Generatorprinzip

Das Generatorprinzip bezeichnet das Grundprinzip der Energieerzeugung durch elektromagnetische Induktion. Dabei wird mechanische Arbeit in elektrische Energie umgewandelt, indem sich ein Leiter oder eine Spule in einem sich ändernden Magnetfeld befindet oder das Feld sich in der Nähe eines Leiters ändert. Nach dem Faradayschen Induktionsgesetz entsteht durch zeitliche Änderung des magnetischen Flusses eine elektromotorische Kraft (emf), die in einem geschlossenen Stromkreis zu Strom führt. Die Richtung des induzierten Stroms wird durch Lenz’ Gesetz bestimmt, das die Gegenwirkung der Induktion beschreibt.

Aufbau und Funktionsweise: In einer elektrischen Maschine besteht der Generator aus einem magnetischen Feld (Permanentmagneten oder elektromagnetische Spulen) und einer Spule oder Leiterbahn, die sich relativ zueinander bewegt. Durch Rotation oder Änderung des Magnetfelds ändert sich der Fluss durch die Spule, wodurch eine emf entsteht; der erzeugte Wechsel- oder Gleichstrom fließt bei Anschluss eines Verbrauchers.

Typen: Reine AC-Generatoren (Alternatoren) erzeugen Wechselstrom; DC-Generatoren (Dynamos) erzeugen Gleichstrom, oft mittels eines Schleifring-Kontaktsystems (Kommutator) oder moderner Halbleiter-Realisationen. Heutige Netz- und Windkraftgeneratoren verwenden überwiegend Wechselstromgeneratoren; Gleichrichter/Ströme werden bei Bedarf durch Umwandlung realisiert.

Anwendungsbereiche: Kraftwerke, Notstromaggregate, tragbare Generatoren, Wind-, Wasser- und Solarenergieanlagen. Wichtige Designaspekte sind Wirkungsgrad, Verlustleistung, Kühlung, Belastbarkeit und mechanische Kopplung an Turbinen oder Motoren. Die Effizienz moderner Generatoren liegt oft über 90 Prozent.

Bezug und Bedeutung: Das Generatorprinzip bildet die Grundlage der elektrischen Energieversorgung. Es ist eng verbunden mit dem Motorprinzip, bei dem elektrische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt wird; beide Prinzipien beruhen auf elektromagnetischer Induktion. Die Entwicklung reicht von frühen Dynamos bis zu modernen leistungsfähigen Netz- und Industrieanlagen.