Hur fungerar en generator?

En generator omvandlar rörelse till elektricitet. Det finns många olika sorters generatorer av väldigt olika storlekar, men principen av deras funktion håller sig lik. Generatorer används bland annat i de flesta kraftverk, exempelvis vindkraftverk, kärnkraftverk och vattenkraftverk. 

Hur kan då en rörelse, vilket i sammanhanget kan kallas för potentiell energi, omvandlas till elektrisk energi? Principen bakom heter elektromagnetisk induktion. Hur en generator funkar är alltså kopplat till hur den elektriska kraften och den magnetiska kraften arbetar tillsammans.  

Elektromagnetisk induktion kan kort förklaras som när en spänning uppstår för att det magnetiska flödet genom en ledare förändras.   

Här är ett vanligt exempel på hur en generator fungerar: 

1. Man får en spole, vilket är en elektrisk ledningstråd lindad i spiral, att rotera i ett fast magnetfält, alltså ett stillastående magnetfält.  
2. Den roterande delen med spolen kallas ankare eller rotor, och i närheten av detta ankare placeras en magnet.  
3. När ankaret roterar i magnetfältet bildas en elektrisk spänning i spolen, också kallad elektromotorisk kraft, eller EMK.  
4. Den här spänningen kan sedan ledas ut via en kollektor eller släpringar för att användas till att driva en elmotor, en lampa eller något annat eldrivet.  
5. Det här är den grundläggande principen bakom hur en generator fungerar, men det finns naturligtvis många olika sorters generatorer. I vissa generatorer är det som sagt spolen som roterar medan magneten är stillastående. I andra är det spolen som är fast och magneterna som roterar. En del generatorer ger växelström, andra ger likström.  

Ett exempel på en enkel och vanlig generator är en dynamo. En dynamo är en cykelgenerator som används för att driva cykelns belysning. I en dynamo sitter spolen i ett magnetfält, och när cykelhjulet snurrar, skapar detta spolens roterande rörelse. Den roterande spolen i denna lilla generator skapar en elektrisk ström som leds till cykelns belysning och får glödlampan att lysa. 

Ett sätt att se på generatorn är att den fungerar på motsatt sätt som en elmotor. En elmotor omvandlar elektrisk energi till rörelseenergi.  

Hur upptäcktes generatorn? 

Vad är skillnaden på likström och växelström? 

Elektricitet kan flöda på två olika sätt, antingen i en likström eller i en växelström. Likström kallas ofta för DC, och växelström kallas ofta för AC. Den största skillnaden mellan dem ligger i vilken riktning elektronerna flyter genom ledaren. 

Likström 

Likström syftar på att strömmen alltid går i en riktning. Namnet kommer alltså från att strömmen går åt samma (eller lika) håll.  

På strömkällan som levererar likström, exempelvis batterier finns det alltid en pluspol och en minuspol vilket leder till att elektronerna lockas bort från den negativa sidan och mot den positiva sidan. Detta leder alltså till det stadiga flödet i ett enda håll.  

Växelström​

När det gäller växelström däremot har strömmen växelriktningar. Växelström byter eller växlar, både riktning och styrka hela tiden med en oerhörd fart, ca 50 gånger i sekunden.  

Växelström har alltså till skillnad från likström en frekvens, som ofta ligger på ca 50-60Hz. Spänningen från växelström kan styras av en mekanism som kallas transformator.  

Vad är skillnaden? 

Generatorer som ger likström har en roterande ledning i ett fast magnetfält, medan generatorer som ger växelström har roterande magneter längs ledningen.  

En skillnad mellan likström och växelström är den mängd energi som de kan bära. Spänningen i likström börjar snabbt förlora energi om den behöver färdas långt. Spänningen i växelström däremot kan ge mer ström och är säker för överföring över längre avstånd. 

På grund av att växelström kan färdas långt och eftersom den kan transformeras till olika styrkor så har det blivit vad som används i våra nationella elnät. På så sätt kan strömmen överföras genom högspänningsledningar, men sedan växla från högspänning till en lägre spänning för att passa bland annat hushållsapparater.  

Likström har dock fortfarande sina användningsområden. Många elektriska apparater, som en stereo eller vissa hushållsmaskiner går på likström. En fördel med likström är att det kan lagras i batterier, till skillnad från växelström som inte kan lagras på samma sätt. 

Generatorer i bilar 

I äldre gammaldags-bilar kan det vara så att bilgeneratorn ger likström, med en roterande ledning och fasta magneter.  

I moderna bilar idag är det dock växelströmsgeneratorer som gäller. Samma gäller för en mopedmotor. I generatorerna i dessa transportmedel har man fasta spolar och en roterande magnet.  

I bilar används elektromagneter istället för permanentmagneter eftersom de senare skulle vara för stora i sammanhanget. För att elektromagneter ska fungera behöver de naturligtvis också ström, och denna ström får de från generatorn som de sitter i.  

Generatorer i kraftverk​

Ett kraftverk är en anläggning som producerar elektricitet med en generator. Generatorer i kraftverk utnyttjar rörelser i naturen och andra energikällor för att skapa rörelsen i generatorn.  

Ofta används någon form av turbin för att skapa rörelsen. Turbinen ser lite ut som en propeller och är kopplad till generatorn. Genom att exempelvis vatten eller ånga leds igenom turbinen skapas rörelseenergi, vilket då omvandlas till el i generatorn.  

Vatten och vind 

I vattenkraftverk tar man vara på energin i fallande vatten, där kraften av vattnet får turbinen att snurra. Det finns också vågkraftverk som utnyttjar vattnets rörelseenergi genom att koppla generatorn till en boj som guppar upp och ned med vågorna.  

I ett vindkraftverk roterar vindens rörelseenergi ving-blad som driver generatorn.  

Bränsle 

I andra kraftverk värms vatten till ånga, som leds igenom turbinen. I kraftvärmeverk kan dessutom det varma vattnet på andra sidan turbinen ha en sekundär effekt där det används för att värma upp hus i ett fjärrvärmenät.  

Kraftverk i Sverige eldar oftast med torv, biobränsle eller sopavfall istället för kol, olja och fossilgas som används i andra länder. I kärnkraftverk omvandlas kärnenergi till värme istället för att elda med ett bränsle. 

För- och nackdelar med generatorer 

Det är inte svårt att se fördelarna av generatorns existens, då mycket i vårt moderna tekniska samhälle bygger på elen som genereras genom uppfinningen. Finns det dock nackdelar till upptäckten av generatorn? 

En potentiell nackdel till generatorn är miljöfrågan, då en del generatorer drivs genom att elda miljöovänliga material. Exempelvis drivs en del generatorer av fossila bränslen som släpper ut mycket växthusgaser. Kärnkraftverk kan dessutom ha strålningsrisker.  

Hela kedjan av elanvändning har dessutom en påverkan på miljön, bland annat utrustningens produktion och transport som är involverad i processen. Det finns idag också alternativ på energialstrare som inte kräver en generator som solceller och bränsleceller.  

Dock är det definitivt inte alla generatorer som drivs av fossila bränslen, utan det finns många generatorer som drivs av relativt miljövänliga energikällor som vindkraft och vattenkraft.  

När det gäller miljön beror dock mycket på hur långt man är villig att ta frågan. Dessa “miljövänliga” källor som vattenkraftverk och vindkraftverk kan också ha en negativ påverkan på livsmiljöer för djur och växter.  

I sammanfattning har generatorns existens haft en omätbart stor effekt på vårt samhälle. Delvis har det medfört en möjlighet att använda energi och ha ljus, el och värme inom industrier, byggnader och transporter. Det är definitivt svårt att tänka sig ett liv utan el idag! 

Samtidigt har det medfört negativa effekter på miljön. Men med mer kunskap om utsläpp och dess konsekvenser är det dock möjligt att begränsa vilka sorters generatorer som används idag och i framtiden.  

Framtidens generatorer