Big Bang 7, Schulbuch

Grundlagen der Elektrotechnik 27 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektrodynamik 5 Beides ist natürlich nicht sehr praktikabel. Man ist aber auf die geniale Idee gekommen, eine Leiterschleife rotieren zu lassen, denn auch dabei ändert sich der magnetische Fluss. Abb. 27.5 zeigt das Prinzip eines solchen Generators, mit dem man auf elegante Weise Wechselstrom erzeugen kann. Jeder konventionelle Generator arbeitet nach diesem Prinzip. Info: Wechselstrom -> S. 4 Abb. 27.5: Modell eines einfachen Generators: Die rotierende Schleife erzeugt Induktionsspannung und Induktionsstrom, die über zwei Schleifringe abgenommen werden. In der Praxis verwendet man allerdings nicht eine rotieren- de Leiterschleife, sondern eine Spule. In jeder einzelnen Wicklung entsteht ja dieselbe Induktionsspannung. Wenn du also eine Spule mit 1000 Windungen verwendest, wird auch die Spannung vertausendfacht. Nach diesem Prinzip funktionieren der Dynamo eines Fahrrades oder die Licht- maschine eines Autos. Info: Lichtmaschine und Dynamo Abb. 27.6: Modell eines dynamo-elektrischen Großgenerators : Im Gegensatz zu Abb. 27.5 rotiert hier der Magnet. Dieser wird mit dem Strom versorgt, den der Generator selbst erzeugt. Dazu muss der Wechselstrom allerdings vorher gleichgerichtet, also in Gleich- strom umgewandelt werden. Es gibt aber noch einen zweiten Trick. Statt Permanent- magneten, die nur ein relativ schwaches Magnetfeld er- zeugen, verwendet man bei Hochleistungsgeneratoren Elektromagnete (Abb. 27.6). Der Clou an der Sache: Diese kann man mit dem Strom speisen, den der Generator selbst erzeugt. Das nennt man das dynamo-elektrische Prinzip, und diese Erfindung wird W ERNER V ON S IEMENS zugeschrieben. Erst damit war der Einsatz von leistungsfähigen und wirt- i Infobox schaftlichen Großgeneratoren möglich, mit denen man gan- ze Städte mit Strom versorgen kann. So befinden sich etwa in den Laufkraftwerken der Donau Generatoren, die Leistun- gen von vielen Millionen Watt aufbringen können. Info: 2000 Badewannen pro Sekunde -> S. 6 In manchen Fallen benötigt man aber Gleichstrom, etwa um den Elektromagneten eines Generators zu versorgen (Abb. 27.6) oder um eine Autobatterie aufzuladen. Wie schafft man es aber, von Wechselstrom auf Gleichstrom zu kommen? Zum Beispiel mit Halbleiter-Dioden. Diese lassen den Strom nur in eine Richtung durch. Mit Hilfe einer spezi- ellen Schaltung kann man aus Wechselstrom einen „pul- sierenden“ Gleichstrom erzeugen (Abb. 27.8). Wenn man mehrere solcher Ströme überlagert, kann man eine noch bessere Glättung erreichen (siehe Kap. 27.4, S. 12). Abb. 27.8: Mit einer solchen Schaltung aus 4 Dioden kann man einen „pulsierenden“ Gleichstrom erzeugen. Die Pfeile der Schalt- symbole zeigen die technische Stromrichtung an. Lichtmaschine und Dynamo Der Dynamo eines Fahrrades ist ein kleiner Generator (Abb. 27.7). Laut Gesetz muss er 6 Volt und 3 Watt erzeugen können. Diese 3 Watt gehen natürlich für die Fortbewegung verloren – das Fahren wird ein klein wenig anstrengender. Der Ausdruck Dynamo ist physikalisch gesehen falsch, weil der Fahrrad-Generator nicht nach dem dynamo-elektrischen Prinzip arbeitet (wie etwa der in Abb. 27.6). Heute ist der Dynamo oft in der Radnabe integriert. Auch die Lichtmaschine eines Autos ist ein Generator. Sie wird vom Motor betrieben und liefert Strom zum Aufladen der Autobatterie ( F3 ). Bei niedrigen Drehzahlen und hohem Stromverbrauch (z. B. bei Betrieb von Licht und Heckscheibenheizung) kann es sein, dass die Leistung der Lichtmaschine nicht ausreicht. Die Differenz wird dann der Batterie entnommen. Die Lichtmaschine erzeugt Wechsel- strom. Zum Aufladen der Batterie braucht man aber Gleich- strom. Der Wechselstrom muss daher gleichgerichtet werden (siehe Abb. 27.8). i Abb. 27.7: Beim Dynamo rotiert ein Permanent- magnet über einer Spule. Der Kern der Spule besteht aus einem Stahlblech. Er ist an den Enden um- gebogen und verläuft an der Außenseite des Magneten. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv