Ein Generator wandelt Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Er arbeitet nach der Induktion: Eine Leiterschleife oder Spule dreht sich in einem Magnetfeld. Beim Drehen ändert sich ständig ihre wirksame Fläche, also die Zahl der Feldlinien durch sie. Deshalb wird eine Spannung induziert. Statt der Spule kann sich auch der Magnet drehen, wie im Fahrraddynamo. Im Kraftwerk treiben Dampf, Wasser oder Wind eine Turbine an, und die dreht den Generator. Der Generator ist die Umkehrung des Motors: Im Motor wird aus Strom Bewegung, im Generator aus Bewegung Spannung.

Bei gleichmäßiger Drehung ändert sich die Spannung so: Steht die Schleife quer zu den Feldlinien, tritt die größte Zahl von Feldlinien hindurch, sie ändert sich aber gerade nicht. Die Spannung ist null. Liegt die Schleife parallel zu den Feldlinien, ändert sich die Zahl am schnellsten, und die Spannung ist am größten. Nach jeder halben Umdrehung kehrt sich die Spannung um. Es entsteht eine Wechselspannung, die gegen die Zeit aufgetragen eine Wellenlinie ergibt. Die Frequenz ist die Zahl der Umdrehungen je Sekunde, in Hertz (Hz). Der Höchstwert der Spannung wächst mit der Drehzahl, der Windungszahl und der Stärke des Feldes. Die 230 V der Steckdose sind der Effektivwert: Eine Gleichspannung von 230 V brächte an einer Glühlampe dieselbe Leistung. Der Höchstwert beträgt etwa 325 V.

Führt man die Enden der Spule zu zwei vollen Schleifringen, auf denen Kohlebürsten schleifen, bleibt die Spannung eine Wechselspannung. Ein Stromwender (Kommutator) wie im Gleichstrommotor würde sie dagegen so umpolen, dass sie nur noch pulsiert und ihr Vorzeichen behält. In großen Kraftwerksgeneratoren dreht sich ein Elektromagnet, der Läufer. Die Spulen, in denen die Spannung entsteht, stehen fest im Ständer. So muss der große Strom nicht über Schleifringe fließen.

Ein Transformator besteht aus zwei Spulen auf einem gemeinsamen, geschlossenen Eisenkern: der Primärspule mit $N_1$ Windungen (Eingang) und der Sekundärspule mit $N_2$ Windungen (Ausgang). Die Spulen sind nicht leitend verbunden. Eine Wechselspannung $U_1$ an der Primärspule erzeugt ein wechselndes Magnetfeld. Der Eisenkern führt es durch die Sekundärspule. Dort ändert sich die Zahl der Feldlinien ständig, und es wird die Wechselspannung $U_2$ induziert.

Gleichspannung funktioniert nicht, denn ihr Feld ändert sich nicht (nur kurz beim Ein- und Ausschalten). Jede Windung erhält denselben Anteil der Spannung, und die Anteile addieren sich. Für den idealen Transformator ohne Verluste gilt daher die Spannungsübersetzung:

Hat die Sekundärspule mehr Windungen, ist $U_2$ größer als $U_1$: Die Spannung wird hochtransformiert. Bei weniger Windungen wird sie heruntertransformiert. Die zweite Gleichung sagt: Die Leistung $P = U \cdot I$ ist auf beiden Seiten gleich, ein Transformator erzeugt keine Energie. Wird die Spannung größer, sinkt der Strom im gleichen Verhältnis. Es gilt $\frac{I_1}{I_2} = \frac{N_2}{N_1}$. Reale Transformatoren verlieren durch Wärme etwas Energie. Große Transformatoren erreichen Wirkungsgrade von über 95 %.

Elektrische Energie wird oft über viele Kilometer übertragen. Die Leitungen haben einen Widerstand $R_L$. Fließt der Strom $I$, fällt über der Leitung die Spannung $R_L \cdot I$ ab (Ohmsches Gesetz), und die Leitung erwärmt sich. Die Verlustleistung ist $P_V = R_L \cdot I \cdot I = R_L \cdot I^2$. Sie wächst mit dem Quadrat des Stroms: Halber Strom bedeutet ein Viertel der Verluste.

Zu übertragen ist die Leistung $P = U \cdot I$ mit der Spannung $U$ der Leitung. Bei gleicher Leistung bedeutet hohe Spannung einen kleinen Strom. Darum spannen Transformatoren die Spannung im Kraftwerk auf Hochspannung hoch, auf Überlandleitungen meist 110 kV bis 380 kV. Beim Verbraucher wird sie in mehreren Stufen auf 230 V heruntertransformiert. Das geht nur mit Wechselspannung. Für sehr lange Strecken gibt es zwar auch Gleichstromleitungen, hier betrachten wir das übliche Wechselstromnetz.