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physik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Gleichstromgeneratoren


1. Atom
2. Motor



Dreht sich der Anker des Generators zwischen zwei stationären Feldpolen, fließt der elektrische Strom im Anker einen halbe Umdrehung lang in eine Richtung und eine halbe Umdrehung lang in die entgegengesetzte Richtung. Um Gleichstrom zu erhalten, ist eine Vorrichtung außerhalb des Generators erforderlich, welche die Stromrichtung umkehrt und praktisch nur eine Fließrichtung zulässt. Diese Umkehrung ermöglicht der so genannte Kollektor (Stromwender oder Kommutator).
In der primitivsten Ausführung besteht der Kollektor eines Gleichstromgenerator aus einem gespaltenen Metallring, der auf der Welle des Ankers montiert ist. Die beiden Hälften des Ringes sind voneinander getrennt und bilden die Enden der Ankerspule. Feststehende Metall- oder Kohlebürsten werden gegen den rotierenden Kollektor gedrückt und stellen den elektrischen Kontakt der Spule zu den Drähten außerhalb des Generators dar. Bei der Umdrehung des Ankers haben die Bürsten abwechselnd mit den Hälften des Kollektors Kontakt. In dem Augenblick, in dem der Strom in der Ankerspule seine Richtung ändert, tauschen auch die Kollektorhälften ihre Position. Daher fließt in dem Stromkreis, mit dem der Generator verbunden ist, ein Gleichstrom. Gleichstromgeneratoren werden meist mit ziemlich niedrigen Spannungen betrieben, um die Funkenbildung zwischen Bürsten und Kollektor zu vermeiden. Die höchste Spannung, die von solchen Generatoren erzeugt wird, beträgt meist 1 000 Volt. Heutzutage besitzen Generatoren zur Gleichrichtung leistungsstärkere Vorrichtungen wie z. B. Diodengleichrichter.
Moderne Gleichstromgeneratoren besitzen trommelförmige Anker mit vielen Wicklungen. Diese sind mit entsprechenden Segmenten eines Mehrfachkollektors verbunden. In einem Anker mit nur einer Drahtschleife nimmt der erzeugte Strom leicht zu und ab, je nachdem, in welchem Teil des Magnetfeldes sich die Schleife bewegt. Ein Kollektor mit vielen Segmenten verbindet den äußeren Stromkreis immer mit einer Drahtschleife, die sich durch einen Bereich des Magnetfeldes bewegt. Als Folge bleibt der von den Ankerwindungen erzeugte Strom praktisch konstant. Die Felder moderner Generatoren besitzen zur Verstärkung des Magnetfeldes meist vier oder mehr Pole. Kleinere Zwischenpole gleichen Verzerrungen des Magnetfeldes aus, die durch die magnetische Wirkung des Ankers verursacht werden.
Gleichstromgeneratoren werden häufig nach der Art der Bereitstellung des Stromes für das Magnetfeld unterschieden. Das Magnetfeld eines seriell gewickelten Generators steht in Reihenschaltung mit dem Anker. Ein Nebenschlussgenerator hat ein Feld, das parallel zum Anker geschaltet ist. So genannte Verbund- oder Doppelschlussgeneratoren haben einen Teil ihrer Felder in Reihe und einen Teil parallel. Sowohl Nebenschluss- als auch Verbundgeneratoren haben den Vorteil, bei unterschiedlicher elektrischer Last eine verhältnismäßig gleichmäßige Spannung zu liefern. Seriell gewickelte Generatoren werden hauptsächlich zur Erzeugung eines gleichmäßigen Stromes mit schwankender Spannung eingesetzt. (Zu Reihen- und Parallelschaltung siehe elektrischer Stromkreis)

 
 




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