Lịch sử phát triển

 

Trước khi từ tính và điện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụng nguyên lý tĩnh điện. Máy phát điện Wimshurst đã sử dụng cảm ứng tĩnh điện. Máy phát Van de Graaff đã sử dụng một trong hai cơ cấu sau:

Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao 
Điện tích tạo ra bởi sự ma sát 
Máy phát tĩnh điện được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học yêu cầu điện áp cao.Vì sự khó khăn trong việc tạo cách điện cho các máy phát tạo điện áp cao, cho nên máy phát tĩnh điện được chế tạo với công suất thấp và không bao giờ được sử dụng cho mục đích phát điện thương mại.

Faraday

Vào năm 1831-1832 Michael Faraday đã phát hiện ra rằng một chênh lệch điện thế được tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điện mà nó chuyển động vuông góc với một từ trường. Ông ta cũng đã chế tạo máy phát điện từ đầu tiên được gọi là "đĩa Faraday", nó dùng một đĩa bằng đồng quay giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa. Nó đã tạo ra một điện áp DC nhỏ và dòng điện lớn.

Dynamo

Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung cấp điện năng cho công nghiệp. Dynamo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay cơ học thành dòng điện xoay chiều. Cấu tạo của dynamo bao gồm một kết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ trường mạnh và một cuộn dây quay. Ở các máy phát dynamo nhỏ, từ trường được tạo ra bằng các nam châm vĩnh cữu, đối với các máy lớn, từ trường được tạo ra bằng các nam châm điện.

Máy phát dynamo đầu tiên dựa trên nguyên lý Faraday được chế tạo vào năm 1832 do [[Hippolyte Pixii]- một nhà chế tạo thiết bị đo lường. Máy này đã sử dụng một nam châm vĩnh cửu được quay bằng một tay quay. Nam châm quay được định vị sao cho cực Nam và cực Bắc của nó đi ngang qua một mẫu sắt được quấn bằng dây dẫn. Pixii phát hiện rằng nam châm quay đã tạo ra một xung điện trong dây dẫn mỗi lần một cực đi ngang qua cuộn dây. Ngoài ra, các cực Bắc và Nam của nam châm đã tạo ra một dòng điện có chiều ngược nhau. Bằng cách bổ sung một bộ chuyển mạch, Pixii đã có thể biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Không giống như đĩa Faraday, nhiều vòng dây được nối nối tiếp được sử dụng trong cuộn dây chuyển động của dynamo. Điều này cho phép điện áp đầu cực của máy cao hơn so với đĩa Faraday tạo ra, do đó điện năng có thể phân phối ở mức điện áp thích hợp.

Mối quan hệ giữa chuyển động quay cơ học và dòng điện trong dynamo là quá trình thuận nghịch, nguyên lý về mô tơ điện đã được phát hiện khi người ta thấy rằng một máy dynamo có thể tạo ra cho một máy dynamo thứ hai quay nếu cấp dòng điện qua nó.

Jedlik dynamo

Năm 1827, Anyos Jedlik bắt đầu thử nghiệm với các thiết bị quay có từ tính mà ông gọi là các rotor tự từ hóa. Trong mẫu vật đầu tiên của một bộ khởi động đơn cực, (đã được hoàn tất trong khoảng 1852 và 1854) cả phần tĩnh lẫn phần quay đều là nam châm điện. Ông đã trình bày nguyên lý của dynamo ít nhất là 6 tháng trước Ernst Werner von Siemens và Charles Wheatstone. Trên thực chất nguyên lý của nó là thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, thì dùng 2 nam châm điện đối xứng nhau để tạo ra từ trường bao xung quanh rotor.

Gramme dynamo
Cả hai thiết kế trên đều tồn tại một vấn đề như nhau: Chúng tạo ra những xung dòng điện nhọn đầu không mong muốn. Antonio Pacinotti, một nhà khoa học người Ý đã tìm cách giải quyết vấn đề bằng cách thay các cuộn dây tròn bằng các cuộn dây hình xuyến, tạo ra bằng cách quấn trên một vòng thép. Như vậy luôn có một số vòng của cuộn dây sẽ thông qua từ trường, và làm cho điện áp, dòng điện có dạng phẳng hơn. Zénobe Gramme đã thực hiện lại thiết kế này vài năm sau đó khi thiết kế một số nhà máy điện ở Paris trong thập niên 1870. Thiết kế này bây giờ được gọi là Gramme dynamo. Những phiên bản khác nhau đã được phát triển, và chế tạo từ dây, nhưng nguyên lý cơ bản về những cuộn dây xếp theo vòng đã trờ thành trái tim của tất cả các dynamo hiện nay.