Ein elektrischer Generator (zu lateinisch generare ?hervorholen‘, ?erzeugen‘) ist eine elektrische Maschine , die Bewegungsenergie in elektrische Energie wandelt. Der Generator ist das Gegenstuck zum Elektromotor , der elektrische Energie in Bewegungsenergie wandelt. Er beruht auf dem von Michael Faraday 1831 entdeckten Prinzip der elektromagnetischen Induktion .

Bei allen Generatoren, die mittels elektromagnetischer Induktion arbeiten, ist das Prinzip, mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln, gleich. Die mechanische Leistung ( Rotationsenergie ) wird dem Generator in Form der Drehung einer mechanischen Welle zugefuhrt. Die Umwandlung beruht auf der Lorentzkraft , die auf bewegte elektrische Ladungen in einem Magnetfeld wirkt. Bewegt sich ein Leiter quer (senkrecht) zum Magnetfeld , wirkt die Lorentzkraft auf die Ladungen im Leiter in Richtung dieses Leiters und setzt sie so in Bewegung. Diese Ladungsverschiebung bewirkt eine Potentialdifferenz und erzeugt eine elektrische Spannung zwischen den Enden des Leiters. In der nebenstehenden Animation ist ausschließlich die Verschiebung des Leiters (oder der zwei relevanten Spulenabschnitte) quer senkrecht zum Magnetfeld relevant. Das wird anhand der roten Flache veranschaulicht. Je großer die Flachenanderung pro Zeitanderung (durchlaufene Strecke des Leiters) ist, desto hoher ist die Spannung. Um die Spannung zu erhohen, werden mehrere in Form einer Spule in Reihe geschaltete Leiter verwendet.

Diese Wirkungsweise ist von derjenigen elektrostatischer Generatoren zu unterscheiden, in denen die Trennung elektrischer Ladungen durch das elektrische und nicht durch das magnetische Feld vorgenommen wird.

Im Inneren des Generators wird der Rotor (auch Laufer genannt) gegenuber dem feststehenden Stator -Gehause (auch Stander genannt) gedreht. Durch das vom Rotor mit einem Dauermagneten oder einem Elektromagneten ( Feldspule oder Erregerwicklung genannt) erzeugte, umlaufende magnetische Gleichfeld wird in den Leitern oder Leiterwicklungen des Stators durch die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert.

Bei Gleichstromgeneratoren wird der Strom im Rotor (Laufer) induziert, die Feldspule oder der Dauermagnet ist außen. Der generierte Strom wird mit einem Kommutator gleichgerichtet.

Die erzeugte elektrische Leistung ist gleich der mechanischen Leistung abzuglich der auftretenden Verluste. Daraus folgt die Leistungsgleichung eines elektrischen Generators:

${\displaystyle P_{\mathrm {el} }=P_{\mathrm {mech} }-P_{\mathrm {v} }}$

${\displaystyle P_{\mathrm {el} }}$ ist die erzeugte elektrische Leistung, ${\displaystyle P_{\mathrm {mech} }}$ ist die zugefuhrte mechanische Leistung, ${\displaystyle P_{\mathrm {v} }}$ ist die Verlustleistung infolge von mechanischer Reibung, Kupferverlusten und Eisenverlusten .

Die entnommene Spannung kann uber die Starke des Erregerfelds gesteuert werden, wenn dieses durch einen Elektromagneten (elektrische Erregung, Fremderregung) erzeugt wird. Diese Steuerungsmethode wird nicht nur in Kraftwerken, sondern z. B. auch in Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen angewendet (Lichtmaschinenregler).

Ein Generator besteht hauptsachlich aus zwei Teilen: einem festen Teil (Stator) und einem beweglichen Teil (Rotor). Auf der Antriebswelle des Rotors ist ein Magnet befestigt, der sich durch von außen zugefuhrte mechanische Energie dreht. Im Stator sind mehrere Spulen mit einem Eisenkern befestigt.

oder

Um im Wechselstrom- oder Drehstrom-Synchrongenerator eine sinusformige Spannung zu erzeugen, muss der Rotor ein moglichst homogenes Magnetfeld erzeugen. Die Anzahl der Pole (mindestens zwei bzw. weitere geradzahlige Anzahlen sind moglich) entscheidet uber die Frequenz der abgegebenen Spannung bei gegebener Drehzahl.

Asynchrongeneratoren sind ebenso wie Asynchronmotoren aufgebaut. Sie besitzen weder eine Feldspule noch Schleifringe, sondern einen Kurzschlusslaufer . Das mit diesem umlaufende Magnetfeld wird durch den Strom in den Generatorwicklungen erzeugt. Asynchrongeneratoren konnen daher nur dann Strom liefern, wenn sie an eine Wechselspannung angeschlossen sind oder bereits Strom erzeugen. Bei Inselbetrieb sind sie dafur mit Kondensatoren belastet und besitzen zum Start oft einen kleinen Dauermagneten im Rotor. Oft reicht jedoch die Restmagnetisierung aus.

Hinweise:
Der Vorteil der Synchrongeneratoren gegenuber Asynchrongeneratoren besteht darin, dass sie (je nach Anforderung des Stromnetzes) sowohl Wirkleistung als auch Blindleistung (im Leistungsfaktor-Bereich cos phi von 0,8 induktiv bis 0,9 kapazitiv) erzeugen konnen. Daruber hinaus konnen sie fur den Phasenschieberbetrieb genutzt werden, in dem ausschließlich Blindleistung erzeugt wird.

Fur kleinere Leistungen findet man Synchrongeneratoren auch in Uhren und als Lichtmaschine bei den Kraftfahrzeugen.

Asynchrongeneratoren haben als Generator in Großkraftwerken (ab ca. 0,1 MW) keine Bedeutung. Sie werden fur Dieselgeneratoren, Kleinwasserkraftwerke und Windkraftanlagen (weltweit 90?%) eingesetzt. Sie stellen prinzipiell eine induktive Blindlast dar. ^[1]

Gleichstromgeneratoren benotigen einen Kommutator (Stromwender) zur Abnahme und Gleichrichtung der im Laufer generierten Spannung. Da bei ihnen die gesamte erzeugte elektrische Leistung uber den Kommutator ubertragen werden muss, sind sie heute nicht mehr gebrauchlich.

Ein Lineargenerator ist eine Bauform von Generator, der eine geradlinige, nicht an einer Drehachse anfallende Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Es gibt verschiedenartige Bauformen von Lineargeneratoren.

Eine spezielle Bauform fur kleine Leistungen ist der Induktions - oder Schuttel-Generator , welcher in einer sehr einfachen Bauart ahnlich wie ein Verbrennungsmotor, der Stelzer-Motor , realisiert werden kann. Auf beiden Seiten befindet sich je eine Spule in die durch die Bewegung ein Magnet eintaucht. Die Frequenz der erzeugten Wechselspannung ist abhangig von der mechanischen Schwingung und schwankt lastabhangig.

Ein spezielles Anwendungsbeispiel fur diese Technik sind die Schuttel-Taschenlampen . Durch die Schuttelbewegung bewegt sich ein starker Neodym -Magnet durch eine Spule. Die erzeugte Leistung ist ausreichend, um einen Doppelschicht-Kondensator , mit einer Kapazitat von 1 bis 2  F und bei einer Spannung von 3 bis 4  V , zu laden, der dann LED-Leuchtmittel mit elektrischer Energie versorgen kann. Ein weiteres Anwendungsbeispiel fur diese Bauform sind mobile Ladegerate, um damit kleinere Akkumulatoren in den Bauformen wie dem AA- oder AAA-Format zu laden. ^[2]

• 
  Drehzahl­re­gu­la­tor an ei­nem dampf­ma­schi­nen­be­trie­benen Ge­ne­ra­tor (um 1900)
• 
  Dampfmaschi­nen­ge­trie­be­ner , 56-po­li­ger Ge­ne­ra­tor mit sechs­po­li­ger Er­re­ger­ma­schi­ne (Bj. 1910; 650?kW)
• 
  Generator im Kraftwerk Schwarze Pumpe (Bj. 1995; 1000?MVA)
• 
  Turbogene­ra­tor mit Dampf­tu­rbi­ne in ei­nem Kern­kraft­werk

Den ersten bekannt gewordenen Wechselstromerzeuger baute Hippolyte Pixii auf Anregung von Ampere , das Modell (siehe Galerie) wurde 1832 aus zwei Spulen gefertigt, unter denen ein Hufeisenmagnet kreist. Der Strom wird noch in der Maschine durch einen Kommutator gleichgerichtet. Im selben Jahr wurde von Michael Faraday eine Unipolarmaschine gebaut, die bei Rotation des zylindrischen Permanentmagneten auf der Drehachse durch Unipolarinduktion einen Gleichstrom erzeugt. Ebenfalls im Jahr 1832 wurde von Salvatore Dal Negro ein schwingender Apparat zur Erzeugung konstruiert; weitere nichtrotierende Stromerzeuger wurden von Carl Friedrich Gauß und anderen gebaut.

Der Wechselstromgenerator der Gesellschaft Alliance (siehe Galerie) nach einer Anregung von Floris Nollet (Brussel) aus dem Jahr 1849 war der erste Generator, der in der Industrie nennenswerten Einsatz fand. Der gedachte Einsatzzweck der Maschinen war es, Wasser elektrochemisch zu zerlegen, um Leuchtgas fur die Beleuchtung zu gewinnen. Tatsachlich dienten die meisten Maschinen jedoch ohne Kommutator in englischen und franzosischen Leuchtturmen zum Betrieb von Bogenlampen . Die letzten wurden erst in der Wende zum 20. Jahrhundert außer Betrieb genommen.

Als Erfinder des Generators ohne Permanentmagnete wird bevorzugt Werner von Siemens genannt, der 1866 das dynamoelektrische Prinzip entdeckte, eine erste Dynamomaschine damit ausstattete und auch den Namen pragte, der spater zu Dynamo verkurzt wurde (von altgriechisch δ?ναμι? dynamis ?Kraft, Fahigkeit, Vermogen“). Bereits vor Siemens hatten jedoch Anyos Jedlik 1851 und Søren Hjorth 1854 mit dem von der Maschine selbst erzeugten Strom die Feldmagnete gespeist und das beschrieben. Zeitgleich mit Siemens entdeckten und publizierten zudem auch Samuel Alfred Varley und Charles Wheatstone dieses Prinzip, wobei sich die Variante von Wheatstone als die spater großtechnisch bedeutendere erwies. ^[3] 1878 installierte etwa Schuckert & Co. die Bogenlampen in der Venusgrotte von Schloss Linderhof; durch die 24 von einer Dampfmaschine angetriebenen Generatoren ^[4] entstand das erste fest installierte Kraftwerk der Welt ^[5] und zugleich das erste Warmekraftwerk.

Im Rahmen der Frankfurter internationalen Elektrotechnischen Ausstellung wurden 1891 Wechselstrommaschinen vorgefuhrt, die speziell zur Erzeugung von Mehrphasenwechselstrom gebaut wurden. Den ersten dieser Generatoren hatte bereits Friedrich August Haselwander im Jahre 1887 gebaut. Dieser lieferte bereits Dreiphasenwechselstrom . Der Amerikaner Charles Bradley erwarb schon Anfang 1897 ein Patent fur einen Zweiphasenwechselstromgenerator . Weiterhin wurde eine Wechselstrommaschine der Firma Schuckert und ein Generator von Brown, Boveri & Cie. (siehe Galerie) vorgestellt. Das erste Zweiphasen-Kraftwerk der k.u.k.-Monarchie wurde von Franz Pichler gebaut und ging 1892 in der Raabklamm bei Weiz in der Steiermark in Betrieb. Dieser Generator wurde nach einigen Jahren fur Drehstrom umgewickelt und war bis 1971 in Betrieb.

In der Folgezeit wurden zahlreiche Kraftwerke gebaut, die ihre Energie teils aus Wasserkraft , teils aus Dampf bezogen. Im/am Niagara ging 1895 das erste Großkraftwerk der Welt ans Netz, und bereits 1898 folgen die Kraftubertragungswerke Rheinfelden in Europa als Flusskraftwerk. Ein Dampfkraftwerk brachte das Elektrizitatswerk Budapest bereits 1895 ans Netz.

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  Erste be­kannt ge­wor­de­ne mag­ne­to-elek­tri­sche Wech­sel­strom­ma­schi­ne, ge­baut 1832 von Hippolyte Pixii
• 
  Wechselstrom­ge­ne­ra­tor der Ge­sell­schaft Al­lian­ce nach einer An­re­gung von Flo­ris Nol­let (Brussel) aus dem Jahr 1849
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  Zeichnung eines Dreh­strom­ge­ne­ra­tors aus dem Jahr 1891 nach Charles Eugene Lancelot Brown ( Brown, Boveri & Cie. )
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  Zeitgenos­si­scher Holz­stich des Ge­ne­ra­tor­raums im er­sten Dreh­strom­kraf­twerk in Lauffen am Neckar , das fur die Elek­tro­tech­nis­che Aus­stel­lung in Fran­kfurt am 12. Sep­tem­ber 1891 einen kunst­li­chen Was­ser­fall und tau­send Gluh­lam­pen ver­sorg­te. Die­se Ent­wick­lung von C.?E. Brown wur­de noch von der Maschinenfabrik Oerlikon herge­stellt.
• 
  Dampfmaschi­nen­be­trie­be­ner Zwei­pha­sen­strom­ge­ne­ra­tor mit Ring­anker fur das Elek­tri­zi­tats­werk Bu­da­pest 1895

• Außenpolgenerator
• Innenpolgenerator
• Hauptschlussgenerator (Reihenschlussgenerator)
• Nebenschlussgenerator
• Doppelschlussgenerator (Compoundgenerator)
• Fahrraddynamo
• Van-de-Graaff-Generator
• Kaskadenmaschine
• Unipolarmaschine
• Elektromotor
• Magnetohydrodynamischer Generator

• Ansgar Christ: Motoren, Generatoren, Transformatoren: Arbeitsheft . Stam, Koln 1999, ISBN 3-8237-3414-8
• Gunter Franz: Rotierende elektrische Maschinen: Generatoren, Motoren, Umformer . 8. Auflage, Verlag Technik, Berlin 1990, ISBN 3-341-00143-3
• Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Ubertragung und Verteilung elektrischer Energie fur Studium und Praxis . 9. Auflage, Springer Vieweg, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-8348-1699-3
• Reinhard Mayer: Generatoren und Starter . Robert Bosch, Stuttgart 2002, ISBN 3-7782-2028-4
• Friedrich Niethammer : Ein- und Mehrphasen-Wechselstrom-Erzeuger . Hirzel, Leipzig 1906, 460 Seiten (748 Abbildungen)

Commons : Elektrische Generatoren  ? Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Generator  ? Bedeutungserklarungen, Wortherkunft, Synonyme, Ubersetzungen

• Animiertes Modell zum Prinzip des Generators , www.walter-fendt.de
• Kurze Ubersicht am Ende des Dokuments (Geschichte ? Arten ? Induktionsgesetz), www.hellfirez.de

1. ↑ http://antriebstechnik.fh-stralsund.de/1024x768/Dokumentenframe/Kompendium/Antriebstechnik/S_Info_Drehstromgeneratoren.htm
2. ↑ Schuttelakku: AA- und AAA-Akku schuttelnd aufladen ? Artikel bei Golem.de , vom 19.?Juli 2010
3. ↑ Friedrich Heilbronner: Die Dynamomaschine von Werner Siemens . In: Meisterwerke aus dem Deutschen Museum . Band   III . Deutsches Museum, Munchen 2000, ISBN 3-924183-79-1 , S.   24?27 ( deutsches-museum.de ( Memento vom 22. April 2021 im Internet Archive ) Vorlage:Webarchiv/Wartung/Linktext_fehlt Linktext fehlt. [abgerufen am 22. Marz 2024]).  
4. ↑ David Gugerli: Redestrome. Zur Elektrifizierung der Schweiz. 1880?1914. Chronos, Zurich 1996, ISBN 3-905311-91-7 (Zugleich: Zurich, Universitat, Habilitations-Schrift, 1994/1995).
5. ↑ Siemens erinnert auf Schloss Linderhof an Pioniere des ersten Stromzeitalters. Siemens , 25. Mai 2011, abgerufen am 27. April 2022 .