Generator

Grundlagen

Durch das Bewegen oder Drehen eines Leiters im Magnetfeld des Generators wird eine Kraft auf die freien Elektronen ausgeübt. Dadurch wird eine elektrische Spannung erzeugt, welche die Elektronen in Richtung des Leiters bewegt, das heißt: es fließt ein elektrischer Strom. Durch das Fließen des elektrischen Stroms wird elektrische Energie bereitgestellt.
Generatoren wandeln mechanische Energie in elektrische Energie um. Über eine gemeinsame Welle wird die Drehbewegung des Turbinenläufers auf den Generator übertragen. Ein Generator besteht im Wesentlichen aus einem fest stehenden Stator und einem beweglichen Teil, dem Rotor. Sobald sich der Rotor innerhalb des Stators dreht, entsteht in den Spulenwicklungen des Stators eine Spannung.
Die Grundlage für die Stromerzeugung bildet die von Michael Faraday beschriebene elektromagnetische Induktion. Bewegt man einen Stabmagneten mit der Hand in eine Spule, so tritt während der Bewegung an den Enden der Spule eine Spannung auf. Man sagt: Es wurde in der Spule eine Spannung induziert. Bleibt der Magnet in der Spule in Ruhe, so wird keine Spannung induziert.


Faraday'sche Prinzip

Erst beim Herausbewegen des Magneten zeigt das Messgerät wieder eine Spannung an. Wenn sich der Magnet andauernd in die Spule hinein- und herausbewegt, entsteht eine Wechselspannung. Das Gleiche geschieht, wenn sich der Magnet mit dem gleichen Pol voraus andauernd durch die Spule bewegt.

Bei größeren Generatoren wird anstelle eines Dauermagneten ein Elektromagnet verwendet. Das Magnetfeld, auch Erregerfeld (s.u.) genannt, wird durch eine oder mehrere Spulen erzeugt, die von Gleichstrom durchflossen werden. Es gibt Innenpolgeneratoren und Außenpolgeneratoren.


Von einem Außenpolgenerator spricht man, wenn sich die Spulen für das Erregerfeld am Stator befinden. In diesem Fall durchsetzen die magnetischen Feldlinien des Stators die Wicklungen des Rotors und induzieren in ihnen eine Wechselspannung. Außenpolgeneratoren werden meist nur als Hilfsgeneratoren oder Erregermaschinen verwendet.


Bei einem Innenpolgenerator befinden sich die Spulen für das Erregerfeld am Läufer. In diesem Fall durchsetzen die magnetischen Feldlinien des Rotors die Wicklungen des Stators und induzieren in ihnen eine Wechselspannung. Die Gleichstromzuführung zum Läufer erfolgt über Schleifringe von einer Erregermaschine, die auf der gleichen Achse sitzt wie der Generator. Dieses Prinzip findet in den meisten Kraftwerken Anwendung.

Wechselspannung - 1 Periode
Jede Drehung des Magneten in der Spule erzeugt an den Spulenenden eine sinusförmige Wechselspannung. Diese Sinusschwingung, die durch eine volle Umdrehung des Magneten um 360 Grad entsteht, bezeichnet man als Periode.

Drehstromgenerator

In den Kraftwerken der öffentlichen Stromversorgung werden durchweg Drehstrom-Synchrongeneratoren eingesetzt. Ein Drehstromgenerator ist im Prinzip eine Kombination von drei Wechselstromgeneratoren und erzeugt nicht nur einen Wechselstrom, sondern drei Wechselströme zugleich.

Der Elektromagnet bewegt sich an drei um 120 Grad räumlich versetzten Spulen vorbei, sodass bei einer Umdrehung auch um 120 Grad zeitlich versetzte Spannungen oder Phasen entstehen. Den abgenommenen dreiphasigen Wechselstrom bezeichnet man als Drehstrom.


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