Ein Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Das zentrale Prinzip, das in einem Generator wirkt, ist das Faraday’sche Induktionsgesetz. Es besagt, dass in einem Leiter eine elektrische Spannung erzeugt wird, wenn sich das umgebende Magnetfeld ändert. Diese Spannung entsteht entweder, wenn ein Magnet oder ein magnetisches Feld an einer stationären Spule vorbeigeführt, oder eine Spule in einem stationären Magnetfeld bewegt wird. Dies kann genutzt werden, um elektrischen Strom zu erzeugen, sobald ein geschlossener Stromkreis vorhanden ist.
Aufbau
Ein typischer Generator besteht aus zwei wesentlichen Komponenten, nämlich einem Rotor und einem Stator. Der Rotor ist der drehende Teil des Generators, der entweder Permanentmagnete oder Elektromagnete enthält. Wenn er durch z.B. Wasser in Bewegung gesetzt wird, ändert sich das von ihm erzeugte Magnetfeld kontinuierlich. Währenddessen ist der Stator der feststehende Teil des Generators. Er enthält meist mehrere Drahtspulen, welche so angeordnet sind, dass sie das vom Rotor erzeugte Magnetfeld optimal aufnehmen können. Durch die Bewegung des Rotors ändert sich der durch die Spulen des Stators verlaufende magnetische Fluss, was gemäß Faradays Gesetz zu einer induzierten Spannung führt.
Technischer Ablauf im Generator
Wenn nun also Strom erzeugt werden soll, läuft das folgendermaßen ab: Der Generator wird, beispielsweise durch eine Turbine in einem Wasserkraftwerk, in Rotation versetzt. Der Rotor beginnt sich zu drehen und erzeugt somit ein Magnetfeld. Diese Drehung bewirkt, dass sich der magnetische Fluss, der durch die Spulen des Stators verläuft, kontinuierlich ändert. Diese Änderung ist essenziell, denn es ist gerade dieser fließende Wechsel im Magnetfeld, der die Elektronen in den Leitern in Bewegung setzt. Die dadurch veränderte magnetische Flussdichte bewirkt, dass in den Spulen des Stators eine elektrische Spannung entsteht. Die Höhe der Spannung hängt von der Geschwindigkeit der Rotation und von der Anzahl der Windungen in den Spulen ab. Wird nun dieser erzeugten Spannung ein geschlossener Stromkreis entgegengeschlossen, beginnen die Elektronen zu fließen. So entsteht elektrischer Strom.
Haupttypen
Grundsätzlich wird zwischen zwei Haupttypen von Generatoren unterschieden: Synchrongeneratoren und Asynchrongeneratoren. Ein Synchrongenerator wandelt mechanische in elektrische Energie um, wobei sein Rotor, ausgestattet mit Erregerspulen oder Permanentmagneten, ein konstantes Magnetfeld erzeugt, das in den fest installierten Spulen des Stators eine Wechselspannung induziert. Dabei wird der Generator so gesteuert, dass der Rotor synchron mit der Netzfrequenz rotiert, wodurch eine stabile und phasengerechte Stromerzeugung ermöglicht wird. Währenddessen arbeitet ein Asynchrongenerator ähnlich wie ein Induktionsmotor, nur in umgekehrter Form. Es erzeugt nämlich der fest installierte Stator ein rotierendes Magnetfeld, in dem sich der Rotor befindet. Wenn der Rotor durch z.B. Wasser über die synchrone Drehzahl hinaus angetrieben wird, entsteht im Rotor durch den Schlupf (bezeichnet den Unterschied zwischen der Drehzahl des magnetischen Feldes und der tatsächlichen Drehzahl des Rotors) elektrischer Strom, der zurück ins Stromnetz eingespeist werden kann.
