Wechselstromtechnik Teil 7: Stromerzeugung durch Generator Teil 2: Prinzip des Generators

Prinzip des Generators:

Wir wollen uns nur erst einmal das Prinzip klar machen.

Ein Generator ist das Gegenstück zum Elektromotor: Er erzeugt durch Bewegung Strom, besser eine Spannung. Ein Elektromotor setzt ja Strom in Bewegung um.
Dazu brauchen wir ein äußeres Magnetfeld und eine sich drehende Spule (damit wir immer wieder eine Spannung bekommen).

aus leifi

 Hinweise zu den Pfeilen:
Wir lernen kennen: Generator, Transformator (letzte Unterrichtseinheit vor den Ferien)
Das Wort Kondensator hier hat eine andere Bedeutung. Sie hängt mit kondensieren  zusammen...
In einem Kondensator in einem Kraftwerk werden keine Ladungen gespeichert, der Dampf kondensiert durch Abkühlung wieder zu Wasser (im Englischen haben sie zwei Worte: condensor, capacitor)

br telekolleg

Dann müssen wir die Spule antreiben: durch einen Fluss wie bei einer Mühle, durch vom Berg strömendes Wasser, durch heißen Dampf, der in einem Kraftwerk erzeugt wird.
Die Turbine erzeugt die Drehbewegung, die wird auf die Spule übertragen und die dreht sich dann in einem Magnetfeld.
An den Zuleitungen der Spule kann man dann eine Spannung abgreifen.

Warum diese cosinus-förmig ist, klären wir im Matheteil.

Um die Entstehung der Spannung zu verstehen, müsst ihr folgendes  wissen:

Eine Spannung wird in einer Leiterschleife (Spule) induziert, wenn sich der magnetische Fluß durch die Querschnittsfläche der Leiterschleife ändert (Induktionsgesetz).

Das Magnetfeld ist hier konstant, also liegt Induktion durch Flächenänderung vor.

Uind = - n *B*dA/dt

Ihr könnt jetzt auf zwei Arten erklären:

1) Auf jeden Leiterteil wirkt meistens (in einer bestimmten Bewegungsphase nicht! Welche?) eine Lorentzkraft. In zwei gegenüberliegenden Leiterteilen treibt diese dann Elektronen durch den Leiter.
>>> kommt im nächsten Post

2) Der senkrecht zum Magnetfeld liegende Flächenanteil verändert sich laufend während der Drehung. Das ist hier in der Animation die rote Fläche. Da sich diese Fläche ändert, ändert sich auch der magnetische Fluß und somit wird eine Spannung induziert.

Diese Spannung wird an zwei Schleifringen abgegriffen und bringt eine Lampe zum Leuchten.

Beobachtungsauftrag:

In welcher Drehphase ist die Lampe besonders hell, also die Induktionsspannung besonders hoch?
In welcher Drehphase ist die Lampe dunkel, also die induzierte Spannung in diesmemMoment 0?

Das werden die Maxima bzw. Nulldurchgänge der cos-Kurve.

Wenn die Spule genau senkrecht mit ihrer Fläche zum Magnetfeld steht, ändert sich die Fläche einen kurzen Moment nicht, die induzierte Spannung ist in diesem Moment 0 (die Lampe aus).

Laufen die Feldlinien genau parallel zur Fläche, ist die Flächenänderung am stärksten: Die Fläche kippt sozusagen von einer Orientierung in eine andere, relativ zu den Feldlinien gesehen. Die induzierte Spannung ist in diesem Moment maximal, die Lampe am hellsten.

Da  macht euch an der Animation klar! Achtet auch auf die kleinen Pfeile im Leiter.

aus wikipedia

kids und science

In der zweiten Animation sind nun die beiden Schleifringe durch einen Kommutator ersetzt. Die Polung der abgegriffenen Spannung ändert sich nicht, man erhält eine pulsierende Gleichspannung.

aus wikipedia

sps Lehrgang

Unterschied Generator - Dynamo

Physikalisch kein Unterschied, bei einem Dynamo dreht sich in der Regel ein Magnet in einer

festen Spule (Fahrraddynamo).

aus leifi

Hinweis:
Auch Generatoren werden eigentlich mit zwei Spulen betrieben. Die Spannung schauckelt sich dann durch Restmagnetfelder auf, ein Teil der erzeugten Spannung wird immer benutzt um das Statormagnetfeld zu erzeugen.
Das spielt hier aber für uns keine Rolle.

Erinnerung:
Ihr alle habt schon mal an einem Handgenerator gedreht, als wir die Lenzsche Regel und Selbstinduktion besprochen haben...

To do Liste:
Mathematik: Formel herleiten für U(t) >>> abiturrelevant
Erklärung durch Lorentzkraft >>> abiturrelevant, Wdh.
Drehstromgenerator >>> Lebensbezug
Transformator >> wichtig für Schwingkreisrückkopplung und Lebensbezug

Dann haben wir den geplanten Stoff vor den Osterferien geschafft. Ich schaff das bis Samstag, aber nicht eher...
An dem Post hier habe ich 1,5 Stunden gesessen...