Generator

Gliederung
1. Der Generator allgemein (Definition) 2. Aufbau
2.1 Wechselstromgenerator
2.2 Gleichstromgenerator
3. mathematische Aspekte (Zusammensetzung der Induktionsspannung)

Allgemein: – Im Generator wird die Relativbewegung eines Leiters (Elektromagnet) im zeitlich konstanten magnetischen Feld zur Erzeugung einer Induktionsspannung genutzt.
Grundlage des Generators:
– er wandelt mit Hilfe der elektromagnetischen Induktion mechanische Energie in elektrische Energie um
– wenn der Elektromagnet durch ein Magnetfeld bewegt wird, induziert dieser Vorgang eine sinusförmige Wechselspannung
– fast die gesamte Elektroenergie wird auf dieser Grundlage der elektromagnetischen Induktion erzeugt
– für große Maschinen werde Elektromagneten verwendet, da ein Dauermagnet nicht ausreicht
Aufbau: – der Generator besteht aus zwei grundlegenden Einheiten 1.dem Elektromagneten mit seiner Spule
2. dem Anker, der die Leiter trägt dieser Leiter schneidet das Magnetfeld und erzeugt den induzierten Strom der Ankerkern besteht meist aus Weicheisen um den Leitungsdrähte in Form einer spule gewickelt sind
Der Wechselstromgenerator
Da dieser Vorteile bei der Energieübertragung hat wird er am meisten verwendet.
– ein Elektromagnet (Rotor) ist zwischen zwei Induktionsspulen (Stator) drehbar gelagert – dem Rotor wird über zwei durchgehende Schleifringe Gleichstrom mit geringer Stromstärke zugeführt
– diese Ringe befinden sich am Ende der Welle nach dem Elektromagnet (Ankerwicklung) – durch die Zufuhr von Gleichstrom entsteht ein magnetisches Feld mit einer konstanten

magnetischen Flussdichte wird nun der Rotor um einen bestimmten Winkel Alpha gedreht so ändert sich folglich der magnetische Fluss, der die Fläche der Induktionsspule durchsetzt
– da sich der die Induktionsspule durch setzende magnetische Fluss mit dem Sinus des Drehwinkels ändert entsteht eine sinusförmige Wechselspannung
– der induzierte Strom steigt also abwechselt auf einen positiven Spitzenwert sinkt auf 0 fällt auf einen negativen Spitzenwert steigt wieder auf 0 Vorgang beginnt von vorn
– dieser Wechsel erfolgt je nach Frequenz für die der Generator ausgelegt ist mehrmals pro Sekunde
(- die Frequenz des vom Wechselstromgenerators erzeugten Stromes ist die hälfte des Produktes aus der Anzahl der Pole und der Anzahl der Umdrehungen des Ankers
pro Sekunde)
– Wechselstromgeneratoren werden so gebaut, dass das Magnetfeld im rotierenden Anker erzeugt wird und die Induktionsspannung an dem feststehenden Induktionsspulen (Stator) abgenommen wird
– diese Induktionsströme haben eine sehr große Stromstärke bei einer hohen Spannung
– um eine möglichst hohe Spannung induzieren zu können ist es besser einen feststehenden Anker zu verwenden, indem sich der Rotor mit Feldmagneten dreht
– bei einem umlaufenden Anker würde es sonst zur Funkenbildung und Kurzschlüssen kommen
– besitzt ein Generator nur eine Wicklung (Bild) so bezeichnet man den entstehenden Strom als einphasigen Wechselstrom
– wenn der Anker 2 Wicklungen besitzt, die im rechten Winkel zueinander stehen und 2 getrennte Anschlüsse haben, werden 2 Wechselströme erzeugt, die jeweils dann ihr Maximum erreichen, wenn der andere seinen Nulldurchgang hat
; Zweiphasenwechselstrom
– besitzt der Anker drei Wicklungen, die in einem Winkel von 120° zueinander stehen, entsteht ein Strom der einer dreifachen Welle entspricht
; Dreiphasenwechselstrom auch als Drehstrom bezeichnet
– zur Erzeugung des elektrischen Stroms werden am häufigsten die Drehstromgeneratoren verwendeten
– die von Wechselstromgenerator erzeugten Spannungen betragen bis zu 13200 Volt
Der Gleichstromgenerator
– dreht sich der Elektromagnet des Generators zwischen zwei stationäre Feldpolen (Stator), fließt der elektrische Strom im Anker eine halbe Umdrehung lang in eine Richtung und eine halbe Umdrehung lang in die entgegengesetzte Richtung.
– um Gleichstrom zu erhalten, ist eine Vorrichtung außerhalb des Generators erforderlich, welche die Stromrichtung umkehrt und nur eine Fließrichtung zulässt
– diese Umkehrung ermöglicht ein Kollektor (Stromwender)
– dieser Kollektor besteht für einen Gleichstromgenerator aus einem gespalten Metallring, der an der Welle des Ankers montiert ist
– die beiden Hälften des Ringes sind von einander getrennt und bilden die Enden der Ankerspulen
– feststehende Metall- oder Kohlebürsten werden gegen den rotierenden Kollektor gedrückt und stellen den elektrischen Kontakt der Spule zu den Drähten außerhalb des Generators dar
– beide gegenüberliegenden Schleifkontakte gleiten nach jeder halben Umdrehung (180°) von einem auf den anderen Halbring über, immer gerade dann, wenn die Induktionsspannung = 0 ändert der Strom in den Ankerspulen seine Richtung
– es erfolgt eine periodische Umwandlung, so dass vom Anker eine Gleichspannung abgriffen werden kann (ungefähr 1000Volt)
– Gleichstromgeneratoren werden meist mit ziemlich niedriger Spannung betrieben um die Funkenbildung zwischen Bürsten und Kollektor zu vermeiden
– sie werden nach der Art der Bereitstellung des Stromes für das Magnetfeld unterschieden
1.Das Magnetfeld eines seriell gewickelten Generators steht in Reihenschaltung mit dem Anker ; genutzt zur Erzeugung eines gleichmäßigen Stromes mit schwankender U
2. Nebenschlussgeneratoren Magnetfeld parallel zum Anker geschalten
3.Verbund -oder Doppelgenerator Teil der Magnetfelder in Reihe und ein Teil parallel geschaltet
– Nebenschluss -und Verbundgeneratoren haben den Vorteil bei unterschiedlichster Last eine verhältnismäßig gleichmäßige U zu liefern
– der Wirkungsgrad liegt bei beiden Generatoren bei ca. 90% er wird beeinflusst durch Eisenverlust (Wirbelströme/Ummagnetisierung), Reibungsverlust und Stromwärmeverlust
Verwendung: in Wasser- Wärme- und Kernkraftwerken zur Energieerzeugung

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