Ein Spannungsgenerator ist ein Gerät, das potentielle und kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt. Dies wird am häufigsten erreicht, indem ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt wird, um eine Spannung aufzubauen. Der Generator funktioniert sehr ähnlich wie eine Wasserpumpe, bei der die elektrische Ladung in einen externen Kreislauf geleitet wird, ähnlich wie Wasser in ein Rohr gedrückt wird. Die potentielle und kinetische Energie, die den Prozess beginnt, kann aus einer Vielzahl von Quellen wie Dampf oder Wind stammen.
Die Ursprünge des Konzepts eines Spannungsgenerators stammen aus den Studien des englischen Physikers Michael Faraday im Jahr 1831. Er wickelte Spulen aus isoliertem Draht um einen Eisenring. Als er einen Strom durch einen Spulenring leitete, stellte er fest, dass die andere Spule ebenfalls induziert war. Mit diesem Konzept konstruierte er eine elektromagnetische Drehvorrichtung. Dies war im Wesentlichen der erste Elektromotor und arbeitete als das Gegenteil eines Spannungsgenerators, indem er kinetische Energie aus elektrischer Energie erzeugte.
1832 baute Hipployte Pixii einen elektrischen Generator für die Industrie. Genannt der Dynamo, wandelte er rotierende kinetische Energie in Elektrizität um. Diese frühe Erfindung war ein Gleichstromgerät (DC) und benötigte ein zusätzliches Teil, das bei modernen Spannungsgeneratoren nicht zu finden ist: einen Kommutator. Der Kommutator wurde entwickelt, um den Strom im Dynamo zu wechseln. Dies hilft, die Leistung im gesamten Generator an die beste Stelle zu verteilen.
Ein Spannungsgenerator besteht aus zwei verschiedenen mechanischen Teilen: einem Rotor und einem Stator. Der Rotor ist der rotierende Teil des Generators, während der Stator der stationäre Teil ist. An jedem dieser Teile sind die elektrischen Komponenten angeschlossen. Der Anker ist das stromerzeugende Bauteil und kann sich entweder am Rotor oder am Stator befinden. Am gegenüberliegenden mechanischen Teil muss eine Magnetfeldkomponente platziert werden.
Am Generator können entweder Permanentmagnete oder Feldspulen verwendet werden. Während Magnete während des Prozesses ihre eigene elektrische Ladung erzeugen, müssen Feldspulen aufgeladen werden, um Strom zu erzeugen. Dies wird erreicht, indem kleinere Generatoren verwendet werden, um die Spulen zu erregen. Bei einem Stromausfall müssen diese Feldspulen in einem sogenannten „Schwarzstart“ erneut angeregt werden.
Spannungsgeneratoren sind ein notwendiger Bestandteil der modernen Industrie. Große Kraftwerke auf der ganzen Welt nutzen potenzielle und kinetische Energie, die in Strom umgewandelt wird. Unabhängig vom Anfangszustand der potentiellen Energie wird sie letztendlich mit einem Hochspannungsgenerator umgewandelt. Wind, Geothermie, Kernkraft, Öl und Kohle werden alle in elektrische Ladung umgewandelt.