Ein elektrischer Generator ist ein Gerät, das dazu bestimmt ist, Strom aus anderen Energiearten zu erzeugen. Die gebräuchlichste ist die, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Manchmal wird es auch als Generatorsatz bezeichnet.
Ein elektrischer Generator ist ein Instrument, das mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Das Funktionsprinzip basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion.
Michael Faraday entwickelte den ersten elektromagnetischen Generator: die Faradaysche Scheibe. Faradays Scheibe zeigte, dass mit Magnetismus Elektrizität erzeugt werden kann. Das Faradaysche Gesetz besagt, dass die induzierte Spannung in einem Stromkreis direkt proportional zur Änderung des magnetischen Flusses in einem Leiter oder einer Spule ist.
Wozu dient ein elektrischer Generator?
Die elektrischen Generatoren können verwendet werden für:
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Strom erzeugen, um ihn über Stromleitungen an den Haushalt zu übertragen und zu verteilen.
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Als Notstromversorgung oder zur dauerhaften Stromerzeugung. Sie arbeiten als Standby-Generatoren.
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Liefern Sie die benötigte elektrische Energie für Autos, Schiffe, Züge oder Flugzeuge.
Wie funktioniert ein Stromgenerator?
Die in Kraftwerken verwendeten elektrischen Generatoren sind ziemlich komplex, ihr Funktionsprinzip ist jedoch einfach:
Schematisch bestehen sie aus einer oder mehreren leitfähigen Drahtwicklungen (Spulen). Diese Spulen werden mit mechanischer Energie versorgt, um sie in einem starken Magnetfeld zu drehen.
Mechanische Energie kann von einer Turbine geliefert werden. Die frei drehbare Spule wird als Rotor bezeichnet, während der feststehende Magnet als Stator bezeichnet wird. Es gibt drei Arten von Turbinen:
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Die Wasserturbine, die in Wasserkraftwerken verwendet wird.
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Die Dampfturbine: Einsatz in solarthermischen Anlagen, Kernkraftwerken und Kohlekraftwerken.
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Die Gasturbine, die in GuD-Kraftwerken mit Erdgas oder sogar Windturbinen eingesetzt wird.
In einigen Wasserkraftwerken kann der Generator umgekehrt arbeiten. Auf diese Weise funktioniert es wie eine Wasserpumpe. Wenn ein Energieüberschuss vorhanden ist, schaltet der Transfer um und fängt an, Wasser zu pumpen.
Warum ähnelt ein elektrischer Generator einem Elektromotor?
Was in einem Stromgenerator passiert, ist das genaue Gegenteil von dem, was in einem Elektromotor passiert.
Bei einem Elektromotor wird die Kraft, die der Magnet auf den stromdurchflossenen Stromkreis ausübt, in ein Kräftepaar übersetzt. Dieses Kräftepaar verleiht dem Rotor eine Drehbewegung.
Beim elektrischen Generator fließt kein Strom in den Stromkreis. Stattdessen wird die Rotation durch irgendeine Form von mechanischer Energie verliehen.
Beispiel zur Beschreibung des elektrischen Generatorbetriebs
Stellen Sie sich vor, wir haben eine einfache Spule, die aus einer quadratischen Spule besteht, um das Betriebssystem zu verstehen. Die Drehbewegung der Schleife um das Feld erzeugt das Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Es erzeugt einen Strom in der Schleife.
Die Stärke des Stroms ist wie die Stärke der induzierten EMK proportional zum Fluss des Magnetfelds:
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Wenn die Schleife senkrecht zum Magnetfeld steht, ist die Leistung des induzierten Stroms maximal;
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Der induzierte Strom nimmt ab, wenn sich die Spule in Positionen dreht, die schräger sind als die magnetischen Feldlinien. Wenn die Spule parallel zum Feld ist, ist der Feldfluss bezüglich der Spule Null.
Das Magnetfeld interferiert mit den Elektronen im Leiter, um einen elektrischen Stromfluss im Inneren zu induzieren.
Durch weiteres Drehen der Schleife wird die Stromrichtung umgekehrt. Infolgedessen steigt die Stromstärke, wenn die Schleife zurückkehrt, um eine größere Oberfläche der Feldkraftlinien anzubieten. Bis es einen neuen Maximalwert erreicht.
Dieses Maximum ist das gleiche wie das vorherige, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Sie nimmt mit fortschreitender Drehung der Schleife weiter ab.
Der von einem solchen Generator erzeugte Strom hat daher keine konstante Stärke. Stattdessen folgt er jedoch einem sinusförmigen Trend: Ein solcher Strom wird Wechselstrom genannt.
Typischerweise sind die Spulen eines Wechselstromgenerators verbunden, um drei Wechselstromgeneratoren zu bilden, die zueinander phasenverschoben sind. So soll die Lichtmaschine einen Drehstrom erzeugen, der in unseren Häusern geliefert wird.
Der Transformator ist ein Instrument, das einen Wechselstrom mit einer bestimmten Effektivspannung in eine andere Spannung umwandeln kann. Die Umwandlung erfolgt mit geringen Energieverlusten.
Welche verschiedenen Arten von Stromerzeugern gibt es?
Wenn wir einen Stromgenerator kaufen möchten, müssen wir zunächst wissen, welche Typen es gibt und welche Eigenschaften sie haben:
Tragbare Generatoren oder stationärer Stromgenerator
Stationäre Generatoren werden im Allgemeinen in bestimmten Räumen platziert. Sie werden regelmäßig verwendet oder jederzeit für die Inbetriebnahme bereitgehalten. Teilweise arbeiten sie bei Stromausfall autark.
Die Palette der Laptops reicht von den kleinsten und leichtesten Freizeitgeneratoren bis hin zu riesigen LKW-montierten Generatoren.
Typ des verwendeten Motors.
Die Generatoren werden auch nach dem von ihnen verwendeten Kraftstoff und damit nach dem Motortyp, mit dem sie ausgestattet sind, klassifiziert:
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2-Takt-Generator
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4-Takt-Benzingenerator
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dieselelektrischer Generator
Der Benzin-Elektrogenerator ist beliebter als der Dieselgenerator.
Der 2-Takt-Generator ist der kleinste und kompakteste. Darüber hinaus ist es der mit dem einfachsten Motor. Das macht es zu einer guten Option für tragbare Generatoren.
Der 4-Takt funktioniert nur mit Benzin. Dadurch entstehen auch weniger Treibhausgasemissionen. Allerdings gibt es auch deutlichere Leistungseinbußen: Die Leistung steigt mit dem verfügbaren Angebot an 4-Takt-Modellen und noch mehr mit Dieselgeneratoren.
Im 4-Takt-Bereich werden einige mit Gas (LPG, Butan, Propan) betrieben, das weniger Gas emittiert.
Wechselrichter Stromgenerator
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen den verschiedenen Generatoren ist die an Bord befindliche Steuerelektronik. Die einfachsten Modelle liefern 12 V Gleichstrom und 220 V Wechselstrom.
Der gelieferte Strom leidet jedoch unter Emissionsschwankungen in Abhängigkeit von der momentanen Aufnahme der aufgebrachten Last.
Wechselrichter sind in der Lage, einen sehr stabilen und gleichmäßigen Strom zu liefern.
Ausgangsspannung
Je nach Bedarf besteht die Möglichkeit, einphasige (230V-Ausgang) oder dreiphasige (400V) Stromgeneratoren zu haben.
Zu beachten ist jedoch, dass es auch einen DC- oder 12V-Generator gibt. Dieser Generator wird im Allgemeinen mit der standardmäßigen 230V AC-Versorgung kombiniert.
Der Einsatz von Elektromagneten anstelle von Permanentmagneten steigerte die Leistung eines Dynamos erheblich und ermöglichte erstmals eine hohe Stromerzeugung.
Elektrischer Startstromgenerator
Die meisten tragbaren USVs beginnen mit einem manuellen Auszugssystem. Andere haben einen Anlasser und eine Batterie zum Betrieb integriert. Dies bedeutet natürlich eine Erhöhung des Gewichts und der Abmessungen des gesamten Geräts. Es hat jedoch unbestreitbare Vorteile, wenn häufige Starts erforderlich sind.
Darüber hinaus sind die Modelle mit Anlasser eine Weiterentwicklung der Modelle mit automatischem Anlasser. Diese Entwicklung ist auf einen elektronischen Abschnitt für die Steuerung und Schnittstellen zum Stromnetz des Hauses zurückzuführen.
Ist beispielsweise keine Energie vorhanden, erkennt das System den Spannungsabfall und startet automatisch den Generator. So hält es das Haus unter elektrischer Last.
Schallgedämpfter Stromgenerator
Eine letzte Kategorie sind Generatoren, die so wenig Lärm wie möglich emittieren.
Der geräuschlose Stromerzeuger wird gesucht, wenn er für den Einsatz in Bereichen konzipiert ist, in denen sich Menschen aufhalten und arbeiten.
Die Maschine ist mit Schallschutzsystemen und einer Reduzierung der abgegebenen Vibrationen ausgestattet. Die Reduzierung des wahrgenommenen Rauschens ist spürbar. Beim Kauf eines dieser Generatoren sollte der im technischen Handbuch angegebene Geräuschpegel in Dezibel überprüft werden.
Generatoren, die nicht mit mechanischer Energie betrieben werden
Es gibt mehrere elektrische Generatoren, deren Eingangsquelle keine mechanische Energie ist.
Unter dieser Art von Generatoren finden wir:
Photovoltaik-Generatoren
Photovoltaik-Generatoren verwenden Photovoltaik-Solarzellen. Jedes Solarpanel besteht aus einer Anordnung von Photovoltaikzellen. Photovoltaik-Zellen sind dank des photovoltaischen Effekts für die Stromerzeugung verantwortlich.
Elektrochemische Generatoren
Wenn der Elektronenfluss durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion erzeugt wird, gibt es einen elektrochemischen Generator. Am gebräuchlichsten sind Batterien und Brennstoffzellen.
Radioisotopengeneratoren
Die Erzeugung im thermoelektrischen Radioisotop-Generator basiert auf der Zersetzung radioaktiver Isotope. Bei radioaktiver Zersetzung entstehen Partikel und Wärme. Die Stromerzeugung kann direkt aus der Verdrängung elektrisch geladener Teilchen oder indirekt aus der erzeugten Wärme gewonnen werden.
Differentialthermogeneratoren
Die Stromproduktion wird aus einer Temperaturdifferenz für den Seebeck-Effekt gewonnen. Dieses System kann mit jedem Temperaturgradienten arbeiten.
