Generator

Ein Generator ist ein Gerät, mit dessen Hilfe sich mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln lässt. Generatoren gibt es in verschiedenen Bauarten und Größen, um dem jeweiligen Einsatzzweck gerecht zu werden. Dabei sind elektrische Leistungen von wenigen Watt bis hin zu Hunderten von Megawatt im Bereich des Möglichen. Vor allem große Generatoren können einen Wirkungsgrad von mehr als 98 % erzielen.

Wie funktioniert ein Generator?

Das Funktionsprinzip eines Generators basiert auf der elektrischen Induktion: In einer elektrisch leitenden Spule wird Spannung induziert, sobald sich der magnetische Fluss ändert. Um diese Änderung zu erreichen, wird im Generator ein Magnet gegen die Spule bewegt. Wenn der Spule Energie entnommen wird, entsteht eine Gegenkraft. Diese wird umso stärker, je mehr Energie entnommen wird. Die benötigte mechanische Antriebsleistung muss also mit dem Energiebedarf ansteigen.

Welche Bauarten von Generatoren gibt es?

Bedingt durch die große Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten gibt es auch eine große Anzahl an verschiedenen Bauarten von Generatoren, die entweder Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom erzeugen können. Bei einem Drehgenerator befinden sich z.B. die Magnete auf einem Rotor, der wiederum auf einer Antriebsachse sitzt. Die Induktionsspulen, in denen die Spannung entsteht, sind kreisförmig um das sich drehende Element angeordnet. Auch eine umgekehrte Anordnung mit rotierenden Spulen und feststehenden Magneten ist möglich.

Im Inneren eines solchen Generators findet also eine Rotation statt. Dabei hat die Drehzahl einen Einfluss auf die Netzfrequenz. Dies ist von Bedeutung, da viele Generatoren, vor allem Hochleistungsgeneratoren, synchron arbeiten – d. h., sie arbeiten angepasst an die Frequenz des Stromnetzes. Asynchrongeneratoren weisen schlechtere Werte im Hinblick auf die Energieeffizienz aus, da sie einen gewissen Anteil an Blindstrom erzeugen, der ungenutzt verloren geht. Dafür gelten sie als deutlich robuster und sind einfacher bzw. günstiger in der Herstellung.

Generatoren, die Gleichstrom erzeugen, können prinzipiell ebenso aufgebaut sein und funktionieren dann zusätzlich mithilfe eines internen Kommutators. Dabei handelt es sich um elektrische Kontakte, welche die Anschlussrichtung der Rotorspule periodisch umkehren. Stattdessen kann zur Erzeugung von Gleichstrom aus Wechselspannung aber auch ein externer Gleichrichter verwendet werden.

Welche Beispiele gibt es für den Einsatz von Generatoren?

Ein typisches Alltagsbeispiel für einen Generator ist der Fahrraddynamo, mit dem die Bewegungsenergie des Rades in elektrische Energie umgewandelt wird. Generatoren kommen aber auch in einer Vielzahl an Kraftwerken zum Einsatz. Zu finden sind sie z.B. in Wärmekraftwerken, Windkraftanlagen und Wasserkraftwerken. In Pumpspeicherkraftwerken wird die Kraft des herabfließenden Wassers in elektrische Energie umgewandelt.