Der Elektrogenerator
Der Elektrogenerator kann als ein mechanisches Gerät definiert werden, das Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Dies geschieht in Verbindung mit einem Magnetfeld und basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, was die Grundlage für die Erzeugung elektrischer Ströme bildet. Die Technologie der Elektrogeneratoren hat sich erheblich weiterentwickelt, insbesondere in der Erzeugung von Wechselstrom mit sehr hohen Spannungen. Der erzeugte Strom wird durch einen externen elektrischen Stromkreis geleitet. Elektrogeneratoren können verschiedene Energiespeisen nutzen, unter anderem Wechselstrommotoren, Dampfturbinen, die mit Turbinen betrieben werden, Wasserströme in Wasserkraftwerken (z. B. Windturbinen) oder Druckluft und andere Quellen.
Der umgekehrte Prozess, bei dem elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, erfolgt durch Elektromotoren. Elektromotoren können mechanisch angetrieben werden, um Strom zu erzeugen. Der Elektrogenerator, auch als „Dynamo“ bekannt, produziert Gleichstrom mithilfe eines Gleichrichters. Er wurde erstmals 1831 von dem englischen Wissenschaftler Michael Faraday erfunden.
Funktionsweise des Elektrogenerators
Beim Drehen der Spule (der Drahtkollektiv, das eine gewickelte Metallstruktur zur Erzeugung magnetischer Felder bildet) im Magnetfeld wird elektrische Energie (elektromagnetische Induktion) erzeugt. Durch die Rotation der Spule wird mechanische Energie genutzt. Ein Beispiel hierfür ist die Fahrradlampe, die durch die Drehung des Rades Strom erzeugt, um das Licht zu aktivieren. In Kraftwerken wird erneuerbare Energie wie Wind oder Wasser eingesetzt, indem Turbinen genutzt werden, die den Wasserfluss in Elektrizität umwandeln.
Dies bedeutet, dass die Drehbewegung des Rotors durch eine Welle erfolgt, die mit dem primären Antriebsmotor verbunden ist. Hierbei erzeugt der Rotor ein elektromagnetisches Feld, das zu den Wicklungen im Stator (dem stationären Teil) übertragen wird, der dieses elektromagnetische Feld aufnimmt und in elektrischen Strom umwandelt. Die Wicklungen sind auf drei Phasen verteilt, wobei der Winkel zwischen jeder Phase 120 Grad beträgt, gefolgt von einer Umwandlung in gleichmäßigen Wechselstrom (sinusförmige Wellen).
Bauteile des Elektrogenerators
Jeder Elektrogenerator besteht aus zwei Hauptkomponenten:
- Mechanische Teile: Dazu gehören ein fester Teil (stabil in der elektrischen Maschine) und der Rotor (der sich innerhalb der elektrischen Maschine dreht).
- Elektrische Teile: Diese bestehen aus:
- Tragrahmen: Dies ist der Teil, der elektrisch Energie in der Maschine erzeugt, wobei die Wicklungen elektrischen Strom erzeugen. Der Rahmen kann entweder am Rotor oder am Stator angebracht sein.
- Feldwicklungen: Dieser Abschnitt erzeugt das Magnetfeld in der elektrischen Maschine, indem er entweder mit einem Permanentmagneten am Rotor oder Stator im mechanischen Teil versehen ist.
Typen von Elektrogeneratoren
In Bezug auf die Funktionalität werden Generatoren in folgende Kategorien eingeteilt:
- Primärgenerator: Dieser Generator ist die Hauptquelle für die Stromversorgung im Netz.
- Backup-Generator: Dieser wird als Alternative eingesetzt, wenn der Primärgenerator ausfällt.