Unterschied zwischen Asyncron- und Syncrongenerator

Die E-Lehre beschäftigt sich mit bewegten Ladungen wie Strom
ericschmitt
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Unterschied zwischen Asyncron- und Syncrongenerator

Beitrag von ericschmitt » 07. Jan 2013 - 17:51

Hallo,
Ich habe neulich im Fernsehen eine Reportage über Windmühlen gesehen.
In dieser Reportage würde gesagt dass es zwei Typen Generatoren gibt,
nämlich Syncron- und Asyncrongeneratoren. Das hat mich interessiert denn
ich kenne den Grundprinzip eines Generators. Jetzt wollte ich den Unterschied
zwischen beiden Typen verstehen. Im Internet habe ich etwas gegoogelt, aber
die Erklärungen bei Wikipedia und anderen Seiten sind sehr schwierig. Ich hoffe es
kann einer mir hier erklären was der Unterschied zwischen den beiden Typen ist
Danke im voraus
Eric

Quadrat
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Re: Unterschied zwischen Asyncron- und Syncrongenerator

Beitrag von Quadrat » 08. Jan 2013 - 12:31

Du redest sicherlich von "synchron"
Ja, das Thema ist nicht ganz einfach und ich hoffe, dass ich es selbst korrekt verstanden habe, denn bis vor eben habe ich von sowas auch noch nie was gehört. Da du sagst, dass du die Grundprinzipien eines Generators kennst, werde ich einige Grundlagen etwas knapp gestalten. Sollten dennoch Fragen vorhanden sein, stelle sie einfach.

Vorwort
Zunächst muss man einmal wissen, dass das elektrische Feld (E-Feld) sehr eng verknüpft ist mit dem magnetischen (B-Feld). So erzeugen sie sich auch gegenseitig.
Existiert eine E-Feld, also es gibt eine Potentialdifferenz (Spannung), so gibt es zwei Pole + und -. Man stellt sich das vor, als würden Linien von einem Pol zum anderen Laufen, sogenannte Feldlinien:
homogenes E-Feld (Feldliniendichte ist konstant)
http://www.gesundheitsamt-bw.de/SiteCol ... elder2.gif
inhomogenes E-Feld
http://www.phynet.de/upload/E-Lehre%20- ... 20Feld.gif

Je größer die Dichte der Linien, des stärker ist das Feld.
Existiert ein solches Feld, übt es eine Kraft, elektrische, auf Ladungsträger darin aus: Z.B. Elektronen bewegen sich von einem Pol zum anderen. Dadurch wird die Potentialdifferenz kleiner und das Feld baut sich langsam ab bzw. die Energie des Feldes geht verloren. (Dafür zahlen wir Strompreise und nicht für die Elektronen, da es Energie/Aufwand bedarf ein E-Feld aufzubauen/zu erhalten)
Bewegen sich aber Ladungsträger erzeugen sie um sich herum ein B-Feld. In einem einfachen Leiter ist das ein Wirbelfeld:
http://www.sprott.net/science/physik/ta ... 5_045b.gif
(in der Zeichnung ist es genau umgekehrt: Ein homogenes B-Feld erzeugt ein elektrisches Wirbelfeld)
Handelt es sich um eine Spule, überlappen sich die Wirbelfelder zum einem B-Feld, dass identisch ist, mit dem eines Dauermagneten (sowas nennt man Elektromagnet):
http://mic.hit-karlsruhe.de/projekte/ss ... agnet1.gif
http://daten.didaktikchemie.uni-bayreut ... magnet.gif

Gleichzeitig erzeugt ein sich änderndes B-Feld (eigentlich Änderung des Magnetischen Flusses (Anzahl der Feldlinien)) eine Spannung. Das nennt man Induktion.

Genug Geplänkel:
Beide Geräte bestehen zunächst aus zwei wesentlichen Teilen: Dem Stator und dem Rotor. Der Rotor ist dabei, das rotierende Teil in der Mitte des idR stationären Stators.
Der Stator erzeugt in beiden Fällen ein magnetisches Drehfeld. Das geschieht vor allem bei der Synchronmaschine am einfachsten durch eine Dreiecksschaltung:
Man positioniert drei Spulen im Winkel von Φ=2/3π
http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0529180604
und erzeugt einen mit dem gleichen Winkel phasenverschobenen Strom:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0604064939
Eine solche Schaltung erzeugt ein magnetisches Drehfeld:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0314172432

Bei der Synchronmaschine befindet sich darin, wie in der Zeichnung auch ein Magnet (Dauer- oder Elektromagnet), das sich mit dem Feld einfach mitdreht.
Das wäre in der Form ein Elektromotor, da man Energie (E-Feld) aufbraucht, um mechanische Arbeit, Drehung des Rotators/Magneten) zu verrichten.
Findet man hingegen einen Weg den Magneten zu bewegen, z.B Windrad,, induziert er selbst die Spannung:
Generator.
Da der Magnet mit dem Drehfeld synchron läuft, ist es eine Synchronmaschine.

Bei der Asynchronmaschine ist der Rotator hingegen v.a. eine kurzgeschlossene Leiterschleife.
Ändert sich das B-Feld, z.B. durch das Drehfeld des Stators, wird im Läufer Spannung induziert, die wiederum einen B-Feld erzeugt.
Dreht sich das B-Feld des Stators, zieht es die Leiterschleife mit. Im Normalfall ist sie daher langsamer, als das Drehfeld:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0617212025
Da das Drehfeld mechanische Bewegung erzeugt, ist es ein Motor. Die verlorene Energie ist davon abhängig, wieviel langsamer der Rotor im Vergleich zum Feld ist.
Ist der Rotor jedoch schneller, ändert sich das Magnetfeld in die andere Richtung und das Rotorfeld ist seiner Drehbewegung entgegengerichtet und man muss Arbeit verrichten, um es weiter zu drehen:
Generator.

Da eine solche Konstruktion immer asynchron läuft, nennt man es Asynchronmaschine.
(Würde Rotor und das Statorfeld gleich schnell/synchron drehen, wäre die Änderung des Magnetfeldes 0 und es gäbe keine Induktion)

Über Anwendugsgebiete steht hier was:
http://de.wikipedia.org/wiki/Windkraftanlage#Generator

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