Kraftwerksgeneratoren

Je nach Einsatzgebiet ist die Bauform von Generatoren unterschiedlich. Sie haben entweder eine horizontale oder eine vertikale Achse.

• Generatoren in Wasserkraftwerken haben größere Durchmesser.
• Die Turbogeneratoren in Wärmekraftwerken sind eher lang und schmal.
• Kernkraftwerke sind Wärmekraftwerke, deshalb sind die dort installierten Generatoren diesen vergleichbar. Mit einer Generatorleistung von bis zu 1 500 Megawatt sind es die größten elektrischen Maschinen, die jemals von Menschenhand gebaut wurden. Um die gewaltigen Massen von über 350 Tonnen beim Generatorläufer zu beherrschen, werden diese als vierpolige Maschine ausgeführt, dadurch beträgt die Umdrehungzahl 1 500 min^-1.

Die konstruktive Gestaltung des Generators wird wesentlich durch die Drehzahl der Turbine bestimmt. Die Turbinen in Laufwasserkraftwerken haben eine geringe Drehzahl, die in Wärmekraftwerken eine große Drehzahl.

• Aus der Frequenz f und der Nenndrehzahl n (pro Sekunde) ergibt sich die erforderliche Polpaarzahl p des Generators.
• 1 Nordpol und 1 Südpol bilden 1 Polpaar. Für die Polpaarzahl gilt: p = f / n
• Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute wird nach der Formel U = 60 × f / p berechnet.
• Ein Generator mit nur einem rotierenden Magneten (Spulenpaar) und nur einer Ankerwicklung muss, um die in Europa übliche Wechselspannung von 50 Hz zu erzeugen, mit einer Drehzahl von 3 000 Umdrehungen pro Minute arbeiten.

Solche zweipoligen Generatoren (Polpaarzahl = 1) werden im Allgemeinen in Kombination mit Dampfturbinen benötigt. Zur Vermeidung großer Fliehkräfte werden die Läuferdurchmesser solcher Turbogeneratoren möglichst klein gehalten (etwa 1 m), die Achsenlänge dieser Generatoren jedoch dementsprechend groß.

Die Drehzahlen von Wasserturbinen sind meistens wesentlich kleiner als bei Dampfturbinen und liegen im Bereich von etwa 60 bis 1 000 min^-1.

• Kaplan-Turbinen: etwa 50 bis 150 min^-1,
• Francis-Turbinen: 100 bis 500 min^-1,
• Pelton-Turbinen: 400 bis 1 000 min^-1.

Die von solchen Turbinen angetriebenen Generatoren müssen daher entsprechend mehr Polpaare besitzen. Man nennt sie auch Schenkelpolmaschinen. Große Polzahlen erfordern große Läuferdurchmesser. Die größten Schenkelpolgeneratoren erreichen Einzelleistungen von mehr als 800 MVA und Läuferdurchmesser von mehr als 15 m. Um den Wirkungsgrad, das heißt die Energieausbeute des Generators, zu erhöhen, werden die einzelnen Polwicklungen außerdem über den gesamten Umfang des Stators aufgeteilt.

Der magnetische Fluss durch die im Stator angebrachten Wicklungen kehrt seine Richtung um, wenn der Läufer um einen Pol weiterrückt. Bei einer Drehung um 2 Polabstände wird in der Ankerwicklung eine Wechselspannungsperiode induziert. Bei p Polpaaren (2p Polen) werden bei jeder Umdrehung p Perioden des Wechselstroms durchlaufen.