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Wechselspannung

Induktion
Wird ein elektrischer Leiter von magnetischen Feldlinien geschnitten, so wird eine elektrische Spannung induziert.
Dabei spielt es keine Rolle, ob sich der elektrische Leiter oder das Magnetfeld bewegt.
Verläuft die Bewegungsrichtung parallel zu den Magnetfeldlinien, wird keine Spannung induziert.
Bei einer Erhöhung des Magnetfeldes wird die induzierte Spannung größer.
Eine größere "Schnittgeschwindigkeit" hat ebenfalls eine höhere Induktions-Spannung zur Folge.
Ist der elektrische Leiter zu einer Spule aufgewickelt, erhöht sich die Spannung entsprechend der Windungs-Anzahl.
 
Die Höhe der induzierten Spannung ist abhängig von der Feldlinien-Stärke, Schnittgeschwindigkeit und Windungs-Anzahl.
 

Wechselstrom-Generator
In der Animation rechts ist die Entstehung der Wechselspannung deutlich zu erkennen.
Bei parallel zu den Feldlinien verlaufender Bewegung (0 und 180 Grad) ist die induzierte Spannung Null, beim Schneiden der Feldlinien (90 und 270 Grad) ist sie am höchsten; dadurch entsteht ein Sinus-Verlauf.
Je nach "Schnitt-" Richtung wird die Spannung positiv oder negativ; dadurch entsteht eine Spannung mit ständig wechselnder Polarität, eine Wechselspannung.
Generatoren sind Geräte zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie durch elektro-magnetische Vorgänge.
Befinden sich Magentpole außen im Stator und rotiert die Induktionsspule (wie in der Animation), so handelt es sich um einen Außenpol-Generator. Die Abnahme der Spannung erfolgt über Schleifringe.
Die meisten Wechselstrom-Generatoren sind Innenpol-Generatoren, Sie haben einen feststehenden Anker / Stator, in dem sich ein Läufer / Rotor mit Feldmagneten dreht. Das Magnetfeld von Dauermagneten reicht nur für den Betrieb eines Dynamos aus. Deshalb werden für große Generatoren Elektromagnete statt Dauermagnete verwendet.
Bei ganz großen Generatoren werden Spannungen bis zu 20 kV mit Strömen über 10.000 A induziert. Die Ströme werden bei Innenpol-Generatoren von den feststehenden Induktionsspulen entnommen. Die kleineren Ströme für die Elektromagneten werden über Schleifringe zugeführt.
Warum 50 Hertz Netzfrequenz ? Weil Nutzen und Verschleiß in einem annehmbaren Verhältnis zueinander liegen.
Die Frequenz in Hertz gibt die Anzahl (Sinus-) Schwingungen pro Sekunde an. Eine Schwingung besteht aus einer positiven und negativen Halbwelle. Werden die 50 Hertz (pro Sekunde) hochgerechnet auf eine Minute, ergibt das: 50 Hz * 60 Sek = 3.000 Umdrehungen pro Minute. Dies ist die Drehzahl von Generatoren mit einem Polpaar wie z.B. bei schnell rotierenden Turbinen. Langsam laufende Generatoren wie z.B. bei Windkrafträdern haben 84 und mehr Polpaare.
Was ist wohl der am meisten verbreitete Wechselstrom-Generator ? Der Fahrraddynamo.
Er ist ein sehr kleiner Generator, der für die elektrische Versorgung der Fahrradbeleuchtung sorgt. Es handelt sich um einen klassischen Wechselstrom-Generator, bei dem ein Permanentmagnet rotiert und in der feststehenden Ständerwicklung Wechselstrom induziert. In Deutschland war die Spannung auf 6 V und die Leistung auf maximal 3 W begrenzt.
Mittlerweile sind Dynamos mit mehr als 3 W zulässig und auch in 12 V erhältlich.
Recht bekannt ist noch der "Stromerzeuger" oder "Benzin-Generator", der bei kleineren Leistungen und für 230 Volt mit einem Wechselstrom-Generator aufgebaut wird.
 

Drehstrom-Generator
Im Gegensatz zum Wechselstrom-Generator verfügt der Drehstrom-Generator über drei Induktions-Spulen, die jeweils um 120 Grad versetzt angeordnet sind.
In der Animation rechts ist die Entstehung von 3 Wechselspannungen deutlich zu erkennen.
Durch diese drei Phasen kann ein magnetisches Drehfeld erzeugt werden. Die Richtung des Drehfeldes ist abhängig von der Reihenfolge der Phasen. Ein Vertauschen von 2 Leitungen führt zu einer Drehfeldänderung, entsprechend bei Motoren zur Änderung der Drehrichtung.
Der am meisten eingesetzte Drehstrom-Generator ist die Lichtmaschine im Auto. Aber im Auto ist doch 12 Volt Gleichstrom ?
Ja; der Drehstrom wird mit Dioden, die sich in der Lichstmaschine befinden, gleichgerichtet.
Die Drehstrom-Lichtmaschine hat gegenüber der Gleichstrom-Lichtmaschine wesentliche Vorteile wie z.B.: keine Stromentnahme über Kohlebürsten, fast gleichbleibende Spannung und Leistung bei niedrigen Drehzahlen (im Stand), kompaktere Bauform, ....
 

Rom wurde nicht an einem Tag gebaut und die Welt nicht an einem Tag geschaffen.
Diese Seite braucht auch etwas mehr als 24 Stunden, liefert aber schon mal einen kleinen Vorgeschmack.
 
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