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Elektrischer Generator, Typen und Betrieb

Elektrischer Generator, Typen und Betrieb

Ein elektrischer Generator ist ein Gerät zur Erzeugung von Strom aus anderen Arten von Energie. Am gebräuchlichsten ist diejenige, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Manchmal wird es auch als Generator bezeichnet.

Ein elektrischer Generator ist ein Instrument, das mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, deren Funktionsprinzip auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion beruht. 

Michael Faraday entwickelte den ersten elektromagnetischen Generator: die Faradaysche Scheibe. Faradays Scheibe zeigte, dass Elektrizität durch Magnetismus erzeugt werden kann. Das Faradaysche Gesetz besagt, dass die induzierte Spannung in einem Stromkreis direkt proportional zur Änderung des Magnetflusses in einem Leiter oder einer Spule ist.

Wie funktioniert ein elektrischer Generator?

Die in Anlagen zur Stromerzeugung verwendeten elektrischen Generatoren sind recht komplex, ihr Funktionsprinzip ist jedoch sehr einfach:

Schematisch bestehen sie aus einer oder mehreren leitenden Drahtwicklungen (Spulen). Diese Spulen werden mit mechanischer Energie versorgt, um sie in einem intensiven Magnetfeld zu drehen.

Mechanische Energie kann von einer Turbine geliefert werden. Die frei drehbare Spule wird als Rotor bezeichnet, während der feste Magnet als Stator bezeichnet wird. Es gibt drei Arten von Turbinen:

  • Die in Wasserkraftwerken eingesetzte Wasserturbine.

  • Die Dampfturbine, die beispielsweise in Solarthermiekraftwerken, Kernkraftwerken und Kohlekraftwerken eingesetzt wird.

  • Die Gasturbine, die in Kombikraftwerken eingesetzt wird.

In einigen Wasserkraftwerken kann der Generator umgekehrt arbeiten. Auf diese Weise funktioniert es wie eine Wasserpumpe. Diese Funktionalität ist nützlich, wenn ein Energieüberschuss vorliegt.

Ähnlichkeit mit einem Elektromotor

Was in einem Stromgenerator passiert, ist genau das Gegenteil von dem, was in einem Elektromotor passiert.

In einem Elektromotor wird die vom Magneten auf den Stromkreis ausgeübte Kraft in ein paar Kräfte umgewandelt. Dieses Kraftpaar überträgt dem Rotor eine Drehbewegung.

Beim elektrischen Generator fließt kein Strom zum Stromkreis. Die Rotation wird durch irgendeine Form von mechanischer Energie übertragen.

Stellen Sie sich zum Verständnis des Betriebssystems vor, wir haben eine einfache Spule, die aus einer quadratischen Spule besteht. Die Drehbewegung der Schleife in Bezug auf das Feld erzeugt das Phänomen der elektromagnetischen Induktion, dh sie erzeugt einen Strom in der Schleife.

Die Intensität des Stroms ist ebenso wie die Intensität der induzierten EMK proportional zum Fluss des Magnetfelds:

  • Wenn die Schleife senkrecht zum Magnetfeld ist, ist die Intensität des induzierten Stroms maximal;

  • Der induzierte Strom nimmt ab, wenn sich die Spule in Positionen dreht, die schräger sind als die Kraftlinien des Magnetfelds. Wenn die Spule parallel zum Feld ist, ist der Fluss des Feldes in Bezug auf die Spule Null.

Wenn Sie die Schleife weiter drehen, wird die Richtung des Stroms umgekehrt. Die Stromstärke nimmt zu, wenn die Schleife zurückkehrt, um eine größere Oberfläche der Feldkraftlinien zu bieten. Bis es einen neuen Maximalwert erreicht. Dieses Maximum ist das gleiche wie das vorherige, jedoch mit einem entgegengesetzten Vorzeichen, das mit fortschreitender Drehung der Schleife weiter abnimmt.

Der von einem solchen Generator erzeugte Strom hat daher keine konstante Intensität. Es folgt jedoch einem sinusförmigen Trend: Ein solcher Strom wird Wechselstrom genannt.

Typischerweise sind die Spulen eines Wechselstromgenerators miteinander verbunden, um drei Wechselstromgeneratoren zu bilden, die zueinander phasenverschoben sind. Die Lichtmaschine soll einen dreiphasigen Strom erzeugen, der in unseren Häusern geliefert wird.

Der Transformator ist ein Instrument, das einen Wechselstrom mit einer bestimmten effektiven Spannung in eine andere Spannung umwandeln kann. Die Umwandlung erfolgt mit geringen Energieverlusten.

Arten von elektrischen Generatoren

Wenn wir einen elektrischen Generator kaufen wollen, müssen wir zuerst wissen, welche Typen es gibt und welche Eigenschaften sie haben:

Tragbarer oder stationärer Stromgenerator

Stationäre Generatoren werden in der Regel in speziellen Räumen aufgestellt. Sie werden regelmäßig verwendet oder jederzeit betriebsbereit gehalten. Manchmal arbeiten sie im Falle eines Stromausfalls autonom.

Laptops reichen von den kleinsten und leichtesten Freizeitgeneratoren bis zu riesigen LKW-Generatoren.

Motortyp

Die Generatoren werden auch nach dem von ihnen verwendeten Kraftstoff und daher nach dem Motortyp klassifiziert, mit dem sie ausgestattet sind:

  • 2-Takt-Generator

  • 4-Takt-Benzingenerator

  • dieselelektrischer Generator

Der benzinelektrische Generator ist beliebter als der Dieselgenerator.

Der 2-Takt-Generator ist der kleinste und kompakteste. Es ist das mit dem einfachsten Motor.

Der 4-Takt funktioniert nur mit Benzin. Es verursacht auch weniger Treibhausgasemissionen. Es hat auch größere Stromausfälle: Die Leistung steigt mit der verfügbaren Auswahl an 4-Takt-Modellen und noch mehr mit Dieselgeneratoren.

Im 4-Takt-Bereich gibt es auch solche, die mit Gas (LPG, Butan, Propan) betrieben werden und weniger Gas emittieren.

Wechselrichter-Stromgenerator

Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen den verschiedenen Generatoren ist die Steuerelektronik, die sie an Bord haben. Die einfachsten Modelle liefern 12 V Gleichstrom und 220 V Wechselstrom.

Der zugeführte Strom leidet jedoch unter Emissionsschwankungen in Abhängigkeit von der augenblicklichen Absorption der aufgebrachten Last.

Wechselrichter können einen sehr stabilen und regelmäßigen Strom liefern.

Ausgangsspannung

Je nach Bedarf besteht die Möglichkeit, einphasige (230 V Ausgang) oder dreiphasige (400 V) Stromgeneratoren zu haben.

Es ist jedoch zu beachten, dass es auch einen Gleichstrom- oder 12-V-Generator gibt. Dieser Generator wird im Allgemeinen mit der üblichen 230-V-Wechselstromversorgung kombiniert.

Elektrischer Startstromgenerator

Die meisten tragbaren USVs beginnen mit einem manuellen Ausziehsystem. Andere haben einen Anlasser und eine Batterie integriert, um ihn zu betreiben. Dies bedeutet natürlich eine Erhöhung des Gewichts und der Abmessungen des gesamten Geräts, hat jedoch unbestreitbare Vorteile, wenn häufige Starts erforderlich sind.

Eine Weiterentwicklung der Modelle mit Anlasser sind die Modelle mit automatischem Anlasser. Diese Entwicklung ist auf einen elektronischen Bereich zur Steuerung und Schnittstelle mit dem Stromnetz des Hauses zurückzuführen. Zum Beispiel, wenn es keine Energie gibt; Das System erkennt den Spannungsabfall und startet automatisch den Generator, wodurch das Haus unter elektrischer Last bleibt.

Stummgeschaltgenerator

Eine letzte Kategorie sind Generatoren, die so wenig Lärm wie möglich abgeben sollen.

Der stille Stromgenerator wird gesucht, wenn er für die Arbeit in Bereichen ausgelegt ist, in denen Personen bleiben und / oder arbeiten.

Die Maschine ist mit Schallschutzsystemen und einer Reduzierung der abgegebenen Vibrationen ausgestattet. Die Reduzierung des wahrgenommenen Rauschens ist spürbar. Wenn Sie sich dem Kauf eines dieser Generatoren nähern, sollte der im technischen Handbuch angegebene Geräuschpegel in Dezibel überprüft werden.

Generatoren, die nicht mit mechanischer Energie betrieben werden

Es gibt mehrere elektrische Generatoren, bei denen die Eingangsquelle keine mechanische Energie ist.

Unter dieser Art von Generatoren finden wir:

Photovoltaik-Generatoren

Photovoltaik-Generatoren verwenden Photovoltaik- Solarmodule. Jedes Solarpanel besteht aus einer Anordnung von Photovoltaikzellen. Photovoltaikzellen sind dank des Photovoltaikeffekts für die Stromerzeugung verantwortlich.

Elektrochemische Generatoren

Wenn der Elektronenfluss durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion erzeugt wird, gibt es einen elektrochemischen Generator. Am häufigsten sind Batterien und Brennstoffzellen.

Radioisotopengeneratoren

Die Erzeugung im thermoelektrischen Radioisotopgenerator basiert auf der Zersetzung radioaktiver Isotope. Radioaktive Zersetzung erzeugt Partikelemission und Wärme. Die Stromerzeugung kann direkt aus der Verdrängung elektrisch geladener Teilchen oder indirekt aus der erzeugten Wärme gewonnen werden.

Differentialthermogeneratoren

Die Stromerzeugung ergibt sich aus einer Temperaturdifferenz für den Seebeck-Effekt. Dieses System kann mit jedem Wärmegradienten arbeiten.

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Erscheinungsdatum: 13. Mai 2015
Geändert am: 19. Juni 2020