Leistungsgrenzen des Drehstromgenerators
Inhaltsverzeichnis
Aufgaben des Drehstromgenerators
Die Stromverbraucher ausreichend mit elektrischer energie zu versorgen und die Batterie einwandfrei zu Laden .
Prinzipieller Aufbau
Der Drehstromgenerator, auch Wechselstromlichtmaschine, ist der mordernste Stromerzeuger. Sein prinzipieller Aufbau ist folgender: Auf der Welle befinden sich der Klauenpolläufer mit der Ringspule als Erregerwicklung und die zwei Schleifringe. Geführt ist dieser Rotor in dem vorderen und dem hinteren Leichtmetallschildlager in Wälzlagern. Im Stator befindet sich die in Stern geschaltete dreiphasige Ankerwicklung. Das hintere Schildlager nimmt den Gleichrichterblock bzw. die Einzeldioden und den Kohlebürstenhalter auf. Die Kühlung dieses leistungsstarken Generators übernehmen die Kühlschaufeln der Antriebsriemenscheibe. Die drei Phasen des Drehstromsystems werden über ein Zweiweggleichrichtungssystem in Gleichspannung umgewandelt. Dieser Generator kann eine Leistung von 500 bis 600W bei einer Spannung von 12V erzeugen und hat entsprechend seiner Baugröße ein günstiges Masse-Leistungs-Verhältnis. Der Verschleißgrad und der Wartungsaufwand sind sehr gering. Der Generator arbeitet drehzahlunabhängig hinsichtlich der Kommutierung (Drehzahlbereich etwa 3000 bis 12000 U/min), da die Gleichrichtung von Dioden übernommen wird. Sein Vorteil besteht unter anderem in der ständigen Batterieladung (auch bei Leerlaufdrehzahl), da kein Rückstromschalter die Batterieladung ein- oder ausschaltet
Funktionsweise:
Der Drehstromgenerator erzeugt nach dem Prinzip eines Fahrraddynamos elektrische Energie. Dazu wird ein magnet innerhalb einer Spule gedreht. Durch die Drehung ändert sich das Magnetfeld in der Spule ständig und erzeugt dort eine elektrische Spannung . Die erzeugte Spannung ist dabei umso größer, je kleiner das Magnetfeld ist und je schneller es sich dreht.
Im Gehäuse des Drehstromgenerators wird diese Spannung allerdings in drei erzeugt. Als Magnet wird ein Elektromagnet verwendet, der aus der sogenannten wicklung besteht, die sich auf dem rotierenden Innenteil (dem sogenannten ) befindet. Sobald durch diese Wicklung fließt, erzeugt sie ein im Inneren des Gehäuses.Der Läufer wird vom über einen Keilriemen angetrieben. Durch die Drehung des Läufers dreht sich auch das Magnetfeld. Dadurch wird in jeder der drei jeweils eine elektrische erzeugt (induziert).
Da die Batterie nur mit geladen werden darf, und die Verbraucher ebenfalls für ausgelegt sind, werden die drei erzeugten zusammengeführt (das nennt man dann "Drehstrom" bzw. "Drehspannung") und anschließend in umgewandelt. Dies geschieht mit Hilfe von . Das sind elektronische Bauteile, die den Strom nur in einer Richtung durchlassen ("elektronische Rückschlagventile"). Dadurch können sie den erzeugten Drehstrom in Gleichstrom umwandeln ("gleichrichten").
Da die vom Generator erzeugte Spannung von der des Motors und der durch die Verbraucher und die Batterie (unterschiedliche Ladezustände) abhängt, muss ein die erzeugte Generatorspannung etwa konstant halten. Dies geschieht, indem der Strom durch die Erregerwicklung ein- bzw. ausgeschaltet wird (Spannung zu hoch -> Strom wird geschaltet, Spannung zu niedrig -> Strom wird geschaltet).
Pflege und Wartung des Generators
Auch der oft unbeachtete Generator muß gepflegt und gewartet werden. Es ist zwischen mechanischen und elektrischen Pflegearbeiten zu unterscheiden. Die mechanische Pflege bezieht sich hauptsächlich auf eine betriebsfähige Lagerung des Ankers, ausreichende Schmierung der Lager, festen Sitz der Antriebsriemenscheibe uns nicht zuletzt auf den festen Sitz des Generators. Es ist zu beachten, dass die vorhandenen Kühlluftschlitze stehts sauber- und offengehalten werden, damit keine Überhitzung durch mangelnde Kühlluft eintritt. Die Wartungsarbeiten an den elektrischen Teilen sind wesentlich umfangreicher. Von Wichtigkeit ist, dass alle elektrischen Verbindungen, wie Kabelanschlüsse und Lötstellen, einwandfreien Kontakt haben. Es kommt sonst leicht zum Verbrennen der defekten Stellen infolge der Wärmewirkung des elektrischen Stroms. Da der gesamte Strom vom Kollektor über die Bürsten entnommen wird, ist auf diese Teile besonders Obacht zu geben. Die Kohlebürsten müssen leichtgängig in den Bürstenhaltern sitzen, d.h., ein Klemmen führt zu Schäden. Außerdem ist zu beachten, dass die Kohlen ausreichende Länge und die Druckfedern an den Kohlebürsten die erforderliche Spannung haben. Beim Einsetzen neuer Kohlebürsten ist zu beachten, dass sie an der Lauffläche eingeschliffen sind und ohne Schwingen laufen. Sollte festgestellt werden, dass die Kohlen in einem Gleichstromgenerator schwingen, so ist zu untersuchen, ob der Kollektor unrund läuft oder die Lagerung des Ankers Spiel hat. Ein unrunder Kollektor muß in einer mechanischen Werkstatt abgedreht und poliert werden. Keinesfalls darf er mit Feilen, Messern und sonstigem grobenWerkzeug bearbeitet werden. Es ist darauf zu achten, dass der Glimmer zwischen den Kollektorlamellen etwa 1 mm tiefer ausgesägt wird. Dies ist nur in einer Fachwerkstatt mit entsprechenden Einrichtungen möglich, oder man ist einfach die Fachwerkstatt selbst. Die Kohlen müssen mit der gesamten Oberfläche aufliegen. Der Kollektor ist stets metallisch sauber zu halten, um eine sonst mögliche Funkenbildung zu vermeiden. Ferner ist darauf zu achten, dass immer die Original-Kohlebürsten beim Auswechseln verwendet werden.
Beim Wechseln der Kohlebürsten ist noch darauf zu achten, dass sie (in Abhängigkeit von der Generatorart) nicht verwechselt werden, weil die Verbindungsschlitze der Minuskohle keine Isolation hat.
Wenn der Generator infolge eines Kurzschlusses doch einmal Schaden erleidet, dann ist zu untersuchen, ob Anschlüsse am Kollektor nicht ausgelötet sind. Ist das der Fall, so müssen die Spulenenden der Wicklungen des Ankers mit einem elektrischen Lötkolben unter Hinzugabe von Lötzinn wieder in die Kupferlamellen des Kollektors eingelötet werden. Sind gar die Spulen verbrannt, dann ist nur eine Neuanschaffung des Ankers anzuraten.
Fragen
Der Kunde hat vor,seine Musikanlage mit einem 500 Watt-Verstärker aufzurüsten. Führen Sie die nachstehenden Rechenaufträge aus und beraten Sie den Kunden.
| Elektrische Gerätebzw. anlagen Faktor 1,0 | Leistung in Watt |
| Zündanlage | 20 |
| Elektrische Kraftstoffpumpe | 70 |
| Elektronische Benzineinspritzung | 100 |
| Autoradio | 12 |
| Abblendlicht | 110 |
| Begrenzungsleuten | 8 |
| Schlussleuchten | 10 |
| Kenzeichenleuten | 10 |
| Instrumentenleuchten | 10 |
1.Obenstehende Verbraucher sind während der fahrt eingeschaltet.
a)Berechnen sie die Leistung P die der Generator abgeben muss,um die Verbraucher zu versorgen.
b)Berechnen Sie den Generatorstrom I,wenn die Generatorspannung 13,2 volt Beträgt.
2.Zusätzlich werden jetzt noch weitere Verbraucher wie Heckescheibenheizung,Radio,Sitztheizung und die 500 Watt-Verstärkeranlage betreieben.die zusätzliche leistung Pzus beträgt 700 Watt.
a)berechnen Sie den Generatorstrom IG der jetzt fließt.
Elektrische Leistung und Formeln:
P Leistung in W
U Spannung in V
I Stromstärke in A
R Widerstand in Ohm
P=U*I
R=P/I
U=P/I
I=P/U
Antworten
Leistungsgrenzen des Drehstromgenerators: Antworten
Drehstromgenerator
Die Kraftwerks-Generatoren der öffentlichen Stromversorgung sind so gebaut, daß sie nicht nur eine einzige Wechselspannung erzeugen, sondern drei Wechselspannungen zugleich. Jeder Drehstromgenerator ist im Prinzip eine Kombination von drei Wechselstromgeneratoren.
Beim Drehstromgenerator dreht sich der von den Turbinen angetriebene Rotor an drei, räumlich um 120° versetzten Ankerwicklungen vorbei. In den drei Ankerwicklungen werden drei Wechselspannungen erzeugt, die zeitlich um je 1/3-Periode (120 °) gegeneinander verschoben sind.
Beim Drehstromgenerator werden die drei Ankerwicklungen so geschaltet, daß für den Abtransport der elektrischen Energie die drei Phasenleiter L1, L2 und L3 und der Mittelpunktsleiter Mp herausgeführt werden.
Synchronmotor
Der Drehstrom verdankt seinen Namen der Anwendung für den Betrieb von Elektromotoren. Er erzeugt nämlich in den Statorwicklungen dieser Motoren ein magnetisches Drehfeld.
Besteht die Rotorwicklung aus einem Magneten, so erfolgt die Drehung des Rotors synchron mit der Drehung des rotierenden Magnetfelds im Stator, man nennt solche Motoren Synchronmotoren.
Synchronmotoren müssen beim Einschalten angeworfen werden. Sie kommen bei großer Belastung außer Tritt und werden nur dort verwendet, wo es auf eine konstante Drehzahl ankommt, wie etwa bei Uhren. Sie werden daher im Alltag heute selten verwendet.
Die Synchrongeneratoren in Kraftwerken, deren Läufer ja Elektromagneten sind, können daher auch als Synchronmotoren verwendet werden, wie man sie beispielsweise in Pumpspeicherkraftwerken benötigt.
Asynchronmotor
Der Läufer besteht aus einer in sich geschlossenen Spulenwicklung, man nennt ihn daher auch Kurzschlußläufer. In ihm wird durch das im Stator rotierende Magnetfeld eine Spannung induziert. Das durch diese Spannung im Läufer hervorgerufene Magnetfeld bewirkt die Drehbewegung des Motors.
Da die Drehung des Rotors nicht synchron zum Drehfeld im Stator erfolgen kann, nennt man solche Motoren Asynchronmotoren. Beim Asynchronmotor entfällt der verschleißträchtige Stromwender, der beim Gleichstrommotor auf mechanische Weise für die Stromversorgung und Umpolung des Magnetfeldes im Rotor sorgen muß.
Asynchronmotoren brauchen keine Bürsten und Schleifringe. Ihre Rotoren können sich völlig kontaktfrei drehen, wenn sie den Strom für den Aufbau des Rotorfelds auf induktivem Wege aus dem Magnetfeld des Stators beziehen. Sie sind äußerst robust und leistungsfähig.
