Ein elektrischer Generator ist eine Maschine, die in der Lage ist, irgendeine Art von Energie in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Energiequelle kann sehr unterschiedlich sein: chemische Energie, mechanische Energie, Lichtenergie oder Wärmeenergie.
Die Mechanismen, die diese Energieumwandlung durchführen, können Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen, Verbrennungsmotoren und sogar Kurbeln umfassen.
Elektrische Generatoren sind elektrische Geräte, die in der Lage sind, einen Unterschied im elektrischen Potential (Spannung) zwischen zwei Punkten aufrechtzuerhalten. Das heißt, Geräte, die elektrische Energie erzeugen.
Der erste elektromagnetische Generator, die Faradaysche Scheibe, wurde 1831 vom britischen Wissenschaftler Michael Faraday erfunden. Generatoren liefern fast die gesamte Energie für Stromnetze.
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Was sind die Arten von elektrischen Generatoren?
Es gibt verschiedene Arten von elektrischen Generatoren, die sich stark voneinander unterscheiden:
Mechanische Generatoren, die mit mechanischer Energie Strom erzeugen. Sie werden häufig in der Industrie eingesetzt. Diese Stromaggregate sind die effizientesten und vielfältigsten. Darunter erscheinen die Dieselgeneratoren oder der benzinelektrische Generator.
Solargeneratoren: Sie können Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Diese Umwandlung wird von Photovoltaikmodulen durchgeführt, die einen Gleichstrom liefern.
Wärmeerzeuger: Sie sind Generatoren, die Wärmeenergie in Elektrizität umwandeln.
Chemische Generatoren: wandeln chemische Energie in elektrische Energie um. Beispiele für diesen Generatortyp sind Batterien.
Wie funktioniert ein mechanischer elektrischer Generator?
Das Funktionsprinzip eines elektrischen Generators ähnelt dem eines umgekehrt arbeitenden Elektromotors. Sie arbeiten durch elektromagnetische Induktion.
Diese Umwandlung wird durch die Wirkung eines Magnetfelds auf elektrische Leiter erreicht, die in Spulen auf einem Blechgerüst angeordnet sind. Wenn mechanisch eine Relativbewegung zwischen den Leitern und dem Feld besteht, wird eine elektromotorische Kraft erzeugt. Diese Entdeckung ist das Verdienst des Physikers Michael Faraday. Diese elektromotorische Kraft erzeugt einen elektrischen Strom.
Mechanische Generatoren können von kleinen dieselelektrischen Generatoren bis zu sehr großen Maschinen reichen. Viele der kommerziellen Modelle verfügen über einen eingebauten Elektrostarter.
Mechanische Energie kann auf verschiedene Weise erhalten werden. Zum Beispiel mittels einer Wärmekraftmaschine, dh eines Benzin- oder Dieselmotors. Sie werden aber auch in thermoelektrischen Anlagen im Allgemeinen und in Kernkraftwerken im Besonderen eingesetzt.
Eine der in Wärmekraftwerken verwendeten Techniken besteht darin, Dampf unter hohem Druck zu erzeugen und eine Dampfturbine anzutreiben.
Die Ausgangsleistung wird üblicherweise in Wechselstrom erhalten.
Manchmal werden diese Generatortypen zum Antrieb von Wasserpumpen verwendet.
Wie funktioniert ein Dynamo?
Der Dynamo ist der erste elektrische Generator, der Strom für industrielle Zwecke erzeugen kann. Noch heute ist es der wichtigste Generator im 21. Jahrhundert.
Der Dynamo verwendet die Prinzipien des Elektromagnetismus, um mechanische Rotation in elektrischen Wechselstrom umzuwandeln. Der erste Dynamo nach dem Faraday-Prinzip wurde 1832 von Hippolytus Pixie gebaut. Es wurde ein Permanentmagnet verwendet, der von der Kurbel gedreht wurde. Der rotierende Magnet ist so positioniert, dass sein Nord- und Südpol auf ein in Draht gewickeltes Stück Eisen übergehen.
Pixie entdeckte, dass der rotierende Magnet jedes Mal, wenn ein Pol durch die Spule ging, einen Stromimpuls im Draht erzeugte. Auch der Süd- und Nordpol des Magneten induzieren Ströme in entgegengesetzte Richtungen.
Durch Hinzufügen eines Pixie-Schalters kann ich Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln.
Was sind thermoelektrische Generatoren?
Ein thermoelektrischer Generator, TEG (auch Seebeck-Generator), ist ein Gerät, das
Ein thermoelektrischer Generator (TEG) ist ein Gerät, das Temperaturdifferenzen direkt in Elektrizität umwandelt. Dabei wird ein thermoelektrisches Phänomen verwendet, das als Seebeck-Effekt bezeichnet wird.
Der Wirkungsgrad von thermoelektrischen Generatoren beträgt 5-8%.
Ein thermoelektrischer Generator hat im Gegensatz zu normalen Generatoren keine beweglichen Teile. In einigen Fällen können Sie einen Lüfter oder eine Pumpe verwenden. TEGs sind relativ einfach herzustellen, aber die Effizienz ist gering und der Preis hoch. Ein höherer Wirkungsgrad erfordert größere Temperaturunterschiede.
Mit dem technischen Fortschritt können thermoelektrische Generatoren in Zukunft in der Automobilindustrie eingesetzt werden, wo sie Abwärme nutzen werden. Eine Wärmedifferenz von 700 ° C (500 ° F) könnte 500-750 W Strom erzeugen.
TEG kann in Kombination mit Photovoltaik arbeiten und so den Wirkungsgrad der Anlage steigern.
Thermoelektrischer Radioisotopgenerator (RTG)
Es wird in Raumfahrzeugen verwendet, wo es als thermoelektrischer Radioisotopgenerator bekannt ist. In letzterem wird der Zerfall von radioaktivem Brennstoff als Wärmequelle genutzt.
Das Funktionsprinzip unterscheidet sich jedoch von dem eines herkömmlichen Kernreaktors.
Ein thermoelektrischer Radioisotopgenerator ist ein einfacher elektrischer Generator. Dieser Generatortyp erhält die Energie aus der Energie, die durch den radioaktiven Zerfall bestimmter Elemente freigesetzt wird.
Etwa 30 radioaktive Isotope können als Brennstoff verwendet werden. Röntgenstrahlen können dort eingesetzt werden, wo Photovoltaik nicht genutzt werden kann, weil sie zu weit von der Sonne entfernt sind.
RTGs sind die am besten geeigneten Geräte in:
Situationen, in denen keine menschliche Präsenz vorhanden ist,
Für lange Zeiträume werden Leistungen von mehreren hundert Watt benötigt.
Herkömmliche Generatoren wie Brennstoffzellen oder Batterien sind wirtschaftlich nicht rentabel.
Orte, an denen Photovoltaikzellen nicht genutzt werden können, um die Sonnenenergie zu nutzen.
Eine Alternative zu Röntgenstrahlen könnten Stirlingmotoren sein, die effizienter sind, aber bewegliche Teile enthalten.
Wie funktionieren Solargeneratoren?
Solargeneratoren arbeiten mit dem sogenannten Photovoltaik-Effekt. Photovoltaik-Module bestehen aus einem Material, das beim Auftreffen auf ein Photon ein Elektron freisetzt. Die Summe der elektrischen Ladungen dieser Elektronen bildet einen kontinuierlichen elektrischen Strom.
Das am häufigsten verwendete Material in Photovoltaikzellen ist Silizium.
Wofür werden elektrische Generatoren verwendet?
Elektrisches Kraftwerk
Ein Kraftwerk ist eine Industrieanlage zur Stromerzeugung. Diese Arten von Anlagen verwenden mechanische Generatoren. Strom wird durch die Relativbewegung zwischen einem Magnetfluss und einem Leiter erzeugt.
Strom aus Kraftwerken kann auf folgende Weise gewonnen werden:
Verbrannte fossile Brennstoffe, die die meisten Kraftwerke der Welt sind.
Erzeugung von Kernreaktionen in Kernkraftwerken.
Nutzung erneuerbarer Energien wie Sonne, Wind und Wasserkraft.
Generatoren für Fahrzeuge
Generatoren können verwendet werden, um verschiedene Transportmittel anzutreiben:
Straßenfahrzeuge. Kraftfahrzeuge benötigen elektrische Energie, um ihre Instrumente anzutreiben, den Motor laufen zu lassen und ihre Batterien aufzuladen.
Segelboote können die Batterien mit einem Wasser- oder Windgenerator aufladen. Ein kleiner Propeller, eine Windkraftanlage oder ein kleines Laufrad wird an einen Generator mit geringer Leistung angeschlossen, um Ströme mit typischen Wind- oder Reisegeschwindigkeiten zu liefern.
Elektroroller. Elektroroller mit regenerativem Bremsen sind auf der ganzen Welt beliebt geworden.
Generatorsatz
Ein Motor-Generator ist die Kombination eines elektrischen Generators und eines Motors. Beide Elemente werden zu einem einzigen autonomen Gerät zusammengefügt.
Es ist üblich, Hubkolbenmotoren zu verwenden, aber es gibt auch solche, die Gasturbinen verwenden.
Von Menschen angetriebene elektrische Generatoren
Es gibt Generatoren, deren Energiequelle aus der Kraft menschlicher Muskeln stammt.
Von Menschen angetriebene elektrische Generatoren sind im Handel erhältlich und waren das Projekt einiger Heimwerker. In der Regel wird das Funktionsprinzip dieser Generatoren mit der Kraft von ausgeführt
Eine durchschnittliche Person kann 8 Stunden lang durchschnittlich 75 Watt produzieren. Auf der anderen Seite könnte ein erstklassiger Athlet ungefähr 298 Watt produzieren.
