ในการผลิตไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้ไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเชิงกลที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อใช้ในวงจรภายนอก^{[ 1 ] [ 2 ]} ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่ซึ่งเป็นเครื่องจักรแบบหมุน แหล่งพลังงานจลน์จะหมุนเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะผลิตกระแสไฟฟ้าที่ขั้วเอาต์พุตซึ่งไหลผ่านวงจรภายนอก ทำให้โหลดไฟฟ้าได้รับพลังงานแหล่งพลังงานกลที่ใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ได้แก่กังหันไอน้ำกังหันก๊าซกังหันน้ำเครื่องยนต์สันดาปภายในกังหันลมและแม้แต่ข้อเหวี่ยง มือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตพลังงานไฟฟ้าเกือบทั้งหมดสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า ทั่วโลก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรกคือจานฟาราเดย์ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1831 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษไมเคิล ฟาราเดย์

การแปลงพลังงานไฟฟ้ากลับไปเป็นพลังงานกลนั้นทำได้โดยมอเตอร์ไฟฟ้าและมอเตอร์กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความคล้ายคลึงกันมาก มอเตอร์บางชนิดสามารถใช้ในทิศทาง "ย้อนกลับ" ได้เหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กล่าวคือ หากหมุนเพลาของมอเตอร์ก็จะสามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้

นอกจากความหมายที่ใช้กันทั่วไปในการอธิบายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงกลไฟฟ้าดังที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว คำว่า "เครื่องกำเนิดไฟฟ้า" ยังใช้กับ อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงาน แสงอาทิตย์เซลล์เชื้อเพลิงและ แม่เหล็ก ไฟฟ้าซึ่งใช้พลังงานแสงอาทิตย์และเชื้อเพลิงเคมีตามลำดับ ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าอีกด้วย

เครื่องกำเนิด ไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ ไดนาโม และ อัลเทอร์เนเตอร์

• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสร้างกระแสตรงแบบ เป็นจังหวะ โดยใช้คอมมิวเทเตอร์
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสร้างกระแสไฟฟ้าสลับ

ในทางกลศาสตร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนที่หมุนได้และส่วนที่อยู่กับที่ ซึ่งรวมกันเป็นวงจรแม่เหล็ก :

• โรเตอร์ : ส่วนที่หมุนได้ของเครื่องจักรไฟฟ้า
• สเตเตอร์ : ส่วนที่อยู่กับที่ของเครื่องจักรไฟฟ้า ซึ่งล้อมรอบโรเตอร์ไว้

ส่วนหนึ่งสร้างสนามแม่เหล็ก ส่วนอีกส่วนหนึ่งมีขดลวดพันอยู่ ซึ่งสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า:

• ขดลวดสนามแม่เหล็กหรือแม่เหล็กถาวร: ส่วนประกอบที่สร้าง สนามแม่เหล็กในเครื่องจักรไฟฟ้า สนามแม่เหล็กของไดนาโมหรืออัลเทอร์เนเตอร์สามารถสร้างขึ้นได้จากขดลวดที่เรียกว่าขดลวดสนามแม่เหล็กหรือจากแม่เหล็กถาวรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้าจะมีระบบกระตุ้นเพื่อสร้างฟลักซ์สนามแม่เหล็ก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้แม่เหล็กถาวร (PMs) บางครั้งเรียกว่าแมกเนโตหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSG)
• อาร์มาเจอร์ : ส่วนประกอบที่สร้างกำลังไฟฟ้าในเครื่องจักรไฟฟ้า ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องสลับกระแส หรือไดนาโม ขดลวดอาร์มาเจอร์จะสร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่งจ่ายพลังงานให้กับวงจรภายนอก

แกนหมุนอาจอยู่บนโรเตอร์หรือสเตเตอร์ก็ได้ ขึ้นอยู่กับการออกแบบ โดยมีขดลวดสนามแม่เหล็กหรือแม่เหล็กอยู่บนอีกส่วนหนึ่ง

ก่อนที่ จะมีการค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กและไฟฟ้ามีการประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิต ขึ้นมา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ทำงานโดยอาศัยหลักการ ทางไฟฟ้าสถิตโดยใช้ สายพาน แผ่น และจานที่ มีประจุไฟฟ้า เคลื่อนที่ เพื่อนำประจุไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง ประจุถูกสร้างขึ้นโดยใช้กลไกสองอย่างคือการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตหรือปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้สร้าง แรงดันไฟฟ้าสูงมากและกระแสไฟฟ้า ต่ำ เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำและความยากลำบากในการหุ้มฉนวนเครื่องจักรที่สร้างแรงดันไฟฟ้าสูงมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิตจึงมีกำลังไฟฟ้าต่ำ และไม่เคยถูกนำมาใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าในปริมาณที่มีนัยสำคัญในเชิงพาณิชย์ การใช้งานจริงเพียงอย่างเดียวคือการให้พลังงานแก่หลอดเอ็กซ์เรย์ รุ่นแรกๆ และต่อมาในเครื่องเร่งอนุภาคอะตอมบาง ชนิด

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบในช่วงปี ค.ศ. 1831-1832 โดยไมเคิล ฟาราเดย์หลักการนี้ซึ่งต่อมาเรียกว่ากฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์กล่าวว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า จะเกิดขึ้นในตัวนำไฟฟ้า ที่ ล้อมรอบสนามแม่เหล็ก ที่เปลี่ยนแปลงไป

นอกจากนี้ ฟาราเดย์ยังสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรกที่เรียกว่าจานฟาราเดย์ ซึ่งเป็น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโฮโมโพลาร์ชนิดหนึ่งโดยใช้ แผ่น ทองแดงหมุนอยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็กรูป เกือกม้า มันผลิตแรงดัน ไฟฟ้า กระแสตรงขนาดเล็กได้

การออกแบบนี้ไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากกระแสไฟฟ้า ไหลย้อนกลับและหักล้างกันเอง ในบริเวณของแผ่นดิสก์ที่ไม่ได้อยู่ภายใต้สนามแม่เหล็ก ในขณะที่กระแสไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำโดยตรงใต้แม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าจะไหลย้อนกลับในบริเวณที่อยู่นอกเหนืออิทธิพลของสนามแม่เหล็ก การไหลย้อนกลับนี้จำกัดกำลังไฟฟ้าที่ส่งไปยังสายรับสัญญาณและทำให้เกิดความร้อนสูงโดยไม่จำเป็นในแผ่นทองแดง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโฮโมโพลาร์รุ่นต่อมาได้แก้ปัญหานี้โดยใช้แม่เหล็กหลายตัวเรียงรอบขอบแผ่นดิสก์เพื่อรักษาสนามแม่เหล็กให้คงที่ในทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าทิศทางเดียว

ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้า ขาออก ต่ำมาก เนื่องจากมีเส้นทางกระแสไฟฟ้าเพียงเส้นเดียวผ่านสนามแม่เหล็ก นักทดลองพบว่าการใช้ขดลวดหลายรอบสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและมีประโยชน์มากกว่าได้ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบ ขดลวดจึงสามารถออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ผลิตแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการได้ง่ายๆ โดยการปรับเปลี่ยนจำนวนรอบ การพันขดลวดจึงกลายเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในยุคต่อมาทั้งหมด

นอกเหนือจากฟาราเดย์แล้วÁnyos Jedlikเริ่มทำการทดลองในปี 1827 กับอุปกรณ์หมุนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเขาเรียกว่าเครื่องหมุนอัตโนมัติด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าในต้นแบบของตัวสตาร์ทไฟฟ้าแบบขั้วเดียว (เสร็จสมบูรณ์ระหว่างปี 1852 ถึง 1854) ทั้งส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่หมุนได้ล้วนเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ยังเป็นการค้นพบหลักการของการกระตุ้นตัวเองของ ไดนาโม ^{[ 3 ]}ซึ่งเข้ามาแทนที่การออกแบบแม่เหล็กถาวร เขายังอาจคิดค้นแนวคิดของไดนาโมในปี 1861 (ก่อนSiemensและWheatstone ) แต่ไม่ได้จดสิทธิบัตรเนื่องจากเขาคิดว่าเขาไม่ใช่คนแรกที่ตระหนักถึงสิ่งนี้^{[ 4 ]}

ขดลวดที่หมุนอยู่ในสนามแม่เหล็กจะสร้างกระแสไฟฟ้าซึ่งเปลี่ยนทิศทางทุกๆ การหมุน 180 องศา เรียก ว่า กระแสสลับ (AC) อย่างไรก็ตาม การใช้งานไฟฟ้าในยุคแรกๆ หลายอย่างต้องการกระแสตรง (DC) ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้งานได้จริงเครื่องแรกๆ ที่เรียกว่าไดนาโม กระแสสลับจะถูกแปลงเป็นกระแสตรงด้วยคอมมิวเทเตอร์ซึ่งเป็นชุดหน้าสัมผัสสวิตช์หมุนบนเพลาอาร์มาเจอร์ คอมมิวเทเตอร์จะสลับการเชื่อมต่อของขดลวดอาร์มาเจอร์กับวงจรทุกๆ การหมุน 180 องศาของเพลา ทำให้เกิดกระแสตรงแบบเป็นจังหวะ ไดนาโมเครื่องแรกๆ เครื่องหนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยฮิปโปลิต ปิกซีในปี ค.ศ. 1832

ไดนาโมเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับอุตสาหกรรมได้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Woolrichปี 1844 ซึ่งปัจจุบันอยู่ในThinktank พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์เบอร์มิงแฮมเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่ใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม^{[ 5 ]}บริษัทElkingtons ใช้เครื่องนี้ สำหรับการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าเชิง พาณิชย์ ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

ไดนาโมสมัยใหม่ที่เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมนั้นถูกคิดค้นขึ้นโดยอิสระโดยเซอร์ ชาร์ลส์ วีทสโตน , เวอร์เนอร์ ฟอน ซีเมนส์และซามูเอล อัลเฟรด วาร์ลีย์ วาร์ลีย์ได้รับสิทธิบัตรเมื่อวันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2409 ในขณะที่ซีเมนส์และวีทสโตนต่างประกาศการค้นพบของพวกเขาเมื่อวันที่ 17 มกราคม พ.ศ. 2410 โดยการนำเสนอผลงานต่อราชสมาคม^{[ 9 ] [ 10 ]}

“เครื่องจักรไดนาโมไฟฟ้า” ใช้ขดลวดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างพลังงานเองแทนที่จะใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างสนามสเตเตอร์^{[ 11 ]}การออกแบบของ Wheatstone คล้ายกับของ Siemens โดยมีความแตกต่างกันตรงที่ในการออกแบบของ Siemens แม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์จะต่ออนุกรมกับโรเตอร์ แต่ในการออกแบบของ Wheatstone จะต่อขนานกัน^{[ 9 ] [ 10 ]}การใช้แม่เหล็กไฟฟ้าแทนแม่เหล็กถาวรช่วยเพิ่มกำลังไฟฟ้าขาออกของไดนาโมอย่างมากและทำให้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูงเป็นครั้งแรก สิ่งประดิษฐ์นี้นำไปสู่การใช้ไฟฟ้าในอุตสาหกรรมครั้งแรกๆ ที่สำคัญโดยตรง ตัวอย่างเช่น ในช่วงทศวรรษ 1870 Siemens ใช้ไดนาโมแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเตาหลอมไฟฟ้าสำหรับการผลิตโลหะและวัสดุอื่นๆ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไดนาโมที่พัฒนาขึ้นนั้นประกอบด้วยโครงสร้างคงที่ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็ก และชุดขดลวดหมุนซึ่งหมุนอยู่ภายในสนามแม่เหล็กนั้น ในเครื่องจักรขนาดใหญ่ สนามแม่เหล็กคงที่นั้นได้มาจากแม่เหล็กไฟฟ้าหนึ่งตัวหรือมากกว่า ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าขดลวดสนามแม่เหล็ก

ปัจจุบันไม่ค่อยพบเห็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่แล้ว เนื่องจากกระแสสลับ (AC) ถูกนำมาใช้ในการจ่ายพลังงานอย่างแพร่หลาย ก่อนการนำกระแสสลับมาใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรงขนาดใหญ่เป็นเพียงวิธีการเดียวในการผลิตและจำหน่ายพลังงาน กระแสสลับเข้ามามีบทบาทสำคัญเนื่องจากสามารถแปลงแรงดันไปและกลับได้ง่าย ทำให้มีการสูญเสียต่ำในระยะทางไกล

จากการค้นพบต่างๆ มากมาย ไดนาโมจึงถูกแทนที่ด้วยสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ ในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องกำเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC alternator ) ซึ่งสามารถสร้างกระแสสลับได้ โดยทั่วไปรู้จักกันในชื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส (Synchronous Generators หรือ SGs) เครื่องจักรแบบซิงโครนัสจะเชื่อมต่อโดยตรงกับโครงข่ายไฟฟ้าและจำเป็นต้องซิงโครไนซ์อย่างถูกต้องในระหว่างการเริ่มต้น^{[ 12 ]}นอกจากนี้ ยังมีการกระตุ้นด้วยการควบคุมพิเศษเพื่อเพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า^{[ 13 ]}

ระบบสร้างกระแสสลับเป็นที่รู้จักในรูปแบบง่ายๆ จาก การค้นพบ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าของไมเคิล ฟาราเดย์ฟาราเดย์เองได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับรุ่นแรกๆ เครื่องของเขาเป็น "สี่เหลี่ยมผืนผ้าหมุน" ซึ่งการทำงานเป็นแบบเฮเทอโรโพลาร์ : ตัวนำไฟฟ้าแต่ละตัวจะผ่านบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามอย่างต่อเนื่อง^{[ 14 ]}

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสองเฟสขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยช่างไฟฟ้าชาวอังกฤษJEH Gordonในปี พ.ศ. 2425 การสาธิตระบบ "เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ" ต่อสาธารณะครั้งแรกจัดขึ้นโดยWilliam Stanley Jr.พนักงานของWestinghouse Electricในปี พ.ศ. 2429 ^{[ 15 ]}

Sebastian Ziani de Ferrantiก่อตั้งFerranti, Thompson and Inceในปี 1882 เพื่อทำการตลาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ Ferranti-Thompson ของเขา ซึ่งคิดค้นขึ้นโดยได้รับความช่วยเหลือจากนักฟิสิกส์ชื่อดังLord Kelvin [ ^{16 ] เครื่อง}กำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับรุ่นแรกๆ ของเขาผลิตความถี่ระหว่าง 100 ถึง 300 เฮิรตซ์ Ferranti ได้ออกแบบโรงไฟฟ้า Deptfordให้กับ London Electric Supply Corporation ในปี 1887 โดยใช้ระบบกระแสสลับ เมื่อสร้างเสร็จในปี 1891 โรงไฟฟ้าแห่งนี้เป็นโรงไฟฟ้าที่ทันสมัยอย่างแท้จริงแห่งแรก ซึ่งจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงสูง AC จากนั้นจึง "ลดระดับ" ลงเพื่อการใช้งานของผู้บริโภคในแต่ละถนน ระบบพื้นฐานนี้ยังคงใช้งานอยู่ทั่วโลกในปัจจุบัน

หลังปี พ.ศ. 2434 ได้มีการนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับแบบหลายเฟสมาใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าที่มีเฟสต่างกันหลายเฟส^{[ 17 ]}ต่อมาได้มีการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่ต่างกันระหว่าง 16 ถึงประมาณ 100 เฮิรตซ์ เพื่อใช้กับหลอดไฟอาร์ค หลอดไฟไส้ และมอเตอร์ไฟฟ้า^{[ 18 ]}

เมื่อความต้องการการผลิตพลังงานขนาดใหญ่เพิ่มขึ้น ข้อจำกัดใหม่ก็เกิดขึ้น นั่นคือสนามแม่เหล็กที่ได้จากแม่เหล็กถาวร การเบี่ยงเบนพลังงานจำนวนเล็กน้อยที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังขดลวดสนาม แม่เหล็กไฟฟ้า ที่ติดตั้งอยู่บนโรเตอร์ ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้นอย่างมาก แนวคิดนี้ถูกเรียกว่าการกระตุ้นตัวเอง (self-excitation )

ขดลวดสนามแม่เหล็กต่ออนุกรมหรือขนานกับขดลวดอาร์มาเจอร์ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเริ่มหมุนครั้งแรกแรงแม่เหล็กตกค้าง เล็กน้อย ในแกนเหล็กจะสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อเริ่มต้นการทำงาน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเล็กน้อยในอาร์มาเจอร์ กระแสไฟฟ้านี้จะไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าในอาร์มาเจอร์มากขึ้น กระบวนการ "บูตสแตรป" นี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าสนามแม่เหล็กในแกนจะคงที่เนื่องจากการอิ่มตัวและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถึงสภาวะการผลิตกำลังไฟฟ้าที่คงที่

โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่มากมักใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กแยกต่างหากเพื่อกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ ในกรณีที่ เกิด ไฟฟ้าดับ เป็นวงกว้างอย่างรุนแรง จนทำให้ โรงไฟฟ้าแต่ละ แห่งแยกตัวออกจากกันโรงไฟฟ้าเหล่านั้นอาจจำเป็นต้องทำการสตาร์ทใหม่ (black start)เพื่อกระตุ้นสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่สุด เพื่อฟื้นฟูการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่ผู้บริโภค

ไดนาโมใช้คอมมิวเทเตอร์ในการผลิตกระแสตรง มันทำงานแบบกระตุ้น ตัวเอง กล่าวคือ แม่เหล็กไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กของมันได้รับพลังงานจากกระแสไฟฟ้าที่ออกมาจากตัวเครื่องเอง ในขณะ ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงประเภทอื่น ๆ ใช้แหล่งจ่ายกระแสตรงแยกต่างหากเพื่อกระตุ้นแม่เหล็กไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโฮโมโพลาร์เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ที่ประกอบด้วยแผ่นดิสก์หรือทรงกระบอกนำไฟฟ้าที่หมุนในระนาบตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กสถิตสม่ำเสมอ จะเกิดความต่างศักย์ขึ้นระหว่างจุดศูนย์กลางของแผ่นดิสก์กับขอบ (หรือปลายของทรงกระบอก) โดยขั้วไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับทิศทางการหมุนและทิศทางของสนามแม่เหล็ก

นอกจากนี้ยังรู้จักกันในชื่อ เครื่องกำเนิด ไฟฟ้าแบบขั้วเดียวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะไซคลิกไดนาโมแบบจานหรือจานฟาราเดย์แรงดันไฟฟ้ามักจะต่ำ อยู่ในระดับไม่กี่โวลต์ในกรณีของแบบจำลองสาธิตขนาดเล็ก แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าวิจัยขนาดใหญ่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้หลายร้อยโวลต์ และบางระบบมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเครื่องต่ออนุกรมกันเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นไปอีก^{[ 19 ]}พวกมันมีความพิเศษตรงที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มหาศาล บางเครื่องมีกระแสไฟฟ้ามากกว่าหนึ่งล้านแอมแปร์เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโฮโมโพลาร์สามารถทำให้มีความต้านทานภายในต่ำมาก

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าดึงพลังงานไฟฟ้าโดยตรงจากก๊าซร้อนที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก โดยไม่ต้องใช้เครื่องจักรแม่เหล็กไฟฟ้าแบบหมุน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ถูกพัฒนาขึ้นมาเนื่องจากเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD แบบพลาสมาคือเปลวไฟ ซึ่งสามารถให้ความร้อนแก่หม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ได้เป็นอย่างดี การออกแบบที่ใช้งานได้จริงครั้งแรกคือ AVCO Mk. 25 ซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1965 รัฐบาลสหรัฐฯ ให้ทุนสนับสนุนการพัฒนาอย่างมาก จนกระทั่งมีการสร้างโรงงานสาธิตขนาด 25 เมกะวัตต์ในปี 1987 ในสหภาพโซเวียตตั้งแต่ปี 1972 จนถึงปลายทศวรรษ 1980 โรงงาน MHD U 25 ได้ดำเนินการใช้งานเป็นประจำในระบบไฟฟ้าของมอสโก โดยมีกำลังการผลิต 25 เมกะวัตต์ ซึ่งเป็นกำลังการผลิตโรงงาน MHD ที่ใหญ่ที่สุดในโลกในขณะนั้น^{[ 20 ]} ปัจจุบัน (2007) เครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ที่ทำงานเป็นวงจรเสริมมีประสิทธิภาพน้อยกว่ากังหันก๊าซแบบ วงจรผสม

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบเหนี่ยวนำสามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ โดยเปลี่ยนพลังงานกลเป็นกระแสไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำทำงานโดยการหมุนโรเตอร์ด้วยความเร็วที่เร็วกว่าความเร็วพร้อมกัน ทำให้เกิดสลิปเชิงลบ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบปกติที่ไม่หมุนพร้อมกันมักใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องดัดแปลงชิ้นส่วนใดๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำมีประโยชน์ในงานต่างๆ เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก กังหันลม หรือการลดกระแสแก๊สแรงดันสูงให้ต่ำลง เนื่องจากสามารถกู้คืนพลังงานได้ด้วยการควบคุมที่ค่อนข้างง่าย ไม่จำเป็นต้องมีวงจรอื่นเพื่อเริ่มการทำงาน เนื่องจากสนามแม่เหล็กที่หมุนได้นั้นเกิดจากการเหนี่ยวนำจากวงจรที่มีอยู่แล้ว นอกจากนี้ยังไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมความเร็ว เนื่องจากโดยธรรมชาติแล้วจะทำงานที่ความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำจะต้องได้รับพลังงานจากแรงดันไฟฟ้านำหน้า ซึ่งโดยปกติจะทำได้โดยการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า หรือโดยการจ่ายพลังงานให้ตัวเองด้วยตัวเก็บประจุปรับเฟส

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงเส้นแม่เหล็ก เลื่อน จะเคลื่อนที่ไปมาผ่านโซลินอยด์ ซึ่งเป็นลวดทองแดงหรือขดลวดกระแสสลับจะถูกเหนี่ยวนำในลวดหรือวงลวดตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ทุกครั้งที่แม่เหล็กเลื่อนผ่าน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้ใช้ในไฟฉายฟาราเดย์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงเส้นขนาดใหญ่กว่าจะใช้ในโครงการ พลังงานคลื่น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าจะจ่ายพลังงานที่ความถี่คงที่ สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสหรือแบบเหนี่ยวนำ ความเร็วของตัวขับเคลื่อนหลักที่หมุนเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องอยู่ที่ความเร็วเฉพาะ (หรือช่วงความเร็วแคบๆ) เพื่อจ่ายพลังงานที่ความถี่ที่ระบบไฟฟ้าต้องการ อุปกรณ์ควบคุมความเร็วเชิงกลอาจสูญเสียพลังงานขาเข้าจำนวนมากเพื่อรักษาความถี่คงที่ที่ต้องการ

ในกรณีที่การควบคุมความเร็วของเครื่องยนต์ต้นกำลังอย่างเข้มงวดทำได้ยากหรือไม่เป็นที่ต้องการ อาจใช้ เครื่องจักรไฟฟ้าแบบป้อนกระแสสองทางเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ โดยอาศัยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังช่วยควบคุมความถี่เอาต์พุตให้ได้ตามค่าที่ต้องการในช่วงความเร็วรอบของเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กว้างขึ้น หรืออาจใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามาตรฐานโดยไม่ต้องควบคุมความถี่ และแปลงพลังงานที่ได้ให้เป็นความถี่เอาต์พุตที่ต้องการด้วยชุดตัวแปลงกระแสและกระแสตรง การอนุญาตให้ใช้ความเร็วของเครื่องยนต์ต้นกำลังในช่วงที่กว้างขึ้นสามารถปรับปรุงการผลิตพลังงานโดยรวมของระบบได้ แต่ต้องแลกมาด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่กังหันลมทำงานที่ความถี่คงที่อาจจำเป็นต้องระบายพลังงานในช่วงความเร็วลมสูง ระบบความเร็วแปรผันสามารถช่วยให้สามารถนำพลังงานที่กักเก็บไว้กลับมาใช้ใหม่ได้ในช่วงที่มีความเร็วลมสูง

โรงไฟฟ้าหรือที่รู้จักกันในชื่อโรงงานไฟฟ้าหรือสถานีผลิต ไฟฟ้า หรือโรงไฟฟ้าเป็นโรงงานอุตสาหกรรมที่ผลิตกระแสไฟฟ้า โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่าง น้อยหนึ่งเครื่อง หรือเครื่องจักรหมุนที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าสามเฟสการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและตัวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าแหล่งพลังงานที่ใช้ในการหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความหลากหลาย โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ในโลกเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินน้ำมันและก๊าซธรรมชาติเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า แหล่งพลังงานที่สะอาดกว่า ได้แก่พลังงานนิวเคลียร์และกำลังมีการใช้พลังงานหมุนเวียน เพิ่ม มากขึ้น เช่นพลังงานแสงอาทิตย์ลมคลื่นและน้ำไหล

รถยนต์ต้องการพลังงานไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่างๆ ทำให้เครื่องยนต์ทำงาน และชาร์จแบตเตอรี่ จนกระทั่งประมาณทศวรรษ 1960 รถยนต์มักใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (ไดนาโม)ที่มีตัวควบคุมแบบอิเล็กโทรเมคานิกส์ ตามแนวโน้มในอดีตและด้วยเหตุผลหลายประการเช่นเดียวกัน ปัจจุบันจึงได้เปลี่ยนมาใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ที่มี วงจร เรียงกระแสในตัวแทนแล้ว

จักรยานต้องการพลังงานเพื่อใช้ในการให้แสงสว่างและอุปกรณ์อื่นๆ โดยทั่วไปแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ในจักรยานมีสองประเภท ได้แก่ไดนาโมแบบขวดซึ่งจะทำงานกับล้อจักรยานเมื่อจำเป็น และไดนาโมแบบดุมล้อซึ่งติดอยู่กับระบบขับเคลื่อนของจักรยานโดยตรง ชื่อเรียกนี้เป็นเพียงธรรมเนียม เนื่องจากเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบแม่เหล็กถาวรขนาดเล็ก ไม่ใช่เครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้นตัวเองเหมือนไดนาโมจักรยานไฟฟ้าบางรุ่นสามารถใช้ระบบเบรกแบบสร้างพลังงานกลับคืนได้โดยใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อกู้คืนพลังงานบางส่วนในระหว่างการเบรก

เรือใบอาจใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำหรือพลังลมเพื่อชาร์จแบตเตอรี่แบบค่อยเป็นค่อยไปใบพัด ขนาดเล็ก กังหันลมหรือกังหันน้ำจะเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังต่ำเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ความเร็วลมหรือความเร็วในการแล่นเรือปกติ

รถบ้านต้องการแหล่งจ่ายไฟเพิ่มเติมเพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เสริมต่างๆ เช่น เครื่องปรับอากาศและตู้เย็น ปลั๊กไฟ RV จะเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อให้ได้แหล่งจ่ายไฟที่เสถียร^{[ 21 ]}

สกูตเตอร์ไฟฟ้าที่มีระบบเบรกแบบสร้างพลังงานกลับคืนได้รับความนิยมไปทั่วโลก วิศวกรใช้ ระบบการกู้คืน พลังงานจลน์ในสกูตเตอร์เพื่อลดการใช้พลังงานและเพิ่มระยะทางได้ถึง 40-60% โดยการกู้คืนพลังงานโดยใช้เบรกแม่เหล็ก ซึ่งจะสร้างพลังงานไฟฟ้าเพื่อใช้ต่อไป ยานพาหนะสมัยใหม่สามารถทำความเร็วได้ถึง 25-30 กม./ชม. และวิ่งได้ไกลถึง 35-40 กม.

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องยนต์คือ การรวมกันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องยนต์ ( ตัวขับเคลื่อนหลัก ) ที่ติดตั้งเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอุปกรณ์แบบครบวงจรชิ้นเดียว โดยปกติแล้วเครื่องยนต์ที่ใช้จะเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบ แต่ก็สามารถใช้กังหันก๊าซได้เช่นกัน และยังมีหน่วยไฮบริดดีเซล-ก๊าซที่เรียกว่าหน่วยเชื้อเพลิงคู่ด้วย มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องยนต์หลายรุ่นให้เลือกใช้ ตั้งแต่ชุดขนาดเล็กพกพา ที่ใช้ เชื้อเพลิงเบนซินไปจนถึงการติดตั้งกังหันขนาดใหญ่ ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องยนต์คือความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าได้อย่างอิสระ ทำให้หน่วยเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำรองได้^{[ 22 ]}

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนได้ด้วย กำลัง กล้ามเนื้อ ของมนุษย์เช่นกัน (ตัวอย่างเช่น ในอุปกรณ์สถานีวิทยุภาคสนาม)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากมนุษย์มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ และเป็นโครงการของ ผู้ที่ชื่นชอบ DIY บางคน โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้จะทำงานโดยใช้พลังงานจากการปั่นจักรยาน การดัดแปลงเครื่องฝึกปั่นจักรยาน หรือปั๊มเท้า ซึ่งสามารถใช้ชาร์จแบตเตอรี่ได้ และในบางกรณีได้รับการออกแบบให้มีอินเวอร์เตอร์ในตัว มนุษย์ที่มีสุขภาพดีโดยเฉลี่ยสามารถผลิตพลังงานได้ 75 วัตต์ (0.1 แรงม้า) เป็นเวลาแปดชั่วโมงเต็ม ในขณะที่นักกีฬาชั้นยอดสามารถผลิตพลังงานได้ประมาณ 298 วัตต์ (0.4 แรงม้า) ในช่วงเวลาเดียวกัน ซึ่งหลังจากนั้นจะต้องพักผ่อนและฟื้นฟูร่างกายเป็นระยะเวลาที่ไม่แน่นอน ที่ 298 วัตต์ มนุษย์ที่มีสุขภาพดีโดยเฉลี่ยจะหมดแรงภายใน 10 นาที^{[ 24 ]}พลังงานไฟฟ้าสุทธิที่สามารถผลิตได้จะน้อยลงเนื่องจากประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลง เครื่องรับวิทยุแบบพกพาที่มีข้อเหวี่ยงถูกสร้างขึ้นเพื่อลดความต้องการซื้อแบตเตอรี่ ดูวิทยุแบบไขลาน ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 วิทยุที่ใช้พลังงานจากเท้าเหยียบถูกนำมาใช้ทั่วพื้นที่ห่างไกลของออสเตรเลียเพื่อให้การศึกษา ( โรงเรียนทางอากาศ ) การแพทย์ และความต้องการอื่นๆ ในสถานีและเมืองที่ห่างไกล

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบทาโคเจนเนอเรเตอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเชิงกลที่สร้างแรงดันไฟฟ้าขาออกซึ่งแปรผันตรงกับความเร็วรอบของเพลา อาจใช้สำหรับแสดงความเร็วหรือในระบบควบคุมความเร็วแบบป้อนกลับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบทาโคเจนเนอเรเตอร์มักใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับเครื่องวัดความเร็วรอบเพื่อวัดความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องยนต์ และอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้พลังงานจากมอเตอร์เหล่านั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสร้างแรงดันไฟฟ้าโดยประมาณแปรผันตรงกับความเร็วรอบของเพลา ด้วยการสร้างและการออกแบบที่แม่นยำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำมากสำหรับช่วงความเร็วรอบของเพลาที่กำหนด

วงจรสมมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหลดแสดงอยู่ในแผนภาพด้านข้าง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแสดงด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนามธรรมซึ่งประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดัน ในอุดมคติ และอิมพีแดนซ์ภายใน พารามิเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถกำหนดได้โดยการวัดความต้านทานของขดลวด (ปรับแก้ตามอุณหภูมิการทำงาน ) และการวัดแรงดันวงจรเปิดและแรงดันขณะมีโหลดสำหรับกระแสโหลดที่กำหนด ${\displaystyle V_{\text{G}}}$${\displaystyle R_{\text{G}}}$

นี่คือแบบจำลองที่ง่ายที่สุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อาจจำเป็นต้องเพิ่มองค์ประกอบเพิ่มเติมเพื่อให้ได้การแสดงผลที่แม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถเพิ่มค่าความเหนี่ยวนำเพื่อรองรับขดลวดของเครื่องจักรและฟลักซ์รั่วไหลของแม่เหล็ก^{[ 25 ]}แต่การแสดงผลที่สมบูรณ์อาจซับซ้อนกว่านี้มาก^{[ 26 ]}