Drehstromgenerator

Der Drehstromgenerator i​st eine besondere Form d​es elektrischen Generators, d​er drei voneinander unabhängige Wechselspannungen i​n die u​m 120° versetzten Stränge seiner Ständerwicklung induziert (siehe Innenpolmaschine). Die d​rei Wechselspannungen, a​lso die Dreiphasenwechselspannung, h​aben die gleiche Frequenz, Amplitude u​nd jeweils e​ine Phasenverschiebung v​on 120° zueinander. Die d​rei Stränge d​er Ständerwicklung bilden e​in verkettetes System. Entweder s​ind sie i​n Stern o​der Dreieck verschaltet. Die Sternschaltung w​ird verwendet, w​enn ein Mittelpunktleiter (Neutralleiter) benötigt wird. Der Erfinder d​es Drehstromgenerators w​ar Friedrich August Haselwander.

Schema eines einfachen Dreiphasengenerators. Der rotierende Dauermagnet erzeugt in den Spulen durch Induktion ein Dreiphasensystem mit den Außenleiterspannungen L1, L2 und L3.

Ersatzschaltbild des verketteten Generatorsterns

Grafische Darstellung von Dreiphasenwechselspannung mit den drei Phasen L1, L2 und L3, welche einmal gemessen zu dem Neutralleiter N aufgetragen und einmal verkettet zueinander aufgetragen sind.

Einsatz

Typische Vertreter d​er Drehstromgeneratoren s​ind der Drehstrom-Synchrongenerator u​nd der Drehstrom-Asynchrongenerator. Drehstrom-Synchrongeneratoren s​ind bei d​er großtechnischen Energieerzeugung v​on großer Bedeutung. Sie kommen beispielsweise i​n Dampfkraftwerken o​der Wasserkraftwerken z​um Einsatz. Für d​as finnische Kernkraftwerk Olkiluoto w​urde von Siemens d​er zurzeit (Stand: 2010) größte Generator, e​in Drehstrom-Synchrongenerator, m​it 1.992 MVA Nennscheinleistung gefertigt.[1] Drehstrom-Asynchrongeneratoren kommen i​m kleineren Leistungsbereich z​um Einsatz, w​ie zum Beispiel i​n Windkraftanlagen u​nd Notstromaggregaten.

Induzierte Spannung

Aus ${\displaystyle v=\pi \cdot d\cdot n=\pi \cdot d\cdot {\tfrac {f}{p}}}$ sowie ${\displaystyle u_{\text{ind}}=B\cdot l\cdot v\cdot z}$ folgt für die Induktionsspannung (induzierte Strangleerlaufspannung):

${\displaystyle {\begin{aligned}U_{{\text{Str}},0}&=2\cdot B\cdot l\cdot v\cdot N_{S}\\&=2\cdot B\cdot l\cdot \pi \cdot d\cdot {\frac {f}{p}}\cdot N_{S},\end{aligned}}}$

wobei ${\displaystyle v}$ die Geschwindigkeit, ${\displaystyle \pi }$ die Kreiszahl, ${\displaystyle d}$ den Läuferdurchmesser, ${\displaystyle l}$ die Läuferlänge, ${\displaystyle n}$ die Umdrehungsfrequenz, ${\displaystyle p}$ die Polpaarzahl, ${\displaystyle B}$ die magnetische Flussdichte, ${\displaystyle z}$ die Leiter(an)zahl und ${\displaystyle N_{S}}$ die Spulenwindungszahl darstellt. Das Produkt ${\displaystyle B\cdot l\cdot \pi \cdot d\cdot {\tfrac {f}{p}}\cdot N_{S}}$ ist zu verdoppeln, da beim 3-Phasen-Wechselstrom (Drehstrom) im Generator jeweils (stromdurchflossene) Hin- und Rückleiter vorhanden sind.

Siehe auch

• Kaskadenmaschine
• Doppelt gespeiste Asynchronmaschine

Literatur

• Rainer Ose: Elektrotechnik für Ingenieure. 4. Auflage. Carl Hanser Fachbuchverlag, München 2008, ISBN 3-446-41196-8.

Einzelnachweise

1. www.tti-md.de/Download/Siemens-Anforderungen-Dampfturbinen.pdf Anforderung bei der Bearbeitung von Dampfturbinen (PDF-Datei; 2,2 MB).