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Generator

 

[lateinisch »Erzeuger«] der, -s/...'toren,  

 1) elektrischer Energietechnik: eine elektrische Maschine, in der mithilfe der elektromagnetischen Induktion mechanische in elektrische Energie umgewandelt wird, die als ein- oder mehrphasige Wechselspannung oder - durch besondere Vorrichtungen gleichgerichtet - als Gleichspannung an den Maschinenklemmen ansteht und als einphasiger Wechselstrom (bei einfachen Wechselstromgeneratoren wie dem Fahrraddynamo), als dreiphasiger Wechselstrom oder Drehstrom (bei Drehstromgenerator) oder als Gleichstrom (bei Gleichstromgenerator) in einen Stromkreis, v. a. in das öffentliche Stromnetz, eingespeist wird.

 

Beim Gleichstromgenerator rotiert die Läuferwicklung in einem fest stehenden Erregerfeld (Außenpolmaschine), wobei in ihr zunächst eine Wechselspannung induziert wird. Diese wird z. B. durch einen Kommutator gleichgerichtet, sodass an den Bürsten eine (pulsierende) Gleichspannung abgenommen und dem Gleichstromnetz zugeführt werden kann. Wird der Gleichstromgenerator mit konstanter Drehzahl betrieben, ist die induzierte Spannung dem magnetischen Fluss proportional. Bei Fremd- und Nebenschlusserregung (Erregung) ist, wenn kein Regler eingreift, der magnetische Fluss und damit auch die induzierte Spannung konstant und von der Belastung fast unabhängig, vorausgesetzt, der Generator besitzt eine Kompensationswicklung. Mit wachsendem Belastungsstrom, der in den ohmschen Widerständen des Ankerkreises einen Spannungsabfall hervorruft, nimmt die Klemmenspannung leicht ab. Bei Compounderregung kann dieser Spannungsabfall durch eine dem Belastungsstrom proportionale Vergrößerung des magnetischen Flusses ausgeglichen oder durch Schwächung des magnetischen Flusses verstärkt werden. Reihenschlusserregung hat aufgrund ihrer stark lastabhängigen Spannung kaum Bedeutung.

 

Die häufigste Bauform der Wechselstromgeneratoren sind die Drehstrom-Synchron-Generatoren, die zur Speisung elektrischer Energieversorgungsnetze (Europa 50 Hz, USA 60 Hz) verwendet werden. Sie werden meist als Innenpolmaschinen ausgeführt, bei denen der erregte und angetriebene Läufer ein umlaufendes Drehfeld erzeugt, das in den Ständerwicklungen eine dreiphasige Wechselspannung induziert. Ihre konstruktive Gestaltung hängt von der Art und der Drehzahl der Antriebsmaschine ab. Wasserkraftgeneratoren, von Wasserturbinen angetriebene Generatoren, werden für Läuferdrehzahlen gebaut, die je nach Bauart und Größe der Wasserturbinen und der Fallhöhe des Wassers 60-1 500 r/min (r von lateinisch revolutio »Umdrehung«) bei 50 Hz und bis 1 800 r/min bei 60 Hz betragen. Sie besitzen zur Reduzierung der Fliehkräfte ausgeprägte Pole (Einzelpol- oder Schenkelbauart). Je niedriger die Drehzahl, desto größer ist die erforderliche Polzahl. Langsam laufende Wasserkraftgeneratoren werden überwiegend mit vertikaler Welle gebaut, schnell laufende dagegen mit horizontaler Welle. Dieselgeneratoren werden von einem Dieselmotor mit Drehzahlen im Bereich von 100-1 500 r/min bei 50 Hz angetrieben. Sie werden mit horizontaler Welle gebaut und erhalten ein Schwungrad zum Ausgleich der Drehzahlschwankungen von Kolbenmaschinen. Turbogeneratoren werden von Dampf- oder Gasturbinen angetrieben; sie werden meist zweipolig mit 3 000 r/min bei 50 Hz in Europa und mit 3 600 r/min (60 Hz) in den USA gebaut; für Kernkraftwerke werden sie auch vierpolig mit 1 500 r/min (bei 60 Hz mit 1 800 r/min) ausgeführt. Sie besitzen keine ausgeprägten Pole. Der Läufer ist ein lang gestreckter, geschmiedeter Stahlzylinder, dessen Durchmesser durch die Fliehkraft begrenzt wird (Vollpolläufer). Die Erregerwicklung liegt in Nuten am Umfang verteilt, die durch Keile aus Bronze oder Aluminiumlegierung verschlossen sind. Die Wickelköpfe der Erregerwicklung werden durch Stahlkappen gehalten. Bei Leiterinnenkühlung mit Gas oder Flüssigkeit in der Ständer- und der Läuferwicklung können Leistungen von 1 500 MW bei Generatorspannungen bis etwa 27 kV erreicht werden. Zur Verbesserung der Verlustabfuhr bei gleichzeitiger Verringerung der Reibungsverluste wird das Gehäuse großer Turbogeneratoren mit Wasserstoff - statt mit Luft - gefüllt.

 

Einphasige Synchrongeneratoren sind Sonderausführungen zur Speisung von Wechselstrom-Vollbahnen, die in Deutschland mit 16²/₃ Hz betrieben werden. Bei zweipoligen Synchrongeneratoren für 16²/₃ Hz beträgt die Drehzahl 1 000 r/minimal. Diese Maschinen werden als Turbogeneratoren gebaut. Vier- und mehrpolige Generatoren erhalten ausgeprägte Pole. Zur Dämpfung des vom einphasigen Betrieb herrührenden gegenläufigen Drehfeldes erhält das Polrad eine kräftige Dämpferwicklung. Die Ständer dieser Generatoren werden meist gefedert aufgestellt, um das mit doppelter Netzfrequenz pulsierende Drehmoment wenigstens teilweise vom Fundament fern zu halten. - Andere Sonderausführungen sind die Mittelfrequenzgeneratoren, die für Frequenzen bis 25 kHz gebaut werden können.

 

Da die Wirkungsweise eines Generators im Prinzip die Umkehrung der Wirkungsweise eines Elektromotors darstellt, lässt sich jeder Elektromotor auch als Generator betreiben. (magnetohydrodynamischer Generator)

 

Geschichte:

 

Unmittelbar nach M. Faradays Entdeckung der elektromagnetischen Induktion (1831) baute 1832 H. Pixii, der Mechaniker A. M. Ampères, die erste umlaufende Induktionsmaschine, die mit einem Stahlmagneten ausgerüstet war und von Hand betrieben wurde. Die Erfindung der Galvanoplastik durch M. H. von Jacobi (1839) weckte das Bedürfnis nach großen elektrischen Maschinen. 1844 konstruierte der Chemiker J. S. Woolrich einen mit acht hufeisenförmigen Magneten versehenen, dampfgetriebenen Stromerzeuger. 1845 fanden erstmals fremderregte Magnete Verwendung. 1856 entwickelte W. von Siemens den Doppel-T-Anker; 1866 machte er sich beim selbsterregten Gleichstromgenerator das dynamoelektrische Prinzip zunutze. Lieferte der Doppel-T-Anker nur intermittierenden Gleichstrom, so ermöglichte der 1869 von Zum Teil Gramme erfundene Ringanker die Erzeugung von kontinuierlichem Gleichstrom. 1872 wurde der noch heute verwendete Trommelanker von F. von Hefner-Alteneck entwickelt. Im Jahre 1881 koppelte W. von Siemens eine Dampfmaschine direkt an eine Dynamomaschine, und im folgenden Jahr nahm T. A. Edison in New York das erste öffentliche Kraftwerk in Betrieb.

 

 2) Elektronik: Gerät oder Schaltung zur Erzeugung von Wechselspannungen; besteht im Prinzip aus einem Verstärker(element) mit Rückkopplung zwischen Aus- und Eingang. Nach der Kurvenform der erzeugten Spannung lassen sich Sinusgenerator (auch häufig als Oszillator bezeichnet), Rechteck-, Sägezahn-, Dreieck- und Impulsgenerator unterscheiden. Generatoren werden in vielen Bereichen der Elektronik (besonders in der Mess-, Sende-, Empfangs-, Computertechnik) eingesetzt, z. B. als Funktions-, Phasenschieber-, Quarz-, Rausch-, Ton- und Zufallsgenerator.

 

 3) Energie- und Verfahrenstechnik: Gasgenerator.

 

 4) Kraftfahrzeugtechnik: die Lichtmaschine.