisk induktion och beskrevs första gången av den danske professorn Hans Christian Ørsted, som 1820 upptäckte att elektricitet och magnetism hänger ihop. Bara elva år senare, 1831, visade den brittiske forskaren Michael Faraday att ett magnetfält i rörelse kan inducera elektrisk ström i en ledare. Det är fortfarande grunden för nästan all generatorteknik som byggs i dag.
I praktiken handlar det om två delar som rör sig i förhållande till varandra: en magnet som skapar ett magnetfält, och en spole av koppartråd som magnetfältet passerar genom. Så länge magnetfältet genom spolen förändras, oavsett om det är magneten eller spolen som roterar, induceras en spänning i spolen. Den spänningen driver i sin tur en elektrisk ström genom kretsen.
Så fungerar en generator steg för steg
- En yttre kraft driver rotationen. Det kan vara vatten som faller genom en turbin, vind som snurrar ett rotorblad, ånga som driver en ångturbin, eller en motor som driver en axel.
- Rotorn snurrar. Rotorn är generatorns roterande del och bär oftast magneten (permanentmagnet eller elektromagnet).
- Magnetfältet rör sig genom statorn. Statorn är den fasta delen och innehåller kopparlindningarna – spolen – där strömmen faktiskt bildas.
- Induktion skapar spänning. Det ständigt föränderliga magnetfältet inducerar en växlande spänning i spolens lindningar, enligt Faradays induktionslag.
- Strömmen leds ut. Den elektriska strömmen förs vidare via kablar, ofta genom en transformator som justerar spänningen innan den matas ut i elnätet.
Resultatet är en jämn ström elektrisk energi, så länge den yttre kraften fortsätter att driva rotationen.
Olika typer av generatorer
Generatorer skiljer sig framför allt åt på två sätt:
- Växelström (AC) eller likström (DC). De flesta moderna generatorer, från kraftverk till bärbara aggregat, producerar växelström eftersom den är enklare att generera och mest effektiv att transportera i elnätet. Äldre bilar använde i stället en likströmsgenerator, kallad dynamo, innan växelströmsgeneratorn (växelströmsgeneratorn med diodlikriktare) tog över på 1960-talet.
- Permanentmagnet eller elektromagnet. Mindre generatorer, till exempel i cyklar eller reservaggregat, har ofta en permanentmagnet som roterar. Stora kraftverksgeneratorer använder i stället en elektromagnet i rotorn, eftersom fältstyrkan då går att reglera – vilket gör det möjligt att styra spänningen exakt.
Oavsett typ är det samma grundprincip som gäller: mekaniskt arbete omvandlas till elektrisk energi via ett magnetfält i rörelse.
Var används generatorer?
Generatorer står bakom nästan all elproduktion som inte kommer direkt från solceller:
- I ett vattenkraftverk driver fallande vatten en turbin som roterar generatorns rotor. Vattenkraftverk står för en stor del av elproduktionen i Sverige, och principen med turbin och generator är densamma oavsett kraftverkets storlek.
- I ett vindkraftverk förs rotorbladens rörelseenergi via en axel, ofta genom en växellåda, in till en generator i maskinhuset som omvandlar rotationen till elektrisk ström.
- I ett kärnkraftverk värmer reaktorn vatten till ånga, som driver en ångturbin kopplad till en stor generator – samma induktionsprincip som i alla andra kraftverk.
- I bilar laddar en mindre generator, ofta kallad växelströmsgenerator eller alternator, batteriet och driver elsystemet medan motorn går.
- Bärbara reservkraftverk använder en förbränningsmotor för att driva en liten generator vid strömavbrott.
Gemensamt för alla dessa tillämpningar är att en yttre kraft, oavsett om det är vatten, vind, ånga eller en förbränningsmotor, sätter en magnet i rörelse, och att rörelsen omvandlas till elektrisk ström genom exakt samma fysikaliska princip som Faraday beskrev för snart 200 år sedan.
