Hoe AC-generators werken: een duidelijke, simpele uitleg

Een generator zet mechanische energie om in elektrische energie, maar hoe verloopt dit proces precies? Wat er gebeurt: wanneer een spoel in een magneetveld roteert, wordt een EMK in de spoel geïnduceerd, wat een stroom in een specifieke richting doet vloeien (richting hangt af van rotatierichting van de spoel of magneetvelrichting, te bepalen met de rechterhandregel).

Overweeg een gloeilamp aangesloten aan de uiteinden van de roteerende spoel in een magneetveld. Elke keer dat de flux door de spoel verandert, ontstaat een stroom, waardoor de lamp oplicht. Dit is een methode voor elektriciteit, maar de spoel zou breken door continue verdraaiing. Hier komen "borstelcontacten" of "glijringen" van pas.

Wat zijn "borstelcontacten" en waarom worden ze gebruikt???

Borstelcontacten, ook bekend als 'Glijringen', worden aan de uiteinden van de spoel geplaatst. Glijringen maken elektrisch contact tussen stationaire en roterende geleiders, zodat de stationaire stroombrook stroom kan doorgeven aan het roterende deel. Glijringen verzamelen de wisselende EMK van de wikkelingen, wat door koolborstels naar een extern circuit wordt geleid.

Variabele posities van de lus: De hoekvariatie tijdens rotatie tussen de normaal van de spoel en de magneetveldkrachten veroorzaakt variatie in de grootte van de geïnduceerde EMK. Deze EMK hangt ook af van de veranderingssnelheid van de flux door de spoel. De onderstaande figuur toont de verschillende posities van de spoel van 0° tot 180°, en dan 180° tot 360°.

Op 0 graden positie: Ook "Neutraal vlak" genoemd; de lus is parallel aan de magneetveldkrachten, maximale flux door de spoel. Toch geen EMK-productie want geen "verandering in flux door de lus".

Op 90 graden positie: Na 90° kloksgewijs rotatie wordt fluxkoppeling nul. Maar veranderingssnelheid van flux was maximaal, resulterend in geïnduceerde EMK die stijgt van nul tot piekwaarde.

Op 180 graden positie: Nog eens 90° kloksgewijs, 180° cyclus compleet. Lus loodrecht op magneetveldkrachten = maximale fluxdichtheid. EMK daalt terug naar nul.

Op 270 graden positie: Tot 180° bleef polariteit van spanning gelijk, want "de geleidersanker snijdt door het zuidelijke magneetveld". Nu verandert polariteit want "die anker snijdt nu door het noordelijke magneetveld" en vice versa. Op 270° is fluxkoppeling weer nul, maar fluxveranderingssnelheid maximaal. EMK stijgt tot piekwaarde, maar in omgekeerde richting.

Op 360 graden positie: Lus geroteerd nog 90°, 360° rotatie compleet. Lus terug in beginpositie, fluxkoppeling maximaal, spanning daalt naar nul.

Deze gegenereerde spanning is Wisselspanning.

Wat betekent elektromagnetisme

Faraday's Wet van elektromagnetische inductie stelt