Door Bert Markgraf
Bijgewerkt op 24 maart 2022

Bij de moderne energieopwekking spelen magneten een centrale rol bij het omzetten van mechanische energie in elektriciteit. Wanneer een geleidende spoel binnen een veranderend magnetisch veld beweegt, drijft de geïnduceerde elektromotorische kracht elektronen aan, waardoor een elektrische stroom ontstaat. Dit principe ligt ten grondslag aan bijna alle grootschalige generatoren, of ze nu worden aangedreven door stoom, wind of waterkracht.

TL;DR

Draadspoelen worden gesponnen door magnetische velden die worden gecreëerd door permanente magneten of elektromagneten. De beweging van de spoelen ten opzichte van het veld induceert een spanning, waardoor mechanische beweging wordt omgezet in elektrische energie.

Hoe magnetisme elektriciteit genereert

Elektrische generatoren vertrouwen op de elektromagnetische inductiewet van Faraday:een veranderende magnetische flux door een gesloten lus induceert een spanning. Generatoren zijn er in twee hoofdconfiguraties:

• Roterend veld, stationair armatuur – de magneten worden vastgezet terwijl de spoel draait.
• Roterend anker, stationair veld – de spoel blijft stilstaan terwijl de magneten eromheen draaien.

Beide ontwerpen stellen de koperen wikkelingen bloot aan een variërend magnetisch veld, waardoor elektronen gaan stromen.

Permanent versus elektromagneten

Permanente magneten, meestal neodymium-ijzer-borium, hebben de voorkeur in kleine, lichtgewicht generatoren omdat ze geen externe stroombron nodig hebben. Elektromagneten, bestaande uit ijzeren kernen omwonden met koper, genereren sterkere velden, maar hebben elektrische input nodig. Grote energiecentrales maken vrijwel uitsluitend gebruik van elektromagneten, omdat de hoge veldsterkte essentieel is voor een efficiënte energieomzetting.

Perpetual Magnetic Generators:mythe versus realiteit

Vroege experimenten combineerden een permanentmagneetgenerator met een motor, in de hoop dat het vermogen van de motor de rotatie van de generator voor onbepaalde tijd zou ondersteunen. Hoewel de opstelling langere perioden kan duren, zorgen onvermijdelijke weerstandsverliezen in de wikkelingen en wrijving in de lagers ervoor dat het systeem uiteindelijk vastloopt. Geen enkele magnetische configuratie kan de fundamentele wetten van de thermodynamica omzeilen.

Typisch ontwerp van een elektriciteitscentralegenerator

In een kolen-, kern- of gascentrale verandert warmte water in hogedrukstoom die een turbine aandrijft. De turbine-as is gekoppeld aan een grote generator die talloze spoelen bevat die rond een roterend magnetisch veld zijn gewikkeld dat wordt geproduceerd door elektromagneten. Hetzelfde principe geldt voor windturbines:de wieken draaien een as die de generator laat draaien.

Omdat de output van de generator wordt geproduceerd terwijl de magneten door de wikkelingen gaan, zorgt het ontwerp voor een hoge efficiëntie en betrouwbaarheid onder een breed scala aan bedrijfsomstandigheden.