Lichtmaschine Wikipedia

Der generatorische Strom wird in Gestalt der Rotation einer beweglichen Achse dem Stromerzeuger zugeleitet. Der Umrechnung liegt die Lorentz-Kraft zugrunde, die auf bewegliche Stromladungen in einem magnetischen Feld einwirkt. Wenn sich ein Stromleiter über Kreuz (senkrecht) zum magnetischen Feld bewegt, beeinflusst die Lorentz-Kraft die Ladungen im Stromleiter in Fahrtrichtung dieses Stromleiters und versetzt ihn so in Schwung.

Durch diese Ladungsverlagerung entsteht eine Potenzialdifferenz und eine Stromspannung zwischen den Leiterenden. Mit zunehmender Fläche pro Zeitveränderung ( "Abstand des Leiters") ist die Stromspannung umso stärker. Zur Erhöhung der Stromspannung werden mehrere in Serie geschaltete Leitungen in Spulenform eingesetzt. Bei elektrostatischen Stromerzeugern, bei denen die elektrischen Aufladungen durch das elektrische und nicht durch das Magnetfeld getrennt sind, ist diese Betriebsart zu unterschieden.

Innerhalb des Aggregats wird der Rotors (auch Rotors genannt) in Bezug auf das stationäre Statorgehäuse (auch Stator genannt) umgelenkt. Das rotierende Magnetkonstantfeld, das vom Rotoren mit einem Permanentmagneten oder einem Elektromagnet (Feldspule oder Erregerwicklung) erzeugt wird, erzeugt durch die Lorentz-Kraft eine elektrische Stromspannung in den Leitungen oder Leitungswicklungen des Ständers.

In DC-Generatoren wird der aktuelle Stromwert im Rotorsystem (Rotor) erzeugt, die Erregerspule oder der Permanentmagnet befindet sich außerhalb. Die Gleichrichtung des erzeugten Stroms erfolgt mit einem Kollektor. Der produzierte Stromverbrauch entspricht der installierten Maschinenleistung abzüglich der aufgetretenen Verlusts. Hieraus ergibt sich die Gleichung eines Stromgenerators: Pel{\displaystyle P_{\mathrm {el} }} ist die produzierte Stromleistung, Pmech{\displaystyle, P_{\mathrm, {mech}}} ist die gelieferte maschinelle Stromleistung, Pv{\displaystyle, P_\mathrm, {v}}} ist der Leistungsverlust durch mechanisches Reiben, Kupferverluste und Eisenverluste.

Der Spannungsabfall kann durch die Kraft des Erregerfeldes geregelt werden, wenn er durch einen Elektromagnet hervorgerufen wird (elektrische Anregung, externe Anregung). Auch in Generatoren von Fahrzeugen verwendet (Lichtmaschinenregler). Zur Erzeugung einer sinusförmigen Stromspannung im Wechselstrom- oder Drehstrom-Synchrongenerator muss der Läufer ein so homogen wie mögliches magnetisches Feld aufbauen. Der Polzahl (mindestens zwei, weitere gerade Zahlen möglich) entspricht die Häufigkeit der Spannungsausgabe bei einer bestimmten Geschwindigkeit.

Eine zu vermeidende Betriebsbedingung ist die Lastverlust, die den Stromerzeuger ohne Eingreifen eines Drehzahlreglers zerstört, da die zunehmende Geschwindigkeit des Antriebs von Dampf oder Gasturbinen zu überhöhten Zentrifugalkräften in den Ankerwindungen führen würde. Bei permanentmagnetisch erregten Aggregaten, Kurzschlussläufern oder Asynchrongeneratoren ist keine Stromversorgung erforderlich, bei Synchrongeräten wird die Energie über Schleifenringe zugeführt.

Gleichstromerzeuger erfordern einen Kollektor (Stromumkehrer), um die im Rotor entstehende Stromspannung zu verringern und zu glätten. Weil die komplette von ihnen produzierte Stromerzeugung über den Kollektor transportiert werden muss, sind sie heute nicht mehr im Einsatz. Zur Aufrechterhaltung einer Wechselspannung werden in der Regel Wechselstromerzeuger mit nachgelagerten Wechselrichtern verwendet, z.B. der Wechselstromerzeuger in einem Kraftfahrzeug (umgangssprachlich Lichtmaschine).

Die Erzeugung des rotierenden Magnetfeldes erfolgt durch den Fluss in den Generatorenwicklungen. Daher können asynchrone Stromerzeuger nur dann Strom bereitstellen, wenn sie an eine wechselnde Spannung gekoppelt sind oder bereits Strom produzieren. Sie sind im Inselsystem mit Kapazitäten bestückt und haben oft einen kleinen Permanentmagneten im Läufer zum Starten. Nahezu alle modernen Stromerzeuger geringerer Leistungsklasse sind Drehstrom-Asynchronmaschinen, während große Stromerzeuger (ca. < 0,1 MW), aber auch der Stromerzeuger im Fahrzeug und auf dem Rad, Synchronmotoren sind.

Läufer: Der rotierende Teil des Aggregats setzt sich aus den Kugellagern und einem geschmiedetem, d.h. festen Vollrotor (Walzenrotor) zusammen. Durch die symmetrische Last entstehen keine Verwirbelungsströme im Läufer, weshalb auf eine Lamellenbildung weitgehend verzichtet werden kann. Über die Achse wird dem Läufer mechanischer Strom zugeleitet. Dabei werden die Wicklungen im Statormotor mit Kühlwasser und die Wicklungen im Rotormotor mit Kühlwasser abgekühlt, das unter einem Überdruck von bis zu 10 bar durch das Gehäuse des Aggregats strömt und seine Energie in einem nachfolgenden Wärmetauscher abführt.

Stromerzeuger mit einer Gesamtleistung von weniger als 300 MVA werden in der Regel mit Hilfe von Luftkühlung betrieben. Der Ventilator ist unmittelbar auf dem Läufer montiert. Aufgrund der Einphasenspannung von ca. 16,7 Hertz sind diese Aggregate als AC-Synchronmaschinen ausgelegt und rotieren mit einer Geschwindigkeit von 1000 U/min ("1/3" der Geschwindigkeit von 50 Hz-Generatoren).

In diesen Aggregaten ist der Magnetfluss drei Mal größer als in 50 Hz-Maschinen mit derselben Ausbringung. Dieses Pulsieren beeinflusst auch die Grundlagen der Anlage; der Stromerzeuger wird daher auf Druckfedern platziert. Aus demselben Grund ist zwischen Frequenzumrichter und Lichtmaschine eine flexible Kopplung angeschlossen. Die Stromrichtung in der Anlage erfolgt über einen Kollektor.

Die 1849 von Floris Nollet ("Brüssel") entworfene Alliance-Generator (siehe Galerie) war die erste Lichtmaschine, die in industriellen Anwendungen eingesetzt wurde. Darüber hinaus wurden eine Fremdstrommaschine der Fa. Schuckert und ein Stromerzeuger der Fa. Brown, Boveri & Cie. präsentiert (siehe Galerie). Nach einigen Jahren wurde dieser Stromerzeuger für dreiphasigen Strom wieder aufgewickelt und war bis 1971 in Gebrauch.

Im Laufe der folgenden Jahre wurden mehrere Anlagen errichtet, die ihre Energien zum Teil aus Wasser, zum Teil ausdampften.