Links ist ein selbsterregter Nebenschluss-Gleichstromgenerator dargestellt, rechts ein Magneto-Gleichstromgenerator mit Permanentfeldmagneten. Die Leistung des Nebenschlussgenerators schwankt mit der Stromaufnahme, während die Leistung des Magnetgenerators unabhängig von Lastschwankungen konstant ist.

Ein fremderregter Gleichstromgenerator mit bipolaren Feldmagneten. Solche fremderregten Generatoren werden üblicherweise für große Stromübertragungsanlagen verwendet. Der kleinere Generator kann entweder ein Magneto mit permanenten Feldmagneten oder ein anderer selbsterregter Generator sein.

Eine Feldspule kann im Nebenschluss, in Reihe oder im Verbund mit dem Anker einer Gleichstrommaschine (Motor oder Generator) angeschlossen sein.

Bei einer Maschine mit Feldspulen, wie es bei den meisten großen Generatoren der Fall ist, muss das Feld durch einen Strom aufgebaut werden, damit der Generator Strom erzeugen kann. Obwohl ein Teil der eigenen Leistung des Generators zur Aufrechterhaltung des Feldes verwendet werden kann, sobald er anläuft, ist eine externe Stromquelle zum Starten des Generators erforderlich. In jedem Fall ist es wichtig, das Feld kontrollieren zu können, da dies die Systemspannung aufrechterhält.

VerstärkerprinzipEdit

Abgesehen von Dauermagnetgeneratoren erzeugt ein Generator eine Ausgangsspannung, die proportional zum Magnetfeld ist, das wiederum proportional zum Erregerstrom ist; ohne Erregerstrom gibt es keine Spannung.

Eine kleine Menge an Leistung, die als Feldstrom geliefert wird, kann daher eine große Menge an erzeugter Leistung kontrollieren und kann verwendet werden, um sie zu modulieren. Dieses Prinzip ist sehr nützlich für die Spannungsregelung: Wenn die Ausgangsspannung des Systems geringer als gewünscht ist, kann der Erregerstrom erhöht werden; ist die Ausgangsspannung hoch, kann die Erregung verringert werden. Ein Synchronkondensator arbeitet nach demselben Prinzip, aber es gibt keine Antriebsleistung; die Rotationsträgheit bedeutet jedoch, dass er über kurze Zeiträume Leistung abgeben oder aufnehmen kann. Um Schäden an der Maschine durch unregelmäßige Stromänderungen zu vermeiden, wird häufig ein Rampengenerator verwendet. Ein Generator kann somit als Verstärker betrachtet werden:

Separate ErregungBearbeiten

Lichtmaschine eines Dieselaggregats aus den 1930er Jahren, mit Erregerdynamo darüber

Bei großen oder älteren Generatoren ist es üblich, dass ein separater Erregerdynamo parallel zum Hauptstromgenerator betrieben wird. Dabei handelt es sich um einen kleinen permanentmagnetischen oder batterieerregten Dynamo, der den Feldstrom für den größeren Generator erzeugt.

SelbsterregungBearbeiten

Moderne Generatoren mit Feldspulen sind in der Regel selbsterregt, d.h. ein Teil der vom Rotor abgegebenen Leistung wird zum Antrieb der Feldspulen verwendet. Das Rotoreisen behält einen gewissen Restmagnetismus, wenn der Generator ausgeschaltet wird. Der Generator wird ohne angeschlossene Last gestartet; das anfänglich schwache Feld induziert einen schwachen Strom in den Rotorspulen, der wiederum einen anfänglichen Feldstrom erzeugt, der die Feldstärke erhöht und damit den induzierten Strom im Rotor steigert, und so weiter in einem Rückkopplungsprozess, bis die Maschine die volle Spannung „aufbaut“.

StartenBearbeiten

Selbsterregte Generatoren müssen ohne angeschlossene externe Last gestartet werden. Externe Last wird die elektrische Leistung des Generators absenken, bevor die Kapazität zur Erzeugung von elektrischer Leistung ansteigen kann.

FeldblinkenBearbeiten

Wenn die Maschine nicht genügend Restmagnetismus hat, um die volle Spannung aufzubauen, wird normalerweise eine Vorkehrung getroffen, um Strom aus einer anderen Quelle in den Rotor einzuspeisen. Dies kann eine Batterie sein, ein Hausgerät, das Gleichstrom liefert, oder gleichgerichteter Strom aus einer Wechselstromquelle. Da dieser Anfangsstrom nur für eine sehr kurze Zeit benötigt wird, nennt man ihn Feldblinken. Selbst kleine tragbare Stromerzeugungsaggregate benötigen gelegentlich ein Feldblinken, um wieder anlaufen zu können.

Der kritische Feldwiderstand ist der maximale Feldkreiswiderstand bei einer bestimmten Drehzahl, mit dem der Nebenschlussgenerator erregen würde. Der Nebenschlussgenerator baut nur dann eine Spannung auf, wenn der Feldkreiswiderstand kleiner als der kritische Feldwiderstand ist. Er ist eine Tangente an die Leerlaufeigenschaften des Generators bei einer bestimmten Drehzahl.

Bürstenlose ErregungBearbeiten

Die bürstenlose Erregung erzeugt den magnetischen Fluss auf dem Rotor elektrischer Maschinen ohne die Notwendigkeit von Kohlebürsten. Sie wird in der Regel eingesetzt, um die regelmäßigen Wartungskosten zu senken und das Risiko eines Bürstenfeuers zu verringern. Sie wurde in den 1950er Jahren als Ergebnis der Fortschritte bei Hochleistungs-Halbleiterbauelementen entwickelt. Das Konzept bestand darin, einen rotierenden Diodengleichrichter auf der Welle der Synchronmaschine zu verwenden, um induzierte Wechselspannungen zu erfassen und sie gleichzurichten, um die Feldwicklung des Generators zu speisen.

Bei der bürstenlosen Erregung fehlte in der Vergangenheit die schnelle Flussentlastung, was ein großer Nachteil war. Es sind jedoch neue Lösungen aufgetaucht. Moderne rotierende Schaltungen enthalten aktive Entmagnetisierungskomponenten auf der Welle, die die passive Diodenbrücke erweitern. Darüber hinaus haben die jüngsten Entwicklungen in der drahtlosen Hochleistungskommunikation vollständig gesteuerte Topologien auf der Welle realisiert, wie z. B. Thyristor-Gleichrichter und Chopper-Schnittstellen.