Was ist das Arbeitsprinzip eines Generators?

Wie funktioniert der Generator?

Definition des Generators

Ein Generator ist eine Maschine, die elektromagnetische Induktion verwendet, um mechanische Energie in Wechselstrom zu verwandeln.

Funktionsprinzip

Der Generator arbeitet nach dem Prinzip von Faradays Gesetz, bei dem die Bewegung zwischen einem Leiter und einem Magnetfeld einen elektrischen Strom induziert.

Induktionsprozess

Angenommen, dieser einsträngige Kreislauf ABCD kann sich gegen die Achsen a-b drehen. Nehmen wir an, der Kreislauf beginnt im Uhrzeigersinn zu rotieren. Nach einer 90-Grad-Drehung: Eine Seite der Schleife AB oder der Leiter AB befindet sich vor dem S-Pol und der Leiter CD befindet sich vor dem N-Pol. In dieser Position ist die tangentielle Bewegung des Leiters AB gerade senkrecht zur Flusslinie vom N zum S-Pol. Daher ist die Flussabschneidungsrate des Leiters AB hier am größten, und für diese Flussabschneidung wird der Leiter AB einen induzierten Strom erzeugen, dessen Richtung mit der Rechten-Hand-Regel von Fleming bestimmt werden kann. Laut dieser Regel verläuft die Stromrichtung von A nach B. Gleichzeitig befindet sich der Leiter CD unter dem N-Pol, und hier würde die Anwendung der Rechten-Hand-Regel von Fleming zeigen, dass die Richtung des induzierten Stroms von C nach D geht.

Nach einer weiteren 90-Grad-Drehung im Uhrzeigersinn erreicht der Ring ABCD eine vertikale Position. Hier sind die Bewegungen der Leiter AB und CD parallel zu den Flusslinien ausgerichtet, sodass der magnetische Fluss nicht abgeschnitten wird und daher kein Strom erzeugt wird.

Wechselstrom

Nach einer weiteren 90-Grad-Drehung im Uhrzeigersinn kehrt der Ring wieder in die horizontale Position zurück, wobei der Leiter AB unter dem N-Pol und CD unter dem S-Pol liegt. Wenn wir hier die Rechte-Hand-Regel von Fleming erneut anwenden, sehen wir, dass der induzierte Strom im Leiter AB von Punkt B nach A fließt und der induzierte Strom im Leiter CD von D nach C fließt.

Während der Ring von der vertikalen in die horizontale Position wechselt, steigt der Strom im Leiter von Null auf das Maximum. Der Strom fließt von B nach A, A nach D, D nach C, C nach B, von A nach B, B nach C, C nach D und D nach A in einem geschlossenen Kreis. Wenn der Ring wieder die vertikale Position erreicht, fällt der Strom auf Null. Bei fortgesetzter Rotation ändert sich die Stromrichtung. Jede volle Umdrehung führt dazu, dass der Strom ein Maximum erreicht, auf Null fällt, in die entgegengesetzte Richtung ein Maximum erreicht und dann wieder auf Null fällt, was einen Sinuswellenzug pro 360 Grad Rotation vollendet. Der Prozess zeigt, wie Wechselstrom durch die Drehung eines Leiters in einem Magnetfeld erzeugt werden kann.

Praktische Konfiguration

Moderne Generatoren haben in der Regel feste Ständerwicklungen und rotierende Magnetfelder, die die Effizienz der Erzeugung von Dreiphasenwechselstrom für einen breiten Bereich der Energieverteilung erhöhen.