Vis kilden til Generator

{{Andrebetydninger}}
[[Fil:Gorskii_04414u.jpg|mini|[[Vannkraft]]drevet [[vekselstrøm]]s-generatorer i Ýolöten, [[Murghab]], det største vannkraftverket i [[det russiske keiserdømmet]] i 1909. Her er generatorene de store sirkelformede konstruksjonene med den mindre magnetiseringsmaskinen til høyre på samme aksel.{{Byline|Sergej Prokudin-Gorskij}}]]

[[File:Modern Steam Turbine Generator.jpg|mini|En moderne generator i et amerikansk [[dampkraftverk]].{{Byline|U.S. Nuclear Regulatory Commission}}]]

[[File:Voltage Source (AC).svg|mini|Symbolet for en ideell sinusformet spenningkilde (generator). Den produserer konstant spenning og kan belastes med uendelig stor strøm, samt er uten indre [[impedans]] (motstand)]]

En '''generator''' er en [[maskin]] som omdanner [[mekanisk energi]] til [[elektrisitet|elektrisk energi]] ved [[elektromagnetisk induksjon]] for anvendelse i en ekstern elektrisk krets. Kilden til mekanisk [[energi]] kan variere fra en pedaldrevet sykkel til en [[dampturbin]] i et [[kraftverk]]. I et moderne elektrisk [[overføringsnett|kraftsystem]] kommer nesten all energi fra synkrongeneratorer som leverer [[trefase]] [[vekselspenning]]. Den omvendte omforming av elektrisk energi til mekanisk energi skjer i en [[elektrisk motor]], og motorer og generatorer har svært mange likhetstrekk. Flere typer roterende elektriske maskiner kan drives både som motor og generator, uten at de har noen konstruksjonsmessige forskjeller. I akademiske sammenhenger snakker en derfor ofte heller om elektriske maskiner enn om generatorer og motorer.

Veien frem til brukbar elektrisk generator startet i 1831 med [[Michael Faraday]]s oppdagelse av induksjon og hans oppfinnelse av en meget enkel generator. Det skulle ta mange år med utallige forsøk og oppfinnelser før en brukbar elektrisk generator ble utviklet. Motivasjonen var de store kostnadene og praktiske vansker med å forsyne elektriske motorer med [[Elektrisk strøm|strøm]] fra [[Elektrisk batteri|batterier]]. Det virkelig store gjennombruddet for elektrisk energioverføring skjedde med utviklingen av vekselstrømsgeneratoren og trefase [[overføringsnett]]. En sentral person i utviklingen var [[Mikhail Dolivo-Dobrovolskij]], som var sjefingeniør hos [[Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft]] (AEG). Han bygget videre på oppfinnelsene til [[Nikola Tesla]] og Galileo Ferraris' tofase generatorer, som han forbedret betraktelig. Helt uavhengig fant svensken Jonas Wenström også opp trefasesystemet som han offentliggjorde noe senere.

Fra slutten av 1800-tallet og frem til i dag er kraftforsyningen bygget ut i stadig større skala med generatorer for trefase vekselspenning som grunnprinsipp. Store generatorer som brukes i kraftverk er praktisk talt alltid ''synkrongeneratorer''. Navnet henspiller på at det er et helt bestemt forhold mellom maskinens omdreiningstall og frekvensen av den sinusformede spenningen disse produserer. Med sinusformet spenning kan strømmen enkelt gis svært høye spenninger ved hjelp av transformatorer, dette er nødvendig i lange kraftledninger. I mottagersiden transformeres spenningen så ned til passende forbrukerspenning. Generatorer kan variere i ytelse fra noen få [[w]]att (W) i håndholde batteriløse apparater, til mange hundre [[MW|megawatt]] (MW). Verdens til nå (2015) største generatorer blir satt i drift i et kjernekraftverk i Kina, disse har en ytelse på 1750 MW hver. 

== Terminologi ==
[[Fil:Dynamo.pul.gleich.wiki.v.1.00.gif|mini|Animasjon som viser prinsippet for en likestrømsgenerator, tidligere kalt dynamo. [[Elektrisk spenning|Spenningen]] i rotoren skifter retning, men kommutatoren på akslingen sørger for å snu polariteten slik at maskinen leverer [[likestrøm]].]]

[[Fil:Dynamo.wechsel.wiki.v.1.00.gif|mini|Animasjon som viser prinsippet for en vekselstrøm synkrongenerator. Spenningen i rotoren skifter retning to ganger for hver omdreining. Sleperingene på akslingen overfører [[vekselspenning]] til den ytre kretsen. På moderne generatorer er som regel rotorviklingene tilknyttet en likespenningskilde, mens viklinger i stator leverer energien til den ytre kretsen. Dermed unngås overføring av store strømmer over sleperinger og børster.]]

Ordet generator kommer fra [[latin]] og er [[partisipp]] av ''genero'', som betyr ''avle'' eller ''far''. Med en generator menes en maskin som omgjør mekanisk energi til elektrisitet ved hjelp av induksjon.

Generatorer kan grupperes i to hovedkategorier:
* Likestrømsgenerator som genererer [[likestrøm]]. Begrepet [[dynamo]] brukes til en viss grad om likestrømsgeneratoren, spesielt i dagligtale. I likestrømsgeneratoren dannes [[vekselstrøm]] i rotor, men [[kommutator]]en, som er en type mekanisk likeretter, sørger for at maskinen allikevel leverer likestrøm med noe varierende spenning. Se illustrasjonen til høyre
* Generator som genererer [[vekselstrøm]]. Generatorer i kraftforsyningen leverer alltid trefase vekselstrøm. Ved bruk av [[transformator]]er kan spenningen enkelt heves og store energimengder overføres over store avstander med lite tap. Se illustrasjonen til høyre som viser en svært forenklet synkronmaskin. Legg merke til at denne har såkalte sleperinger tilknyttet rotorviklingen, mens likestrømsgeneratoren over har kommutator.

Bruken av ordene generator og dynamo er noe udefinert. De fleste tenderer til å bruke dynamo om likestrømsgenerator og generator om vekselstrømgenerator.

Mekanisk består en generator av hovedkomponentene:
* ''[[Rotor]]'' som er den roterende del av en generator og som er direkte tilknyttet akselen
* ''[[Stator]]en'' er den stasjonære del av en generator
* [[Aksling]]en som bærer rotor og sleperinger eller kommutator. Denne tilknyttes turbin eller en annen maskin som drar den rundt
* [[Sleperinger]] eller kommutator

Elektriske hoveddeler:
* ''Ankeret'' er en betegnelse på arbeidsviklingene i generatoren. Det er disse som fører hovedstrømmen som leveres til den ytre kretsen. I likestrømsgeneratorer ligger arbeidsviklingene på rotor mens de ligger på stator i vekselstrømgeneratorer
* ''Feltet'' er det magnetiske feltet i en elektrisk maskin. Felt dannes med ''[[elektromagnet]]er'' eller ''permanentmagneter''
* ''Magnetiseringsutrustningen'' sørger for elektrisk strøm til feltet dersom det dannes av elektromagneter. Magnetiseringen kan skje ved:
:* ''Egenmagnetisering'' der maskinen selv skaffer strøm for formålet
:* ''Fremmedmagnetisering'' der en egen utrusting, uavhengig av generatoren, sørger for strøm til feltet. Dette kan være fra batterier eller fra en egen mindre likestrømsmaskin.

== Historisk utvikling ==
Før oppdagelsen av sammenhengen mellom elektrisitet og [[magnetisme]] ble elektrostatiske generatorer anvendt. Slike generatorer utnytter [[statisk elektrisitet]] og genererer svært høy spenning, men liten strøm. En slik type generator er [[Van de Graaff-generator]]. Gjennom å flytte [[elektrisk ladning|elektrisk ladede]] belter og plater bygges det opp et stadig økende elektrisk potensial på en elektrode, enten ved hjelp av [[Elektrisk ladning|Elektrostatisk induksjon]] eller [[triboelektrisk effekt]]. Lav effektivitet og utfordringer med [[Isolator|elektrisk isolasjon]] som kreves ved høye spenninger, medførte at slike generatorer aldri ble tatt i bruk for kommersiell elektrisitetsproduksjon. I dag er ordet generator forbeholdt elektrisk energiproduksjon basert på elektromagnetisk induksjon.

=== Teoretisk utvikling ===
{{Hoved|Elektromagnetisme}}

[[Fil:Faraday disk generator.jpg|mini|Faradays skivegenerator regnes for å være den første elektromagnetiske generator. En hesteskoformet magnet ''(A)'' opprettet et magnetfelt gjennom platen ''(D)''. Når platen roterer induseres en elektrisk strøm radielt utover fra midten mot periferien. Strømmet går ut gjennom den glidende fjærkontakten ''(m)'', gjennom den eksterne kretsen og tilbake til midten av skiven gjennom akselen.]]

Funksjonsprinsippet for den elektromagnetiske generatoren ble oppdaget i 1831 av den britiske fysikeren [[Michael Faraday]] og også uavhengig av amerikaneren [[Joseph Henry]].<ref name="MD">{{Kilde www| forfatter=Martin Doppelbauer | url= http://www.eti.kit.edu/english/1376.php |tittel=The invention of the electric motor 1800-1854 – A short history of electric motors - Part 1 | besøksdato=11. januar 2015 | verk=  |utgiver=Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) | arkiv_url= |arkivdato= |sitat= }}</ref> Prinsippet som senere er kjent som [[Faradays lov]], sier at en [[elektromotorisk spenning]] (EMS, eller elektromotorisk kraft, EMK) induseres i en elektrisk leder omsluttet av et varierende [[magnetfelt]]. Mer spesifikt at den elektromotoriske spenningen <math>\mathcal{E}</math> er proporsjonal med den tidsderiverte [[magnetisk flukstetthet|magnetiske flukstettheten]]:

<math>\mathcal{E} = -{{d\Phi_B} \over dt}, \ </math>

der

:* <math>\mathcal{E}</math> er den elektromotoriske kraft (EMK) 
:* Φ<sub>''B''</sub> er den [[magnetisk fluks|magnetiske fluksen]],
og minustegnet kanskje forklares best av [[Lenz' lov]]: 
: ''Retningen av den induserte spenningen er slik at den vil motvirke sin årsak.''

Denne indre spenningen driver den elektriske strømmen i en tilknyttet elektrisk krets.

Faraday laget i 1831 en enkel elektromagnetisk generator kjent som ''Faradays skivegenerator'', eller ''homopolar generator''. Denne besto av en [[kobber]]skive på en aksling, slik at den kunne rotere mellom armene til en hesteskomagnet (se figuren). Det oppsto da en likespenning mellom senter og periferi av platen som kunne drive en liten strøm i en ekstern krets.<ref>{{Kilde www| forfatter=Julian Rubin | url=http://www.juliantrubin.com/bigten/electric_motor_generator.html |tittel= Michael Faraday – The Invention of the Electric Motor and Electric Generator – Build a Homopolar Electric Motor (Barlow's Wheel) and a Homopolar Generator (Faraday Disk) | besøksdato= 18. januar 2015 | verk=  |utgiver= | arkiv_url= |arkivdato=juni 2013 | sitat= }}</ref>

=== De første eksperimenter med generatorer ===
[[Fil:Wechselstromerzeuger.jpg|mini|En av de aller første generatorer bygget av franskmannen Hippolyte Pixii i 1832. Pixii var instrumentmaker for [[André-Marie Ampère]] og [[Claude Pouillet]] på 1820-tallet. Først laget han en maskin som ga vekselspenning. Senere utviklet han en enkel kommutator slik at det ble generert likespenning. Denne tegningen viser den siste versjonen, men vekselspenningsutgaven kan ha sett meget lik ut.]]

Det var ikke stort praktisk behov for en generator på tiden Faraday oppdaget loven om induksjon. Dette forandret seg med inntoget av teknologier som [[telegraf]] og [[Buelampe|lysbuelamper]]. Disse ble først drevet av batterier, men dette var kostbart, og i 1860- og 1870-årene ble det en fornyet interesse for generatoren.<ref name="IEEE">{{Kilde www| forfatter= | url= http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Generators | tittel=Generators | besøksdato= 11. januar 2015 | verk= IEEE Global History Network |utgiver=Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) | arkiv_url= |arkivdato= |sitat= }}</ref>

[[Fil:Gramme Ring - 6 coil - 3 pole.svg|mini|Prinsippet for en kommutator og tilknytningen til ankerviklingene vist skjematisk. Alle delene unntatt kullbørstene markert S og M roterer. Diagrammet under viser spenningen som kan hentes ut. Tegningen viser også rotorviklinger utformet som en ''Grammes ring'' som kom mange år etter Hippolyte Pixii første kommutator.]]

Det aller første roterende apparatet drevet av elektromagnetisme ble bygget av engelskmannen [[Peter Barlow]] i 1822. Dette er kjent som ''Barlows hjul''. I juli 1832 laget den franske instrumentmakeren Hippolyte Pixii det første apparatet som genererte vekselspenning ved induksjon ved hjelp av roterende permanentmagneter. Apparatet ble presentert offentlig i september 1832 på et møte i  [[Det franske vitenskapsakademiet]] (fransk: Académie des Sciences), og allerede i juli ble oppfinnelsen omtalt i ''Annales de Chimie''. Etter ideer fra [[André-Marie Ampère]] utviklet han samme år en komponent som snudde strømmens retning for hver halve omdreining rotoren gjorde.<ref>{{Kilde www|url= http://catalogue.museogalileo.it/multimedia/PixiisMagnetoelectricMachineBis.html| tittel=Pixii's magneto-electric machine | besøksdato= 22. mars 2015}}</ref> Dermed leverte apparatet ut likespenning. Komponenten som snudde spenningen er kjent som kommutatoren. Imidlertid er det engelskmannen William Ritchie som er kjent som oppfinneren av kommutatoren. Ritchie hevdet å ha funnet opp kommutatoren den samme sommeren som Pixii.<ref name="MD" />

I den aller første tiden med eksperimentering med elektriske maskiner ble det skilt strengt mellom såkalte «magnetelektriske-» og «elektromagnetiske-maskiner», i betydningen henholdsvis generatorer og motorer. Den russisk-tyske fysikeren [[Emil Lenz]] viste imidlertid i en artikkel publisert i ''[[Annalen der Physik]]'' i 1834 at fenomenene «magnetelektrisitet» og «elektromagnetisme» var to sider av samme sak. Han formulerte «loven om gjensidighet mellom  magnetelektrisitet og  elektromagnetisme». Dette innebar at en elektrisk motor må kunne fungere som generator, og omvendt. I løpet av noen år ble dette akseptert, særlig etter 1838 da det ble rapportert om flere tilfeller der det eksperimentelt ble vist at fenomenet kan gå motsatte veier. Lenz rapporterte selv i 1838 i ''Annalen der Physik'' at han hadde lyktes med å få en Pixii-generator til å virke som motor.<ref name="MD" />

=== Elektrisk motor som motivasjon for å lage en generator ===
Fra midten av 1800-tallet ble det gjort svært mange forsøk på å forbedre elektriske motorer og generatorer. Det ble gjort forsøk med både roterende maskiner, og innretninger der en stang ble satt til å beveges frem og tilbake omtrent som stemplet i en dampmaskin. (I dag omtalt som en lineærgenerator.)  Den tyske-jødiske ingeniøren og fysikeren [[Moritz Hermann von Jacobi]] holdes for å være den første til å lage en praktisk anvendbar elektrisk motor. Han rapporterte til ''Annalen der Physik'' i mai 1834 at han hadde konstruert en elektrisk motor som kunne løfte en vekt på 10–12 pund opp med en fart av én fot i sekundet. Dette tilsvarer en effekt på 15 [[W]].<ref name="MD" />

I desember 1833 ble den amerikanske smeden Thomas Davenport den første som laget en elektrisk motor i USA. Hans maskin kunne yte 4,5 W, men hverken han eller andre oppfinnere på denne tiden, greide å lage en maskin med en ytelse som gjorde den praktisk anvendbar. Det store spranget kom i 1838, da Jacobi lyktes med å lage en motor som utviklet hele 300 W. For å demonstrere dens praktiske anvendelse satt han motoren i en båt og transporterte 14 personer over elven [[Neva]]<ref name="ReferenceA">[[#DNTO|Georg Lütken: ''Anvendelser af Elektriciteten i den nyere Tid'' side 219.]]</ref> i [[St. Petersburg]]. Denne båtturen fant sted den [[13. september]] [[1838]], båten kjørte 7,5&nbsp;km og holdt en fart på 2,5&nbsp;km/h. I båten var det sink-batterier som til sammen veide 200&nbsp;kg. I årene fra 1837 til 1866 ble det tatt ut hele 100 patenter på elektriske motorer bare i England. I hele verden ble det tatt ut tusenvis av patenter. Det skulle vise seg å ta lang tid før noen overgikk Jacobi når det gjaldt ytelsen for en elektrisk maskin.<ref name="MD" />

Det skjedde stadige forbedringer av elektriske motorer, men det var et fundamentalt problem med disse; den høye vekten og kostnadene for batteriene. Dette ble også motivasjonen for å lage en funksjonell generator som kunne forsyne motorer med elektrisitet. I 1850 skrev R. Hunt i ''British Philosophical Magazine'' at en elektrisk motor, selv under de beste forhold, er 25 ganger mer kostbar enn en dampmaskin for å gjøre det samme arbeidet. I 1841 utlovet [[Det tyske forbund]] en pris på 100&nbsp;000 [[gulden]] til den som konstruerte en elektrisk motor som kunne gi billigere energi enn en hest, en dampmaskin eller et menneske. Det viste seg umulig å få til noe slikt uten at en vellykket generator ble konstruert.<ref name="MD" />

=== Likestrømsgeneratorer ===
==== Siemens dynamo ====
[[Fil:Generator für Demonstrationszwecke.jpg|mini|Liten generator av typen som [[Werner von Siemens]] utviklet, den såkalte ''dobbelt-T-maskinen''.]]

I 1856 klarte den tyske ingeniøren og industrimannen Werner von Siemens å utvikle en generator som ga en viss effekt. Denne var basert på permanentmagneter og ble kalt ''dobbelt-T-maskinen''. Maskinen ble også kalt ''sylinder-induktoren'' på grunn av rotorens sylinderform. De første utgavene av denne ble anvendt innenfor telegrafi og ble sveivet rundt for hånd.<ref name="MD2">{{Kilde www| forfatter=Martin Doppelbauer | url= http://www.eti.kit.edu/english/1376.php |tittel= The invention of the electric motor 1800-1854 – A short history of electric motors - Part 2 | besøksdato= 11. januar 2015 | verk=  |utgiver=Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) | arkiv_url= |arkivdato= |sitat= }}</ref> Lignende maskiner er senere brukt også i [[magneto-telefon]]er og [[felttelefon]]er.

Maskinen har en hesteskoformet permanentmagnet som gir et statisk felt gjennom rotor. Gapet i hesteskoen har en sylinderformet utforming som delvis omslutter rotor.<ref name="ReferenceA" /> Siemens gjorde en annen viktig konstruksjonsforbedring: Viklingen i rotoren ble lagt i flere spor i rotorens omfang. Dette er en av flere konstruksjonsmessige forbedringer frem mot en generator med mindre pulsering i spenningen.<ref name="MD2" />

I slutten av 1866 offentliggjorde Siemens sin oppfinnelse av en ny type generator uten permanentmagneter for å danne felten, men elektromagneter. Altså spoler eller viklinger med mange tørn som dannet et kraftig magnetfelt. Strømmen til å drive elektromagnetene ble hentet fra maskinen selv. Prinsippet gikk ut på å starte generatoren med strøm fra et galvanisk-batteri, som bygget opp feltet. Etter hvert som arbeidsviklingene bygget opp en stadig sterkere spenning, ble også feltet sterkere og batteriet kunne frakobles. Feltet økte i styrke inntil jernet gikk i metning, altså ikke kan føre et større magnetfelt.{{Tr}} Siemens kalte sin generator for en dynamo-elektrisk maskin for å understreke at den skaffer sin egen magnetisering uten permanentmagneter. Med denne oppfinnelsen fås sterke magnetfelt, dessuten unngås problemet med at permanentmagnetene mister sin magnetisme over tid.<ref name="DNTO222">[[#DNTO|Georg Lütken: ''Anvendelser af Elektriciteten i den nyere Tid'' side 222.]]</ref> Denne maskinen regnes for å være den første vellykkede likestrømsgenerator.<ref name="MD2" /> Det skulle imidlertid vise seg at den engelske oppfinneren [[Charles Wheatstone]] i februar 1867 hadde gjort den samme oppfinnelsen uavhengig av Siemens.<ref name="DNTO222" />

==== Grammes ankerring ====
[[Fil:PSM V18 D509 Electric induction coil.jpg|mini|150px|Grammes ringanker med viklingene (B) som har forbindelse ut til kommutatoren via kobberlederne (R).]]
[[Fil:Grammescher Ring.png|mini|150px|Stillisert tegning som forklarer prinsippet for Grammes ringanker.]]

En stor ulempe med Siemens generator var at den produserte en pulserende spenning. I 1871 kom den belgiske ingeniøren Zénobe Théophil Gramme med en dynamo uten denne pulseringen.<ref name="MD2" /> Grammes dynamo hadde en rotor som ble kalt ''Grammes ankerring'', med viklinger som var sammenkoblet som bildet til høyre øverst viser. Rett nedenfor til høyre er prinsippet vist som en [[torus]] (ring) med vinklinger rundt. Fra hver viklingspole var det forbindelse til segmenter på kommutatoren. Det ble indusert like mye spenning i den øverst halvdel av ringen som i den nederste, og børstene hentet ut strømmen ved -B og +B. Hadde det ikke vært for at børstene var plassert der ville den induserte strømmen blitt null. Dynamoen til Gramme gikk med en hastighet på 800-1000 [[o/min]] og ga en strøm med mindre pulsering (rippel).<ref name="DNTO225">[[#DNTO|Georg Lütken: ''Anvendelser af Elektriciteten i den nyere Tid'' side 225.]]</ref> Årsaken er fordeler som oppnås med såkalte distribuerte viklinger, noe som blir omtalt lenger ned i artikkelen.

==== Endelig en funksjonell likestrømsgenerator ====
[[Fil:TMW 4987 Gleichstromgenerator an Dampfmaschine Siemens-Halske.jpg|mini|[[Siemens & Halske]]s dynamo fra 1883 med trommelrotor med viklinger i pereferien.]]

Friedrich von Hefner-Alteneck som var sjefingeniør for Siemens fant i 1872 opp en rotor til dynamoen med sylindrisk form. Denne hadde i tillegg viklinger som ble lagt i en rekke spor i rotorens periferi og parallelt med akselen. Dette var en forbedring av Grammes oppfinnelse, fordi denne ikke har en stor del av viklingene på innersiden der det uansett ikke ble indusert noe spenning.<ref name="DNTO225" /> i tillegg er det produksjonsmessig enklere enn å vikle Grammes [[toroid]].

Franskmannen Auguste Pellerin foreslo at stålkonstruksjonene i en elektrisk maskin burde være av laminerte stålplater istedenfor massivt stål og at de ble elektrisk isolert fra hverandre. Hensikten med dette var å unngå ''[[virvelstrøm]]mer''. Med disse siste oppfinnelsene greide en endelig å få gode dynamoer og tilhørende motorer.<ref name="MD2" />

==== Dynamoens videre anvendelse ====
Selv om også generatorer som produserte vekselspenning kom i bruk fra rundt 1870, hadde likespenning størst utbredelse. Vekselspenning var et godt alternativ for lysbuelamper som ble mer og mer vanlig for gatebelysning, men på denne tiden var det ikke oppfunnet noen motorer som fungerte tilfredsstillende for vekselspenning. En av de aller tidligste kraftstasjoner var [[Pearl Street Station]] i New York som [[Thomas Edison]] stod bak og ble satt i drift i 1882. Denne hadde kun dynamoer for likespenning. Ulempen med likespenning var at særlig høye spenningsnivåer ikke var teknisk mulig på grunn av blant annet begrensningene i kommutatoren. Avstanden fra dynamo til forbrukeren kunne derfor ikke være stor. Mange oppfinnere skjønte at vekselspenning ikke ville ha de samme begrensningene. Med introduksjonen av transformatorer kunne spenningen og dermed avstanden økes betydelig. Utfordringen var å utvikle en anvendbar motor for vekselspenning.<ref name="IEEE" />

Inntil praktisk bruk av vekselspenning ble demonstrert i 1891 var dynamoer som leverte likespenning enerådende.<ref name="MD2" /> I 1901 var det 18 av totalt 22 kraftverk i Norge som produserte likespenning.<ref>[http://www.ssb.no/a/histstat/aarbok/tab-2000-10-25-04.html] www.ssb.no Elektrisitetsverk i byer etablert før 1901</ref> Dynamoer i kraftsystemer for likespenning er i dag uvanlig, men likestrømsmaskiner har allikevel vært mye brukt i forbindelse med motordrifter helt opp til i dag. Spesielt i forbindelse med regulering av turtallet har kraftsystemer for likespenning vært svært utbredt. Med introduksjon av [[kraftelektronikk]] og [[frekvensomformer]]e, ble likestrøm etter hver også uvanlig i større motordrifter.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 435.]]</ref> Likestrømsmotorer finnes imidlertid i mange mindre husholdningsapparater og i håndverktøy, og blir omtalt som universalmotorer eller vekselstrøms kommutatormotorer. Disse drives da med vekselspenning. Også i lokomotiver har disse motorene hatt stor utbredelse.

=== Vekselstrømsgenerator ===
{{Hoved|Synkronmaskin}}

Gjennom en rekke oppdagelser ble dynamoen etterfulgt av mange forbedrede oppfinnelser, særlig vekselstrømsgeneratoren, som genererer vekselstrøm. Vekselstrømsystemer var kjent i enkle former helt fra Michael Faradays opprinnelige oppdagelse av magnetisk induksjon av elektrisk spenning.

==== Eksperimenter med vekselspenning med to og tre faser ====
[[Fil:Simpel-3-faset-generator.gif|mini|Animasjon som viser generering av trefaset vekselspenning på en svært forenklet måte. Terminalene L1, L2 og L3 er tilknyttingspunktene for den eksterne kretsen. Viklingene er koblet i stjerne (også kalt Y-kobling) der fellespunktet som er merket «Nul» kalles nøytralpunkt (også sterne eller N-punkt).]]

Den italienske professoren Galileo Ferraris klarte å bygge en liten asynkronmotor basert på to faser i 1885. Fasene her er to spenninger med en faseforskyvning på 90 grader. En oppnår dermed et roterende felt, noe som er gunstig for å få en vekselstrømsmotor til å starte.<ref>Thomas J. Blalock ''The first polyphase system: a look back at two-phase power for AC distribution'', in '' IEEE Power and Energy Magazine'', March–April 2004, ISSN 1540-7977 p. 63</ref> Ferraris antok at en slik maskin aldri kunne oppnå en større [[virkningsgrad]] enn 50 %. Det skulle vise seg å være helt feil, men Ferraris mistet interessen for videreutvikling av sitt prinsipp. Den kroatisk-amerikanske ingeniøren og oppfinneren Nikola Tesla drev på samme tid forsøk med en tofasemotor, overføringslinje og generator. Hans konsept gjorde bruk av fire ledere for overføring mellom generator og motor. Oppfinneren og industrimannen [[George Westinghouse]] ble oppmerksom på Teslas store fremskritt innenfor forskning med elektrisitet og kjøpte alle hans 40 patenter for 1 million [[USD]]. Tesla ble konsulent for Westinghouses selskap og gjorde videre forsøk med sitt konsept. Han hadde stor tro på tofasede og enfasede vekselspenningsmotorer, men mislyktes i å få noen motor til å fungere særlig godt. I 1889 forlot han Westinghouse skuffet over at ingen av hans forsøk hadde nådd frem.<ref name="MD2" />

Den som først konstruerte en funksjonell trefaset vekselstrømsmotor var den tyske ingeniøren [[Friedrich August Haselwander]]. Han fant opp en trefaset synkronmaskin med utpregede poler i juli 1887, men det tyske postvesenet forbød bruken av maskinen på grunn av frykt for forstyrrelser på telegraflinjene. Haselwander mislyktes også med å få godkjent patentet. Amerikaneren [[Charles Schenk Bradley]] hadde på samme tid også eksperimentert med flerfasegeneratorer og vekselstrømsystemer for to og tre faser. Han fikk patent på flere oppfinnelser, blant annet en asynkronmaskin, men han gikk ikke videre med praktiske forsøk for anvendelser.<ref name="MD2" /> I USA fikk likestrømsystemer stadig større utbredelse, mens det var i Europa at videre forskning på vekselstrømsystemer fant sted.<ref>{{Kilde www| forfatter= | tittel=Generators and Dynamos | url=http://www.edisontechcenter.org/generators.html | besøksdato= 16. januar 2015 | verk= |utgiver=Edison Tech Center | arkiv_url= |arkivdato=2014 |sitat= }}</ref>

==== Trefasesystemet ====
{{Sitat| Tesla var den første til å jobbe intensivt med problemet med elektrisk kraftoverføring via et flerfaset vekselstrømsystem, han var den første til å finne grunnlaget for en slik overføring, og var den første til å presentere prinsippene for en flerfaset induksjonsmotor.

Bradley søker det første patentet på en to-fase strømoverføringssystem med synkronmaskiner og fire elektriske ledninger. Han fikk også det første patentet for en tre-fase induksjonsmotor med en helt kortsluttet rotor (kortslutningsrotor).

Haselwander var den første til å konstruere et trefase overføringssystem med synkronmaskiner og tre faseledere. Han bygde det første anlegget av denne typen, og var den første til å ta det i praktisk bruk.

Dolivo-Dobrowolsky bygde den første enkle, praktisk nyttige trefase induksjonsmotoren med kortslutningsrotor. I brede vitenskapelige foredrag og essays, forklarte han naturen og kjennetegnene ved dagens trefase system og trefase motorer... og to år etter bygde han sin første 1/10 hk induksjonsmotor, så satte han en 100 hk trefase motor i normal drift... Dolivo-Dobrowolsky må derfor ses på som pioneren innen innføringen dagens trefase system.

Wenström er en som tydelig erkjenner problemet, skaper teknisk solide og godt gjennomtenkte løsninger for hele programmet, men hans løsninger vises frem ett til to år for sent i konkurransen. |''Franz Hillebrand på vegne av VDE vitenskapskomité i 1959<ref name="MD2" />''|right}}

I 1889 begynte [[AEG]]s sjefingeniør, sveitsisk-russeren [[Mikhail Dolivo-Dobrovolskij]], med forsøk der han kombinerte Teslas og Ferraris oppfinnelser som han forbedret betraktelig. Han fant opp en trefaset asynkronmotor i begynnelsen av 1889, og gjorde store fremskritt med denne. Asynkronmaskinen er i dag trolig den mest brukte motor i verden for litt større effekter og i en viss utstrekning som generator i små kraftstasjoner. Dolivo-Dobrowolsky var også den første til å finne ut at vinklingene i en trefase-motor eller -generator kan kobles i stjerne eller trekant. Han fant videre ut at et trefasesystem ikke behøvde mer enn tre ledere for overføring av elektrisk energi. Med tre faser blir det roterende feltet jevnere og overført effekt kan økes med en faktor på 1,73 med bare én leder mer enn i et enfasesystem. I august 1889 tok han ut patent på en transformator med tre ben (kjernetransformator), altså en trefasetransformator.

Samtidig som Dolivo-Dobrowolsky gjorde store fremskritt med sitt trefasesystem, kom den svenske ingeniøren Jonas Wenström i april 1889 opp med et patent på et trefasesystem. Wenström bygde i 1893 en 13&nbsp;km lang trefaset kraftlinje i Sverige. Sannsynligvis visste Wenström ikke noe om at trefasesystemer ble utforsket andre steder i verden.<ref name="MD2" />

==== Den internasjonale elektrotekniske utstilling i Frankfurt am Main ====
[[Fil:Lauffen-Frankfurt 1891e.jpg|thumb|left|Generatoren i kraftstasjonen ved Lauffen am Neckar som leverte vekselstrøm til [[Den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891]] i Frankfurt am Main.]]

Dolivo-Dobrowolsky samarbeidet med Maschinenfabrik Oerlikon og AEG om å bygge en trefase kraftlinje fra et kraftverk i Laufen til Frankfurt am Main i Tyskland i 1891. Denne kraftlinjen var 175&nbsp;km lang og med en spenning på 25 [[kV]]. Den hadde en overføringskapasitet på 220&nbsp;kW<ref name="MD2" />

Kraftlinjen ble i brukt til å demonstrere trefasesystemets fordeler på [[Den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891]] i Frankfurt am Main (International Electro-Technical Exhibition). Energien fra kraftstasjonen ble brukt til å drive en pumpe som skaffet vann til et kunstig fossefall på utstillingen. Med denne demonstrasjonen skjønte alle tilstedeværende ingeniører og industriherrer at vekselstrøm hadde store fordeler, spesielt når det gjaldt å overføre elektrisitet over svært lange avstander. Etter dette startet både Siemens, [[General Electric]] og [[Westinghouse]] et intensivt arbeid for å bygge best mulige generatorer og andre maskiner for vekselstrøm.<ref>{{Kilde www| forfatter= | tittel=Laufen to Frankfurt 1891 | url= http://www.edisontechcenter.org/LauffenFrankfurt.html | besøksdato= 14. januar 2015 | verk= |utgiver=Edison Tech Center | arkiv_url= |arkivdato=2013 |sitat= }}</ref> Tesla kom tilbake til firmaet til Westinghouse og sammen bygde de den første kraftlinjen i USA for trefaset vekselspenning fra [[Niagarafallene]] til [[Buffalo]] i delstaten New York. Denne kraftlinjen stod ferdig i slutten av 1896.<ref name="MD2" />

== Konstruksjon og virkemåte for moderne generatorer ==
=== Likestrømsgeneratorer ===
[[Fil:Dynamo 2(PSF).png|mini|En dynamo bestående av: Hjul for reimdrift (A), feltpoler i stator (B), rotorviklinger (C), kullbørster (D) og kommutator (E).]]

[[Fil:Kommutator universalmotor stab.jpg|mini|Nærbilde av en liten masse-<br />produsert rotor  der kommutatoren er trommelen foran til venstre. Denne har kobberlameller (eller segmenter) som er elektrisk isolert fra hverandre. Hver lamell har forbindelse til rotorens viklinger slik som Gramme var den første til å konstruere. Børster av kull ligger inn mot kommutatoren og danner forbindelsen til den eksterne elektriske kretsen.]]

En likestrømsgenerator består av en stator, rotor med aksling, viklinger og kommutator. Statoren er sirkelformet og i dens indre omkrets er polene plassert. Disse  danner magnetfeltet mellom seg, med enten bare et par med nord og sørpol som står overfor hverandre, eller flere par. Med flere par står disse vekselvis med forskjellig polaritet rundt omfanget av statoren. Statorens poler magnetiseres av likestrøm i viklinger i form av spoler (solenoider) med mange tørn. Polene på stator stikker frem fra selve statorringen for å gi plass til feltviklingene. En kaller slike for utpregede poler. Rotoren er plassert i statorens senter og har viklinger rundt omfanget. Rotorens viklinger ligger i spor i overflaten av dens omfang og er tilknyttet kommutatoren. Bilde til høyre viser en liten rotor for en likestrømsmaskin. Her ser en tydelig at kommutatoren er sammensatt av lameller som hver har kontakt med viklingene. Lamellene er elektrisk isolert fra hverandre. Børstene har kontakt med lamellene og bringer strømmen ut til den eksterne kretsen. Det dannes vekselspenning i rotorviklingene og kommutatorens oppgave er å virke som en mekanisk likeretter. Viklingene i rotor kalles også ankerviklinger. Både statoren og rotoren er konstruert av laminerte blikkplater av bløt stål.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 390-391.]]</ref> Spenningen fra en likestrømsgenerator blir ikke helt konstant, men med distribuerte viklinger og mange komutatorsegmenter per per pol kan spenningen bli meget jevn. (Uten rippel eller bølger.)<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 392-393.]]</ref>

Vinklingene i statoren får sin strøm fra ankeret, og kan i prinsippet være [[Seriekobling|koblet i serie]] eller [[Parallellkopling|parallell]] med ankeret. Det siste kalles shuntvikling og er mest brukt. Grunnen til at koblingen brukes mest er at spenningen som mates ut til forbrukerne (den eksterne kretsen) blir konstant og i mindre grad avhengig av belastningen. Ved hjelp av en justerbar motstand, en reostat, kan strømstyrken til feltviklingene justeres og dermed endres også spenningen.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 396.]]</ref> Ved å holde hastigheten til generatoren konstant med en regulator tilknyttet [[turbin]]en som driver den og justere reostaten, kan spenningen holdes mer eller mindre konstant selv om belastningen varierer.

Ved oppstart av en likestrømsgenerator er en avhengig av at det er en viss magnetisme gjenværende fra sist den var i bruk. Når generatoren først begynner å rotere vil den gjenværende [[remanens]] som er i jernkjernen i feltpolene gi et magnetisk felt som generere en liten strøm i ankeret. Denne strømmen som rotasjonen skaper går gjennom feltviklingene og skaper et ytterligere sterkere magnetisk felt som igjen genererer en større ankerstrøm. Denne prosessen med stadig øking av magnetfelt og indusert strøm fortsetter, etter en tid gir maskien ut ønsket spenning.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 411-412.]]</ref> Når maskinen går med konstant turtall og tilkobles lasten (eksternt nett) justeres spenningen med reostaten, som forklart over. Dersom som lasten varierer vil utgangsspenningen variere. For å holde klemmespenningen nær konstant kan reostaten erstattes av en feltstrømregulator.

I det spesielle tilfellet at en likestrømsgenerator drives med varierende turtall, som for eksempel en bildynamo, blir reguleringen av spenningen annerledes. Da brukes en regulator som endrer feltstrømmen, slik at utgangsspenningen kan holdes nær konstant over et stort turtalls- og lastområde.

=== Anvendelse av likestrømsgeneratoren i dag ===
[[Fil:Vamma kraftstasjon turbiner og generatorer.jpg|mini|Generatorene i Vamma kraftstasjon er synkronmaskiner. På akslingen til hver av disse er det tilknyttet en likestrømsgenerator. Denne kalles også magnetiseringsmaskin og skaffer likespenning til rotoren (polhjulet). Magnetiseringsmaskinen kan sees helt til høyre på det nærmeste aggregatet.]]

Likestrømsgeneratoren ble raskt utkonkurrert av vekselstrømsgeneratoren på grunn av vanskene med å overføre likestrøm over store avstander. Likestrømsgeneratoren har likevel hatt stor utbredelse som magnetiseringsmaskin for vekselstrøms synkrongeneratorer. Det må til en likespenningskilde for å skape feltet i en synkrongenerator, mer om dette følger i avsnittet nedenfor.

Et annet sted der likestrømsgeneratoren har hatt sin utbredelse er i forbindelse med elektrisk jernbanedrift. Dette er tilfelle i for eksempel Polen og Italia. Typisk produseres likestrømmen ved omforming av vekselspenning fra det offentlige overføringsnettet. En trefase vekselstrømsmotor driver likestrømsgeneratorer som mater ut til jernbanens kontaktledningsnettet. Et alternativ er å lage likespenning av vekselstrøm via [[likeretter]]e. Tidliger var disse basert på kvikksølvlikerettere, men i dag er disse erstattet av [[halvleder]]teknologi.

En annen type omformer er trinnløs omforming av vekselspenning til spenning med en annen frekvens. Dette kan skje ved at en trefaset motor driver en likestrømsgenerator på samme aksling. Likestrømsgeneratoren gir strøm til en likestrømsmotor der turtallet enkelt kan justeres. Likestrømsmotorene har felles aksling med en vekselstrømsgenerator som forsyner et distribusjonsnett der variabel frekvens er ønskelig. Dette kalles en ac-dc-dc-ac-omformer, og selv om en slik installasjon enkelt kan omforme vekselspenning er den stor, kostbar og vedlikeholdsintensiv. I tillegg kommer store energitap.

Dette er noen eksempler på bruk av likestrømsgeneratorer som har hatt stor utbredelse, men som i stor grad har blitt erstattet av halvlederteknologi. Også når det gjelder magnetiseringsmaskiner for synkrongeneratorer har likestrømsgeneratorene blitt erstattet med halvlederteknologi. Noen av grunnen til at en ikke bruker denne typen maskiner er at spesielt kommutatoren krever mye vedlikehold. Dessuten vil kullbørstene i forbindelse med kommutatoren forårsake kullstøv som er elektrisk ledende, og kan gi kortslutninger i maskinen.

=== Synkrongeneratoren ===
[[Fil:Rotary field magnet and exciter armature for high-speed alternator (Rankin Kennedy, Electrical Installations, Vol II, 1909).jpg|mini|Polhjulet til en synkrongenerator med utpregede poler. Hastigheten til denne må være 1800 rpm om frekvensen til spenningen skal være 60 Hz, og 1500 rpm for 50 Hz. Legg merke til rotoren til magnetiseringsmaskinen på enden av rotoren.]]

[[Fil:Bundesarchiv B 145 Bild-F002763-0009, Berlin, AEG Turbinenfabrik.jpg|mini|Vikling av en stator til en stor turbogenerator i AEG-Turbinenfabrik i Berlin i 1955. Legg merke til at viklingene utnytter hele statoromfangets omkrets, dette kalles ''distribuerte viklinger''. Denne måten å vikle generatoren på er et av flere tiltakt for at spenningen skal bli mest mulig sinusformet.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 164.]]</ref>]]

Synkrongeneratorens navn henspiller på at frekvensen til spenningen som blir generert er proporsjonal med turtallet til rotoren. Rotoren kalles også polhjulet og har elektriske viklinger som gir magnetisk felt. Rotoren forsynes via sleperinger, fra en ytre likespenningskilde. Dette kan være en likestrømsgenerator montert på generatorens aksling (egenmagnetisering), eller en separat likeretter (fremmedmagnetisering) basert på halvlederteknologi. Rotoren har enten utpregede poler eller sylindrisk rotor om hastigheten er svært stor. Det siste kalles en turbogenerator og er som navnet sier vanlig når generatoren drives av en turbin. Rotoren setter opp et roterende magnetfelt og dette induserer spenning i statorens viklinger. Vinklingene i stator er montert i spor i dens indre omfang og er tilknyttet den ytre elektriske kretsen, se bilde til høyre. Statorens viklinger kalles også ankerviklinger. Sammenhengen mellom antall polpar på polhjulet, geometrisk plassering av ankerviklingene, samt rotasjonshastighet bestemmer spenningens frekvens, faseforskyvningen mellom spenningene og spenningens sinusform og amplitude.<ref name="DNTO216-217">[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 216-217.]]</ref>

Synkronmaskinen er i dag så å si enerådende som generator. I moderne kraftsystemer er hundrevis eller tusenvis av generatorer koblet sammen i parallell. Dermed blir både spenningen og frekvensen for en enkelt generators terminaler hovedsakelig bestemt av de andre maskinene i kraftsystemet. Overføringsnettet sørger for at synkronmaskiner som geografisk er adskilt med mange hundre kilometer går med samme frekvens. Alle større generatorer må allikevel ha turtallsregulering og spenningsregulator for at kraftsystemets frekvens og spenning skal være noenlunde konstant. Selv om en enkelt generator utgjør bare en svært liten del av systemets ytelse, må alle enhetene bidra med å holde frekvens og turtall konstant.<ref name="DNTO216-217" /> Unntaket er små generatorer i mini- og mikrokraftverk, som kan gjøres enklere og billiger uten disse regulatorene.

Store kraftsystemer har fordeler ved at systemene kan ha stor pålitelighet uten at den samlet reservekapasiteten må gjøres uforholdsmessig stor. Reservekapasitet vil si enheter (kan være generatorer eller kraftledninger) som ikke er i drift (ofte kalt ''kald reserve'') eller ikke utnyttes fullt ut (''roterende reserve''). Dette er gunstig for å oppnå redundans, men gir blant annet dårlig utnyttelse av investert kapital. Forskjellige energikilder kan utnyttes over et stort geografisk område, for eksempel er praktisk talt hele Nord-Amerika sammenkoblet til et stort kraftnett. Kraftstasjoner er ofte svært kompliserte og kostbare, dermed blir [[stordriftsfordel]]er attraktive å utnytte i et stort sammenhengende system der svært store kraftverk utgjør energikildene.<ref>[[#PSSC|Prabha Kundur: ''Power systems stability'' side 5.]]</ref> Dermed blir også generatorene svært store (en ønsker vanligvis ikke mange generatorer i et kraftverk), slik som eksemplene i avsnittet under gir eksempler på.

=== Ytelse og typiske parametre for generatorer ===
[[Fil:Generator1 og 2 hakavik.jpg|miniatyr|Generator 1 og 2 i [[Hakavik kraftverk]], Øvre Eiker. Kraftverket forsyner jernbane med enfase, 16 2/3 Hz til jernbanen.]]
Tidlige generatorer og tilhørende kraftsystemer hadde frekvenser på for eksempel 25, 50, 60, 125, og 133&nbsp;Hz. Dette gir problemer for samkjøring og tidlig ble 60&nbsp;Hz introdusert som standard i Nord-Amerika. 50&nbsp;Hz ble valg i resten av verden.<ref>[[#PSSC|Prabha Kundur: ''Power systems stability'' side 4.]]</ref> Det som ble sett på som akseptabel spenning i generatorer ble også stadig økt. I dag er spenningen i generatorer typisk i intervallet 11 – 35 kV.<ref>[[#PSSC|Prabha Kundur: ''Power systems stability'' side 6.]]</ref> Disse er ofte direkte tilknyttet en transformator som mater ut effekt med den spenningen som er ønsket i det aktuelle nettnivået. Typisk vil generatorenes og kraftverkets ytelse bestemme tilknytning til aktuelt nettnivå.

Det som hevdes å være verdens største generatorer er to maskin på 1750 MW til Taishan 1 kraftverk  i Kina. Dette er et kjernekraftverk som i 2013 fortsatt var under bygging.<ref>{{Kilde www| forfatter= | tittel=Giant generator hits the road | url=http://www.world-nuclear-news.org/NN_Giant_generator_hits_the_road_2808131.html | besøksdato= 21. mars 2015 | verk= |utgiver=World Nuclear News | arkiv_url= |arkivdato=28. august 2013 |sitat= }}</ref> I slike sammenhenger brukes typisk synkronmaskiner med sylindrisk rotor. Rotasjonshastigheten er da gjerne 1500 eller 3000 rpm om frekvensen er 50&nbsp;Hz. Slike store maskiner trenger effektiv kjøling og hydrogen brukes ofte som kjølemedium i et totalt lukket system. Fordelen med hydrogen er at ventilasjonstapene blir lave, samt at varmetransporten fra de varme overflatene i generatoren  ([[konveksjon]]) blir mer effektiv.<ref>[[#DNTO|A. E. Fitzgerald: ''Electric machinery'' side 577.]]</ref> Når det gjelder generatorer med utpregede poler er verdens største de som er levert til [[De tre kløfters dam]], med enheter på over 800 MW.<ref>{{Kilde www| forfatter= | tittel=Generators | url=http://www.voith.com/en/products-services/hydro-power/generators-557.html | besøksdato= 21. mars 2015 | verk= |utgiver=Voith | arkiv_url= |arkivdato= |sitat= }}</ref> Slike maskiner er gjerne både luft og vannkjølte.

For å gi et perspektiv på størrelsene til disse uvanlig store generatoren kan det nevnes at i Norge er langt de fleste generatorer i størrelsen 1 - 10 MW. Bare 67 enheter har en effekt over 100 MW.<ref>{{Kilde bok| forfatter=Lars Thune m.fl.  | tittel=Kulturminner i norsk kraftproduksjon – en evaluering av bevaringsverdige kraftverk (KINK) | utgivelsesår=2006  | forlag=Norges vassdrags- og energidirektorat  | isbn=82-410-0547-4 }}</ref> Typisk vil allikevel generatorene i varmekraftverk, der størsteparten av verdens elektrisitetsproduksjon kommer fra, være betydelig større enn vannkraftgeneratorer.

== Spesielle typer generatorer ==
=== Unipolar generator ===
En unipolar generator er en elektrisk generator som omfatter en elektrisk ledende plate eller sylinder som roterer i et plan vinkelrett på et homogent statisk magnetfelt. En potensialforskjell opprettes mellom sentrum av platen og periferien (eller endene av sylinderen). Den elektriske polariteten er avhengig av rotasjonsretningen og retningen av feltet.

Det er også kjent som en ''unipolar generator'', ''asyklisk generator'', ''plate dynamo'', eller ''Faradays plate''. Denne typen generator er forklart lenger opp, og selv om de tidligere modellene var lite egnet til produksjon av store energimengder, er dagens modeller en vellykket videreutvikling. Spenningen er typisk lav, i størrelsesorden noen få volt for små demonstrasjonsmodeller, men store generatorer for forskning kan gi flere hundre volt. Det er utviklet systemer der flere generatorer seriekobles for å produsere enda større spenning.<ref>{{Kilde artikkel|forfatter=Losty, H.H.W & Lewis, D.L. |tittel=Homopolar Machines |publikasjon=Philosophical Transactions for the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences |utgivelsesår=1973 |bind=275 |nummer=1248 |side=69–75}}</ref> De er uvanlige ved at de kan produsere en svært stor elektrisk strøm, i noen tilfeller mer enn en million ampere. Dette på grunn av at en unipolar generator kan være laget med en meget lav indre motstand.

=== MHD-generator ===
[[Fil:MHD generator (En).png|mini|Prinsippskisse av en MHD-generator.]]

Et magnetogenerator fungerer ved å utvikle elektrisk energi fra bevegelsen av varme gasser gjennom et magnetisk felt. Dette skjer uten bruk av roterende deler. MHD-generatorer ble opprinnelig utviklet fordi eksosgassen fra en plasma MHD-generator i neste trinn kan brukes til å varme opp kjelene i et [[dampkraftverk]]. Hensikten med MHD-generator var å oppnå større virkningsgrad for dampkraftverk.

Den første praktisk anvendelige konstruksjonen var Avco Mk. 25, utviklet i 1965. Den amerikanske regjeringen bidrog med en betydelig del av finansieringen for utviklingen, som resulterte i et 25 MW demonstrasjonsanlegg i 1987. I [[Sovjetunionen]] var det fra 1972 til slutten av 1980-årene et MHD-anlegg kalt U 25 som var i kommersiell drift for Moskvas kraftsystem. Denne hadde en ytelse på 25 MW, og var det største MHD-anlegget i verden på den tiden.<ref>{{Kilde bok|forfatter=Crane, Langdon|tittel=Magnetohydrodynamic (MHD) Power Generation: More Energy from Less Fuel|utgiver=Library of Congress Congressional Research Service|dato=7. oktober 1981|nummer=Brief Number IB74057|url=http://digital.library.unt.edu/govdocs/crs/permalink/meta-crs-8402:1}}</ref> MHD-generatorer som en del av et dampkraftverk er for tiden (2007) mindre effektive enn [[gassturbin]]er.

=== Asynkronmaskin ===
{{Main|Asynkronmaskin}}

En [[asynkronmaskin]] kan anvendes både som generator og motor, selv om denne typen elektrisk maskin brukes mest i motordrifter. Når en asynkronmaskin drives som generatorer må rotoren rotere  raskere enn synkron hastighet, noe som gir negativ slip. En vanlig asynkronmotor kan vanligvis  brukes som en generator, uten noen modifikasjoner. Typisk anvendelse er små [[vannkraftverk]] og vindmøller. Vanligvis er slike små generatorer tilknyttet et større kraftsystem slik at frekvens og spenning holder vannturbinen eller vindmøllens hastighet tilnærmet konstant. En sier at generatoren  er tilknyttet et uendelig stivt (sterkt) nett, dermed er spenningsregulator og turtallsregulator unødvendig.

Et forskningsprosjekt i 1990-årene var med en vindmølle på [[Titran]] på øya [[Frøya (kommune)|Frøya)]] utenfor Trøndelagskysten som forsynte noen husstander uten tilknytning til overliggende overføringsnett. Her var kraftelektroniske omformere og en såkalt ''dumpload'' (en stor resistans som reguleres) som sørget for konstant frekvens og spenning. For dager med lite vind var det også tilknyttet en dieseldrevet generator.<ref>{{Kilde bok| forfatter=Kjetil Uhlen | utgivelsesår= 1994 | tittel=Modelling and robust control of autonomus hybrid power system | utgivelsessted=Trondheim | utgave=Doktor ingeniøravhandling | forlag= NTH. Institutt for teknisk kybernetikk | isbn= | url= }}</ref>

=== Enfasegenerator ===
Enfasegeneratorer ble tidlig tatt i bruk for elektrifisering av jernbanen med lavfrekvent vekselspenning. I dag har Sveits, Østerrike, Tyskland, Sverige og Norge elektrisk banestrømforsyning med 15 kV 16,7&nbsp;Hz spenning. I Sveits, Østerrike og Tyskland er forsyning fra enfase generatorer i egne kraftverk vanlig, mens i Sverige og Norge skjer forsyningen via synkron-synkron omformere. Det vil si at en trefasemotor mates fra det offentlige overføringsnettet og driver en enfaset vekselstrømsgenerator som i sin tur forsyner kontaktledningsanlegget. Denne er montert på samme aksling som den trefasede generatoren.<ref>{{Kilde bok| forfatter=Rune Lundberg | utgivelsesår= 1959 | tittel=Lärbok i elektroteknik för Statens Jernvägars personal – Del IV Omformarstasjoner | utgivelsessted=Stockholm | utgave= | språk=svensk | forlag= Kungl. Järnvägsstyrelsen | isbn= | url= }}</ref> I Norge er det installert enfasegeneratorer for jernbanen i [[Hakavik kraftverk]] og i [[Kjosfoss kraftverk]].

=== Lineær elektrisk generator ===
Den enkleste form for lineær elektrisk generator er en magnet som beveger seg frem og tilbake gjennom en spole av kobbertråd. En vekselstrøm blir indusert i viklingen hver gang magneten glir gjennom. Denne type generator benyttes blant annet i enkelte hånddrevne [[lommelykt]]er som lades ved risting. En egen gruppe forbrenningsmotor omtales som frikolbemotorer. Her samvirker to stempler i en lineær bevegelse uten veivaksel. I kombinasjon med slike motorer er det arbeidet mye med utvikling av en mulig lineær generator. Et initiativ i Norge kom med utviklingen av [[Supersonic Wave Engine]]. Her er en lineær generator en forutsetning for konseptet. Større lineærgeneratorer blir brukt i noen konstruksjoner for [[bølgekraftverk]].

=== Generatorer for variabel hastighet og konstant frekvens ===
[[Fil:DFIG in Wind Turbine.svg|mini|222px|Prinsippskisse som viser en dobbelmatet asynkrongenerator for en vindmølle. Allerede Dolivo-Dobrowolsky<ref name="MD2" />  utviklet en asynkronmaskin med viklet rotor med sleperinger. Ved å mate rotoren med vekselspenning fra en ''frekvensomformer'' kan rotorens hastighet kontrolleres. Allikevel kan frekvensen for spenningen levert til kraftnettet holdes synkron.]]

Mange applikasjoner for [[fornybar energi]] blir drevet av vind, tidevann og bølger for å produsere elektrisitet. Disse kildene er gir en effekt som i sin natur er sterkt varierende. Dette gjør at en vanlig generator vil produsere uregulert spenning og frekvens, noe som kan bli et problem for systemstabiliteten om effektene er store, for eksempel fra en vindmøllepark.<ref>{{Kilde www|url= http://www.statnett.no/Global/Dokumenter/Kraftsystemet/Systemansvar/FIKS%202012.pdf|tittel= Funksjonskrav i kraftsystemet 2012|besøksdato= 24. november 2014|forfatter= |utgivelsesdato= |utgiver= Statnett SF.|arkiv-url= https://web.archive.org/web/20141211060052/http://www.statnett.no/Global/Dokumenter/Kraftsystemet/Systemansvar/FIKS%202012.pdf|arkivdato= 2014-12-11|url-status = død}}</ref>

Det har derfor blitt utviklet nye generatorkonsepter der en asynkronmaskin er ''dobbelmatet'', det vil si at også dens rotor har viklinger som via sleperinger kan tilknyttes et eksternt nett. Ved å tilknytte rotoren til en frekvensomformer som henter effekt fra overføringsnettet kan rotorens magnetfelt kontrolleres. Dermed kan rotorens hastighet variere, mens asynkrongeneratorens terminaler som er direkte koblet til overføringsnettet gir ut synkron spenning. Det vil si at asynkrongeneratoren leverer strøm og spenning med frekvens som er konstant og lik overføringsnettets frekvens.

== Noen andre vanlige bruksmåter for generatorer utenom kraftverk ==
=== Hastighetsmåling ===
En ''tachogenerator'' en liten generator som brukes til å måle hastigheten på roterende maskiner. Den frembringer en utgangspenning som er proporsjonal med hastigheten. Typer som gir elektriske pulser der antall pulser per tidsenhet er proporsjonalt med hastigheten, er også et brukt prinsipp.

=== Dieselelektriske motordrifter ===
[[Dieselelektrisk]] skip og lokomotiver har vært vanlig i en årrekke. I slike tilfeller er det en [[dieselmotor]] som driver en generator, denne produserer igjen strøm som driver en elektrisk motor som drar rundt propellen eller hjulene på et lokomotiv. Motoren er gjerne i dag en trefase asynkronmotor og ved hjelp av kraftelektronikk endres spenning og frekvens slik at turtallet enkelt kan styres. Dermed trenges ikke en lang aksling eller [[Girkasse|gear]]. En fordel er også at dieselmotoren kan gå konstant på det turtallet som gir best virkningsgrad.

=== Biler og sykler ===
Motorkjøretøy kan trenge elektrisk energi til blant annet [[tennspole|elektrisk tenning]] for å holde motoren i gang, for å dra rundt startmotoren, til lysene, elektrisk servostyring, og for instrumentene. Til dette brukes en liten generator drevet av motoren til å lade bilens batteri. Tidligere brukte kjøretøyer [[Dynamo (bil)|bildynamoer]] med elektromekaniske regulator. Det vanligste nå er [[Vekselstrømgenerator (bil)|vekselstrømgenerator]] med halvlederlikerettere og elektronisk spenningsregulering. Disse er effektive også når motoren går på tomgang.

På elektrisk drevne kjøretøy kjøres vanligvis fremdriftsmotoren som generator for å gjenvinne elektrisk energi ved [[motorbremsing]].

Sykler kan krever energi til å drive kjørelys og eventuelt annet utstyr. Det er to vanlige typer generator i bruk på sykler: Dynamoer som drives rundt av sykkelens dekk, eller navdynamoer som vanligvis er bygget inn som en integrert del av sykkelens forhjulsnav. Navdynamo gir noe mindre friksjonstap. Navdynamoen er alltid i drift, men gir bare belastning til syklisten mens den leverer elektrisk energi.

=== Nødstrømsaggregat i fly ===
Enkelte fly har en egen nødstrømsgenerator når all motorkraft er falt ut: en feller ut generatoren fra flykroppen med egen propell som henter energi fra fartsvinden.

=== Mobile aggregater ===

Et ''strømaggregat'' eller ''mobilt aggregat'' er en sammenstilling av en elektrisk generator og en [[forbrenningsmotor]] eller [[dampmaskin]]. Enheten har gjerne innebygd drivstofftank og er dermed en selvstendig enhet. Typen motorer som brukes er vanligvis stempelmotorer, eller en gassturbin. Det er også utviklet  hybride diesel-gassenheter. Mange forskjellige versjoner av motorgeneratorer er tilgjengelige, alt fra  små bærbare [[bensin]] drevne sett, til store turbininstallasjoner. Den primære fordelen med strømaggregater er elektrisitetsproduksjon uten tilknytning til et distribusjonsnett. Typisk anvendes strømaggregater som reservestrømløsninger til sykehus eller som strømforsyning på hytter.

=== Menneskedrevne elektriske generatorer ===
Menneskelige drevet generator er kommersielt tilgjengelig. Vanligvis opereres disse ved hjelp av pedalkraft og ser ut som en treningssykkel.

En gjennomsnittlig voksen person kan generere ca. 125–200 watt med en pedaldrevet generator.<ref>{{Kilde www |url=http://www.ohio.edu/mechanical/programming/hpv/hpv.html |tittel=Program: hpv (updated 6/22/11) |utgiver=Ohio.edu |date= |besøksdato=18. januar 2015 |arkiv-dato=2016-03-08 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20160308073502/https://www.ohio.edu/mechanical/programming/hpv/hpv.html |url-status=død }}</ref> Bærbare radiomottakere med en sveiv finnes i handel der hensikten er å redusere batteribehovet. På midten av 1900-tallet ble pedaldrevne radioer brukt i Australias ødemark, for å gi skolegang til barna der (kalt [[School of the Air]]), samt for å gi legebehandling og dekke andre behov.

Det eksperimenteres med generatorer innlagt i sko og ellers kroppens bevegelse. Dette for å kunne lade GPS og annet utstyr når strømnett ikke er tilgjengelig.

== Se også ==
* [[Elektrisitet]]

== Referanser ==
<references />

== Litteratur ==
* {{Kilde bok
  | ref=DNTO
  | forfatter= 
  | redaktør=Georg Lütken
  | utgivelsesår= 1883
  | artikkel=Anvendelser af Elektriciteten i den nyere Tid
  | tittel=Den nyeeste tids oppfindelser – En oversikt over de seneste Aars Fremskridt paa Videnskabens, Kunstens, Industriens og Handelens Omraader
  | utgivelsessted=Kjøbenhavn
  | forlag=Forlagsbureauet i Kjøbenhavn
  | isbn=
  | url=
 }}

* {{Kilde bok
  | ref= DNTO
  | forfatter=A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr. Og Stephen D. Umans
  | redaktør=
  | utgivelsesår= 1992
  | artikkel=
  | tittel=Electric machinery
  | utgivelsessted=
  | utgave=Fifth Edition in SI units
  | forlag=McGraw-Hill Book Co
  | isbn=0-07-707708-3
  | url=
 }}

* {{Kilde bok
  | ref=PSSC
  | forfatter= Prabha Kundur
  | redaktør= 
  | utgivelsesår= 1993
  | artikkel=
  | tittel=Power system stability and control
  | bind=
  | utgave=
  | utgivelsessted=
  | forlag= McGraw-Hill, Inc
  | side=
  | isbn=0-07-035958-X
  | id=
  | språk=engelsk
  | kommentar=
  | url=
 }}

== Eksterne lenker ==
* {{Offisielle lenker}}
* [Http://amasci.com/amateur/coilgen.html Simple generator]
* [Http://www.vega.org.uk/video/programme/224 Demonstrasjon av en elektrisk generator]
* [Http://www.vega.org.uk/video/programme/309 Kort video av en enkel generator]
* [https://web.archive.org/web/20160303223401/http://www.asope.org/pdfs/AC_Electrical_Generators_ASOPE.pdf En introduksjon til store generatorer i elforsyningen (engelsk)]

{{Autoritetsdata}}
{{Anbefalt}}

[[Kategori:Elektrisk energiteknikk]]
[[Kategori:Elektrisk utstyr]]
[[Kategori:Kraftverk]]
[[Kategori:Maskiner]]