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Versuche

Generator

Ziel des Versuchs

  • Nachweis des Auftretens einer Induktionsspannung bei Drehung einer Leiterschleife im B-Feld
  • Veranschaulichung der Einflussfaktoren auf die Induktionsspannung
  • Erzeugung von Wechselspannung durch Verzicht auf Kommutator

Aufbau und Durchführung

 

Du drehst eine Leiterschleife im Magnetfeld zwischen den Polschuhen eines Permanentmagneten und misst die Spannung an den Enden der Leiterschleife. Da bei Verwendung von nur einer Leiterschleife die auftretende Induktionsspannung nur sehr gering ist und sich im Bereich von Millivolt bewegt, musst du diese mittels Messverstärker verstärken, um die Spannung an einem Voltmeter sichtbar zu machen.

Viele Leiterschleifen vergrößern die Induktionsspannung

Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Aufbau eines Rotor aus mehreren Leiterschleifen

Eine einzelne rotierende Drahtschleife liefert nur kleine Induktionsspannungen im Millivolt-Bereich. Verwendest du dagegen als Rotor eine aus vielen Leiterschleifen gewickelte Spule mit Eisenkern und drehst diese zwischen den Polschuhen eines Permanentmagneten, so erhältst du Induktionsspannungen im Volt-Bereich. Daher kannst du bei diesem Aufbau auf einen Messverstärker verzichten und der Generator direkt an ein Voltmeter anschließen.

Den in Abb. 2 gezeigten Rotor bzw. Anker nennt man auch Doppel-T-Anker. Dieser geht auf  Werner von SIEMENS zurück und trägt diesen Namen aufgrund der Form des Eisenkerns, der im Schnitt wie ein doppeltes T aussieht.

Abgriff der Spannung mit einem Kommutator

Abb. 3 Aufbau und Funktionsweise eines Generators; der Abgriff der Spannung erfolgt mit Kommutator

Verwendest du an den Spannungsabgriffen einen Kommutator (Polwender), wie er beim Betrieb eines Elektromotors mit Gleichspannung genutzt wird, so erhältst du eine pulsierende Gleichspannung. Den Verlauf der Spannung kannst du mit einem Messgerät oder besser mit einem Oszilloskop oder einem Messwerterfassungssystem sichtbar machen. Die einzelnen Bögen der pulsierenden Gleichspannung verlaufen dabei in etwa sinusförmig. Perfekt sind die Sinusbögen allerdings im praktischen Experiment nicht.

Drehst du den Rotor schneller, so vergrößert sich die Induktionsspannung, was an größeren Ausschlägen auf dem Oszilloskop deutlich wird. Auch rücken die einzelnen Sinusbögen dadurch enger zusammen bzw. werden enger.

Änderst du die Drehrichtung des Rotors, so ändert sich auch die Polung der Spannung, die du abgreifst.

Abgriff der Spannung über zwei Schleifringe (d.h. ohne Kommutator)

Abb. 4 Aufbau und Funktionsweise eines Generators; der Abgriff der Spannung erfolgt ohne Kommutator

Greifst du die Spannung ohne Kommutator an zwei Schleifringen ab, so erhältst du eine Wechselspannung. Diese ist auch annähernd sinusförmig, wegen der vielen Kontaktprobleme an den Schleifringen und auch wegen Feldverzerrungen aber natürlich nicht perfekt.

Es lässt sich jedoch sehr gut zeigen, dass die Kurvenform von einem Trommelanker als Rotor deutlich gleichmäßiger ist, als bei einem Doppel-T-Anker. 

 

Dreht man einen aus drei Spulen bestehenden Rotor im Magnetfeld, so erhält man den mit dem Speicheroszilloskop aufgenommenen Spannungsverlauf (siehe Foto).