Generatoren - Referat, Hausaufgabe, Hausarbeit (2023)

Generatoren

Was sind Generatoren?
[5 siehe Quellen] Als Generator bezeichnet man allgemein Objekte die etwas erzeugen, insbesondere die Generatoren die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Den Elektrischen Generator, ein Gerät zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie. z.B:
In der Elektrotechnik ein Signalgenerator zur Erzeugung verschiedener elektrischer Signale ( Funksignale, Wellenformen usw.)
Im Maschinenbau z. B Dampferzeuger.

Elektrostatische Generatoren

[3] Elektrostatische Generatoren erzeugen nur Gleichspannung. Ob die Gleichspannung positiv oder negativ ist hängt von den Materialien ab die verwendet werden. Die Funktion dieses Generators ist die Reibung, denn obwohl die meiste mechanische Arbeit in Wärme umgesetzt wird, dient ein Teil dazu, Ladungsträger zu trennen und auf den Konduktoren ( Ein Konduktor ist ein Teil das freibewegliche Ladungsträger besitzt und somit zum Transport von Teilchen benutzt wird) Maschine anzusammeln. Der Kelvingenerator ist so eine Maschine ( Eine Influenzmaschine). Allerdings gibt es heute kaum noch elektrostatische Generatoren. Früher hatten diese Generatoren ein festen Platz in der Wissenschaft, doch durch die Entwicklung von elektrodynamischen Maschinen wurden sie von diesem Platz verdrängt.

Geschichte
[3 betrifft die ganze Geschichte] Die Geschichte der Elektrostatischen Generatoren zeige ich am Verlauf der Erfindungen die von 1660-1930 gemacht wurden.
Die Schwefelkugel: Die Schwefelkugel wurde von Otto von Guericke (1602-1686) erfunden. Man musste mit der Hand diese Kugel reiben um sie aufzuladen.
Eine Gasendladungslampe im Barock: Um 1730 wurde entdeckt das, wenn man ein Quecksilberthermometer schüttelt, das Quecksilber anfängt zu leuchten. William Hauksbee erfand ein Modell um eine Bernsteinscheibe drehend in einem Vakuum zu reiben. Wenn man dort Quecksilberdampf hinzufügte, leuchtete sie auf.
Der Bierglasgenerator: Um 1750 baute Winkler ein Modell wobei hier ein Bierglas zum Rotor umfunktioniert wurde. Es war ein ähnliches Modell wie die Schwefelkugel, allerdings war es wesentlich billiger. In höheren Gesellschaften wurde dieses Modell als Unterhaltung genutzt um Elektroschocks zu erfahren (elektrische Kuss)
Die Leidener Flasche: 1745 wurde die Leidener Flasche von Ewald Jürgen von Kleist erfunden. Er stellte eine Flasche auf eine metallene geerdete Platte. Die Flasche war mit Quecksilber oder Wasser gefüllt und er wollte Elektrizität in Flaschen füllen. Man fand später heraus das man metallene Beläge brauchte um Elektrizität zu speichern. Die ersten Kondensatoren waren erfunden. Ein wenig später schloss man viele dieser Flaschen zu so einer Batterie zusammen.
Rotierende Scheiben: Sie wurden um 1800 von Winter erfunden. Diese rotierende Scheiben waren zu ¼ mit einem Quecksilber bedeckten Lederkissen versehen, dem sogenannten Reibzeug.
Fortschrittliche Rotor-Maschinen: Die Rotor-Maschinen hatten denselben Aufbau wie die rotierenden Scheiben nur hatten die Fortschrittlichen Rotor-Maschinen Scheiben auf die Metall- oder Pappsegmente geklebt wurden. Holtz entwickelte diese Influenzmaschinen weiter. Diese Scheiben der Generatoren wurden aus Glas, Schellack oder Hartgummi angefertigt.
Die Wimshurst-Maschine: Ruhmkorff entwickelte im Jahr 1857 und sie leitete das Ende der elektrostatischen Generatoren ein
Der Van-DeGraaff-Generator: Van DeGraaff baute diesen Generator indem er anstatt einer Scheibe ein endloses isolierendes Band verwendete. Er fand heraus das Transmissionsriemen unerwünschte Hochspannungserzeuger waren und somit viele Brände verursachte. Er nutzte dieses und setzte diesen Effekt in einen Hochspannungsgenerator um. Selbst heute ist dieser Generator in Teilchenbeschleunigern im Einsatz.
Trotz des sehr geringem Einsatzes der Statischen-Generatoren wurde im Jahr 1990 ein neuer Statischer Generator gebaut um mit minimalen Aufwand ein größtmögliches Ergebnis heraus zu bekommen.

Elektrische Generatoren

[4] Ein elektrischer Generator ist eine elektrische Maschine die Bewegungsenergie bzw. mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der elektrische Generator arbeitet mit der elektrischen Induktion (von außen durch bewegte Magnetfelder herbeigeführte elektrische Leitfähigkeit oder elektrischer Widerstand).

Geschichte
Der Erste Wechselstromerzeuger wurde von Hippolyte Pixii im Jahr 1832 gebaut. Es wurde aus zwei Spulen gefertigt unter der ein Hufeisenmagnet kreist. Im gleichen Jahr wurde von Dal Negro ein schwingender Apparat zur Erzeugung von Strom gebaut. Dabei wurde der Erste Strom durch Induktion erzeugt.
Im Jahr 1849 fand der erste Wechselstromgenerator der Gesellschaft Alliance in der Industrie ihren Einsatz. Dieser Generator sollte Wasser elektrochemisch zu zerlegen, um Leuchtgas zu erzeugen. Ohne Kommutator jedoch wurden sie im englischen und französischen Bereich meistens bei Leuchttürmen eingesetzt.
Im Jahr 1866 entdeckte Siemens das dynamoelektrische Prinzip. Er baute die erste Dynamomaschine und somit war er der Erfinder des ersten Generators ohne Permanentmagneten.
1887 baute Friedrich August Haselwander den ersten Mehrphasenwechselstromgenerator, der einen Dreiphasenwechselstrom lieferte. 1891 wurden auf einer Industrie-Ausstellung die speziell zur Erzeugung von Mehrphasenwechselstrom gebauten Wechselstrommaschinen gezeigt.
1895 wurde das erste Großkraftwerk in Niagara in betrieb genommen.

magnetoelektrische Wechselstrommaschine, gebaut 1832 von Hippolyte Pixii Wechselstromgenerator der Gesellschaft aus dem Jahr 1849 Zeichnung eines Drehstromgenerators aus dem Jahr 1891) Dampfmaschinenbetriebener Zweiphasenstromgenerator mit Ringanker für das Elektrizitätswerk Budapest 1895

Funktion und Funktionsweise der elektrischen Generatoren
Alle elektrische Generatoren haben das gleiche Prinzip und zwar mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Die mechanische Leistung wird durch eine Drehung einer mechanischen Welle erzeugt.

Durch die Lorentzkraft kann die Umwandlung in elektrische Energie stattfinden. Die Lorentzkraft wirkt auf bewegte, elektrische Ladungen in einen Magnetfeld.
[Veranschaulichung der Lorentzkraft]
Durch den Stator im inneren wird ein künstliches Magnetfeld erzeugt, dabei wird in den Leitern des Rotors durch die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert. Durch diese ganzen Vorgänge kann man eine Leistungsgleichung eines elektrischen Generators aufstellen:
Pel = Pmech - Pv
Pel ist die erzeugt elektrische Leistung, Pmech ist die zugeführte mechanische Leistung, Pv ist die Verlustleistung.

Aufbau der elektrischen Generatoren
Um die beschriebene Wirkung zu gewährleisten muss ein ideales Magnetfeld erzeugt werden. Damit die Reibungsverluste verringert werden können muss der Rotor möglichst reibungsarm gelagert werden.

Es gibt verschiedene Modelle von elektrischen Generatoren. Bei Kurzschlussläufer-Generatoren braucht man keinen Strom um ihn zu betreiben ( Der Kurzschlussläufer-Generator erzeugt ein eigenes Magnetfeld, dadurch braucht man keinen Strom zusätzlich zuführen). Bei anderen Modellen wird der Strom über Schleifringe zugeführt. Dabei bildet der Schleifring einen Gleitkontakt mit der Bürste, dadurch kann eine Stromübertragung stattfinden.
[6 Bild]
Bei Gleichstromgeneratoren wird ein Kommutator (Stromwender) benötigt um eine Stromübertragung zu gewährleisten.
Im allgemeinen besteht ein Generator aus zwei Teilen dem feststehenden Teil dem Stator und dem rotierenden Teil, dem Rotor. [2] Allerdings werden die Generatoren durch verschieden Teile angetrieben. Der Fahrraddynamo wird z.B vom rad und der Kraftwerksgenerator durch eine Turbine angetrieben. Um nun ein Magnetfeld ( auch Erregerfeld) zu erzeugen, werden ein oder mehrere Spulen mit Gleichstrom versorgt um ein Magnetfeld zu erzeugen.

Verschiedene Generatorenarten

Der Pixii-Generator: Der Pixii-Generator ist die erste bekannt gewordene magneto-elektrische Wechselstrommaschine, die von dem Pariser Instrumentenbauer Antoine Pixii im Jahr 1832 gebaut wurde. Die Idee dieses Generators basierend auf der magnetischen Induktion. Das gerät musste mit einer Handkurbel betrieben werden. Dadurch rotiert der Magnet an einer Spule mit einem Eisenkern vorbei. [1]

Kraftwerksgeneratoren: Kraftwerksgeneratoren kamen schon 1882 auf den Markt als Edison in New York das erste Elektrizitätswerk gebaut wurde. Kraftwerksgeneratoren unterscheiden sich im wesentlichen durch ihren Antrieb. Wasserwerksgeneratoren werden durch eine Turbine angetrieben, die Windkraftanlagen durch schwankende mechanische Leistung. Aber alle wandeln mechanische Energie in elektrische Energie um.
Generatoren in Windkrafträdern: Dieser Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Allerdings ist der Generator etwas anders aufgebaut, denn der Generator ist an eine Leistungsquelle (Rotor) angeschlossen die eine stark schwankende Mechanische Leistung (Drehmoment) aufweist.

[2/7]Asynchronmotor: Diese Maschine heißt Asynchronmotor, weil die Drehung des Motors nicht synchron zum Drehfeld des Stators ist. Hier gibt es auch keinen Stromwender, da sich Stator und Spule beide drehen, denn im Gegensatz zum Gleichstrommotor muss hier nichts mechanisch erfolgen. Dieser Generator ist der einzige der ohne Hilfsmittel gegen große Arbeitsmaschinen anlaufen kann. Außerdem hat er eine große Lebensdauer und kann sogar im Vakuum laufen.
Gleichstromgeneratoren: Gleichstromgeneratoren haben einen fast gleichen Aufbau wie die Wechselstromgeneratoren und die Kraftwerksgeneratoren. Allerdings ändert sie hier nicht die Stärke und Richtung des Stromes. Deshalb braucht dieser Generator einen Kommutator also einen Stromwender.

Einsatz der Generatoren

Generatoren werden in sehr vielen verschieden Gebieten eingesetzt und haben somit ein breites Einsatzgebiet. Sie werden in Windkraftlagen, verschiedenen Kraftwerken (Atomkraft-, Wasserkraftwerken usw.), Fahrrädern,

Begriffserklärung

Kommutator : Ein Kommutator ist ein sogenannter Stromwender (Kollektor)
Schleifringe : Die Schleifringe beeinflussen die Drehmomente und den Widerstand
Pel = Pmech - Pv: : Dies ist die Leistungsgleichung nach der man die Leistung von Elektrischen Generatoren berechnen kann.
Konduktor: Ein isolierter Metallkörper zur Aufnahme elektrischer Ladungen

Dieses Referat wurde eingesandt vom User: Elena24

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Author: Duane Harber

Last Updated: 01/10/2023

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