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Definition: eine Maschine zur Erzeugung von elektrischer Energie aus mechanischer Energie
Hätten Sie vielleicht eine schöne Fotografie von einem Generator, die Sie für das RP-Energie-Lexikon zur Verfügung stellen könnten?
Ein (elektrischer) Generator ist eine Maschine, welche elektrische Energie aus mechanischer Energie herstellen kann. Von der Bauart her ähneln die meisten Generatoren stark gewissen Elektromotoren, und viele Elektromaschinen sind in der Tat auch als Motor oder Generator einsetzbar.
Das physikalische Grundprinzip des Generators ist die elektrische Induktion: in einer elektrisch leitenden Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich der magnetische Fluss durch die Spule ändert. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Magnet gegen die Spulen bewegt wird. (Es können Magnete auf einem Rotor an feststehenden Spulen vorbeibewegt werden, oder auch die Spulen auf dem Rotor befestigt sein und die Magnete außen fest stehen.) Wenn der Spule dann auch elektrischer Strom entnommen wird, also vom Generator elektrische Energie erzeugt wird, entsteht eine Gegenkraft, die die Bewegung bremst. Je größer die entnommene elektrische Leistung, desto größer die nötige mechanische Antriebsleistung. Ein elektrisch unbelasteter Generator bremst die Antriebsquelle dagegen kaum.
Es gibt eine Vielzahl verschiedener Bauarten für Generatoren, die den jeweiligen Anwendungen angepasst sind. Je nach Bauweise erzeugt ein Generator Wechselstrom (unter Umständen auch Drehstrom) oder Gleichstrom. Gleichstrom erhält man, wenn die ursprünglich erzeugte Wechselspannung gleichgerichtet wird, was entweder intern durch einen Kommutator erfolgt (elektrische Kontakte, die die Anschlussrichtung der Rotorspule periodisch umkehren) oder durch einen externen Gleichrichter.
Manche Wechselstrom- und Drehstromgenerator arbeiten synchron, d. h. ihre Drehzahl ist durch die Frequenz des Stromnetzes, in das sie einspeisen, fest vorgegeben. Kleinere Generatoren arbeiten jedoch oft als Asynchrongeneratoren, bei denen es einen gewissen Drehzahlschlupf gibt: Sie drehen ein wenig schneller, vor allem bei Betrieb mit hoher Leistung. Dabei entsteht vor allem bei kleineren Generatoren ein gewisser Verlust an Energieeffizienz. Ein weiterer Nachteil des Asynchrongenerators ist ein gewisser Blindstrombedarf.
Kleine Generatoren (wie z. B. Fahrraddynamos) sind in der Regel permanent erregt, d. h. die verwendeten Magnete sind Permanentmagnete. Für sehr große Generatoren kommt praktisch nur die elektrische Erregung (Fremderregung) in Frage, d. h. man verwendet Elektromagnete. Ein Teil der erzeugten elektrischen Energie wird also zur Erregung verbraucht, aber dieser Teil kann recht klein sein, wenn die Spulen der Elektromagnete einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen.
Mittlerweile werden auch Generatoren mit Leistungen von mehreren Megawatt, wie sie insbesondere in Windenergieanlagen verwendet werden, mit permanenter Erregung ausgeführt. Dies wird möglich durch Verwendung von Hochleistungs-Neodymmagneten und ermöglicht sowohl eine kompakte Bauweise als auch den Betrieb mit sehr niedrigen Drehzahlen, so dass sogar auf ein Getriebe verzichtet werden kann. Leider ist aber die Gewinnung des Neodyms in Minen (zur Zeit weitgehend in China) ein sehr umweltbelastender Prozess, da das Erz viele unerwünschte andere Stoffe enthält, die teils sehr giftig und teilweise auch radioaktiv sind. Es ist allerdings zu beachten, dass die Bergbauaktivitäten zukünftig umweltschonender gestaltet werden könnten und dass am Ende der Lebensdauer eines solchen Generators die gesamte Menge des enthaltenen Neodyms wiederverwertet werden kann, da dieses Material ja nicht verbraucht wird.
Energieverluste entstehen in einem Generator hauptsächlich durch den elektrischen Widerstand der Spulen (ohmsche Verluste, Kupferverluste) und durch erzeugte unerwünschte Wirbelströme in Eisenkernen (Eisenverluste), zusätzlich auch durch mechanische Reibung und Luftwiderstand sowie bei größeren Generatoren durch den Energieaufwand für Kühleinrichtungen. Große stationäre Generatoren erzielen aber sehr hohe Wirkungsgrade von oft mehr als 98 %. Vor allem für Schiffsantriebe werden inzwischen Generatoren mit supraleitenden Spulen (aus Hochtemperatur-Supraleitern) entwickelt, die sehr effizient sind und kleiner gebaut werden können.
Es gibt auch elektrostatische Generatoren, die keine Magnetfelder verwenden. Diese werden jedoch nur sehr selten angewandt, da sie insbesondere nur für sehr geringe Leistungen geeignet sind.
Die wichtigsten Anwendungen elektrischer Generatoren sind:
Generatoren können je nach Bauart einen weiten Bereich von Anforderungen erfüllen:
Siehe auch: Elektromotor, elektrische Energie, mechanische Energie, Motor
Kategorien: elektrische Energie, Kraftmaschinen und Kraftwerke