Elektrischer Generator

In der Stromerzeugung ist ein Generator , auch elektrischer Generator oder elektromagnetischer Generator genannt , ein elektromechanisches Gerät, das mechanische Energie in elektrische Energie für die Nutzung in einem externen Stromkreis umwandelt . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Bei den meisten Generatoren, die rotierende Maschinen sind, treibt eine Quelle kinetischer Energie die Generatorwelle an. Der Generator erzeugt an seinen Ausgangsklemmen einen elektrischen Strom , der durch einen externen Stromkreis fließt und elektrische Verbraucher versorgt . Zu den Quellen mechanischer Energie, die zum Antrieb von Generatoren verwendet werden, gehören Dampfturbinen , Gasturbinen , Wasserturbinen , Verbrennungsmotoren , Windkraftanlagen und sogar Handkurbeln . Generatoren erzeugen nahezu den gesamten Strom für die weltweiten Stromnetze . Der erste elektromagnetische Generator, die Faraday-Scheibe , wurde 1831 von dem britischen Wissenschaftler Michael Faraday erfunden .

Die umgekehrte Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie erfolgt durch einen Elektromotor . Motoren und Generatoren sind sich sehr ähnlich. Manche Motoren können im übertragenen Sinne auch als Generatoren eingesetzt werden: Dreht man ihre Welle, erzeugen sie elektrischen Strom.

Neben der oben beschriebenen, am häufigsten verwendeten Bedeutung für elektromechanische Generatoren wird der Begriff Generator auch für photovoltaische , Brennstoffzellen- und magnetohydrodynamische Geräte verwendet, die Solarenergie bzw. chemische Brennstoffe zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen.

Elektromagnetische Generatoren lassen sich in zwei große Kategorien einteilen: Dynamos und Alternatoren.

• Dynamos erzeugen pulsierenden Gleichstrom mithilfe eines Kommutators .
• Generatoren erzeugen Wechselstrom .

Mechanisch besteht ein Generator aus einem rotierenden und einem stationären Teil, die zusammen einen magnetischen Kreis bilden :

• Rotor : Der rotierende Teil einer elektrischen Maschine .
• Stator : Der stationäre Teil einer elektrischen Maschine, der den Rotor umgibt.

Eines dieser Teile erzeugt ein Magnetfeld, das andere besitzt eine Drahtwicklung, in der das sich ändernde Feld einen elektrischen Strom induziert:

• Feldwicklung oder Feldmagnete (Permanentmagnete): Die magnetfelderzeugende Komponente einer elektrischen Maschine. Das Magnetfeld des Dynamos oder Generators kann entweder durch Drahtwicklungen, sogenannte Feldspulen , oder durch Permanentmagnete erzeugt werden . Elektrisch erregte Generatoren verfügen über ein Erregersystem zur Erzeugung des Feldflusses. Ein Generator mit Permanentmagneten wird auch als Magnetogenerator oder Permanentmagnet-Synchrongenerator (PMSG) bezeichnet.
• Anker : Das energieerzeugende Bauteil einer elektrischen Maschine. In einem Generator, Wechselstromgenerator oder Dynamo erzeugen die Ankerwicklungen den elektrischen Strom, der einen externen Stromkreis mit Energie versorgt.

Je nach Ausführung kann sich der Anker entweder auf dem Rotor oder dem Stator befinden, während sich die Feldspule oder der Magnet auf dem jeweils anderen Teil befindet.

Bevor der Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität entdeckt wurde, wurden elektrostatische Generatoren erfunden. Sie funktionierten nach elektrostatischen Prinzipien, indem sie elektrisch geladene Bänder, Platten und Scheiben nutzten , die Ladung zu einer Elektrode mit hohem Potenzial transportierten. Die Ladung wurde durch einen von zwei Mechanismen erzeugt: elektrostatische Induktion oder triboelektrischer Effekt . Solche Generatoren erzeugten sehr hohe Spannungen und geringe Ströme . Aufgrund ihrer Ineffizienz und der Schwierigkeit, Maschinen, die sehr hohe Spannungen erzeugten, zu isolieren , hatten elektrostatische Generatoren geringe Nennleistungen und wurden nie zur Erzeugung kommerziell relevanter elektrischer Mengen eingesetzt. Ihre einzigen praktischen Anwendungen waren die Stromversorgung früher Röntgenröhren und später einiger Atombeschleuniger .

Das Funktionsprinzip elektromagnetischer Generatoren wurde in den Jahren 1831–1832 von Michael Faraday entdeckt . Das Prinzip, später Faradaysches Induktionsgesetz genannt, besagt, dass in einem elektrischen Leiter, der einen sich ändernden magnetischen Fluss umschließt , eine elektromotorische Kraft erzeugt wird .

Faraday baute auch den ersten elektromagnetischen Generator, die Faraday-Scheibe ; eine Art Homopolargenerator , bei dem eine Kupferscheibe zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten rotierte . Sie erzeugte eine kleine Gleichspannung .

Diese Konstruktion war ineffizient, da sich die Gegenströme in Bereichen der Scheibe, die nicht vom Magnetfeld beeinflusst wurden, selbst aufhoben . Zwar wurde direkt unter dem Magneten Strom induziert, doch floss dieser in den Bereichen außerhalb des Magnetfelds rückwärts. Dieser Gegenstrom begrenzte die Leistungsabgabe an die Abgriffsdrähte und verursachte eine Abwärme der Kupferscheibe. Spätere Homopolargeneratoren lösten dieses Problem durch eine Anordnung von Magneten am Scheibenrand, um eine konstante Feldwirkung in einer Stromrichtung zu gewährleisten.

Ein weiterer Nachteil war die sehr geringe Ausgangsspannung , bedingt durch den einzelnen Strompfad durch den magnetischen Fluss. Experimentatoren stellten fest, dass sich durch die Verwendung mehrerer Windungen in einer Spule höhere und nutzbarere Spannungen erzeugen ließen. Da die Ausgangsspannung proportional zur Windungszahl ist, konnten Generatoren leicht so konstruiert werden, dass sie durch Variation der Windungszahl jede gewünschte Spannung erzeugten. Drahtwicklungen wurden zu einem grundlegenden Merkmal aller nachfolgenden Generatorkonstruktionen.

Unabhängig von Faraday begann Ányos Jedlik 1827 mit Experimenten an elektromagnetischen Drehvorrichtungen, die er als elektromagnetische Selbstrotatoren bezeichnete . Im Prototyp des einpoligen elektrischen Anlassers (fertiggestellt zwischen 1852 und 1854) waren sowohl die stationären als auch die rotierenden Teile elektromagnetisch. Er entdeckte auch das Prinzip der Dynamo - Selbsterregung ^{[ 3 ]} , welches die Permanentmagnet-Konstruktionen ablöste. Möglicherweise formulierte er das Konzept des Dynamos bereits 1861 (vor Siemens und Wheatstone ), ließ es aber nicht patentieren, da er glaubte, nicht der Erste zu sein, dem dies bewusst war. ^{[ 4 ]}

Eine in einem Magnetfeld rotierende Drahtspule erzeugt einen Strom, dessen Richtung sich bei jeder 180°-Drehung ändert – Wechselstrom (AC). Viele frühe Anwendungen von Elektrizität erforderten jedoch Gleichstrom (DC). In den ersten praktischen elektrischen Generatoren, sogenannten Dynamos , wurde der Wechselstrom mithilfe eines Kommutators , einer Gruppe rotierender Schaltkontakte auf der Ankerwelle, in Gleichstrom umgewandelt . Der Kommutator kehrte die Verbindung der Ankerwicklung zum Stromkreis bei jeder 180°-Drehung der Welle um und erzeugte so einen pulsierenden Gleichstrom. Einer der ersten Dynamos wurde 1832 von Hippolyte Pixii gebaut .

Der Dynamo war der erste elektrische Generator, der Strom für die Industrie liefern konnte. Der Woolrich-Generator von 1844, heute im Thinktank des Birmingham Science Museum , ist der früheste in einem industriellen Prozess eingesetzte Generator. ^{[ 5 ]} Er wurde von der Firma Elkingtons für die kommerzielle Galvanisierung verwendet . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Der moderne Dynamo, geeignet für industrielle Anwendungen, wurde unabhängig voneinander von Sir Charles Wheatstone , Werner von Siemens und Samuel Alfred Varley erfunden. Varley meldete am 24. Dezember 1866 ein Patent an, während Siemens und Wheatstone ihre Entdeckungen am 17. Januar 1867 in Vorträgen vor der Royal Society bekannt gaben . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Die „dynamoelektrische Maschine“ nutzte selbstversorgende elektromagnetische Feldspulen anstelle von Permanentmagneten zur Erzeugung des Statorfeldes. ^{[ 11 ]} Wheatstones Konstruktion ähnelte der von Siemens, mit dem Unterschied, dass bei Siemens die Stator-Elektromagnete in Reihe mit dem Rotor geschaltet waren, bei Wheatstone hingegen parallel. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Der Einsatz von Elektromagneten anstelle von Permanentmagneten steigerte die Leistung eines Dynamos erheblich und ermöglichte erstmals die Erzeugung hoher Stromstärken. Diese Erfindung führte direkt zu den ersten bedeutenden industriellen Anwendungen von Elektrizität. So nutzte Siemens beispielsweise in den 1870er Jahren elektromagnetische Dynamos zum Betrieb von Lichtbogenöfen für die Metall- und Werkstoffproduktion.

Die entwickelte Dynamomaschine bestand aus einer stationären Struktur, die das Magnetfeld erzeugte, und einem Satz rotierender Wicklungen, die sich innerhalb dieses Feldes drehten. Bei größeren Maschinen wird das konstante Magnetfeld durch einen oder mehrere Elektromagnete, die üblicherweise Feldspulen genannt werden, erzeugt.

Große Dynamos zur Stromerzeugung sind heute selten anzutreffen, da Wechselstrom mittlerweile fast überall zur Stromverteilung eingesetzt wird. Vor der Einführung von Wechselstrom waren sehr große Gleichstromgeneratoren die einzige Möglichkeit zur Stromerzeugung und -verteilung. Wechselstrom hat sich durchgesetzt, weil er sich leicht in und aus sehr hohen Spannungen transformieren lässt und so geringe Verluste über große Entfernungen ermöglicht.

Durch eine Reihe von Entdeckungen wurde der Dynamo von vielen späteren Erfindungen abgelöst, insbesondere vom Wechselstromgenerator , der Wechselstrom erzeugen konnte . Dieser ist allgemein als Synchrongenerator (SG) bekannt. Synchronmaschinen sind direkt mit dem Stromnetz verbunden und müssen beim Anlauf korrekt synchronisiert werden. ^{[ 12 ]} Darüber hinaus werden sie mit einer speziellen Steuerung erregt, um die Stabilität des Stromnetzes zu verbessern. ^{[ 13 ]}

Wechselstromgeneratoren waren in einfacher Form seit Michael Faradays Entdeckung der magnetischen Induktion von elektrischem Strom bekannt . Faraday selbst baute einen frühen Generator. Seine Maschine war ein „rotierendes Rechteck“, dessen Funktionsweise heteropolar war : Jeder aktive Leiter durchlief nacheinander Bereiche mit entgegengesetzten Magnetfeldrichtungen. ^{[ 14 ]}

Große Zweiphasen-Wechselstromgeneratoren wurden 1882 von dem britischen Elektriker JEH Gordon gebaut . Die erste öffentliche Vorführung eines „Wechselstromsystems“ gab William Stanley Jr. , ein Mitarbeiter von Westinghouse Electric, im Jahr 1886. ^{[ 15 ]}

Sebastian Ziani de Ferranti gründete 1882 die Firma Ferranti, Thompson & Ince , um seinen Ferranti-Thompson-Generator zu vermarkten , den er gemeinsam mit dem renommierten Physiker Lord Kelvin entwickelt hatte . ^{[ 16 ]} Seine frühen Generatoren erzeugten Frequenzen zwischen 100 und 300 Hz . Ferranti entwarf 1887 für die London Electric Supply Corporation das Kraftwerk Deptford, das auf einem Wechselstromsystem basierte. Nach seiner Fertigstellung 1891 war es das erste wirklich moderne Kraftwerk, das Hochspannungswechselstrom lieferte, der dann für die einzelnen Straßenabschnitte heruntertransformiert wurde. Dieses grundlegende System ist bis heute weltweit im Einsatz.

Nach 1891 wurden Mehrphasengeneratoren eingeführt, um Ströme mit mehreren unterschiedlichen Phasen zu erzeugen. ^{[ 17 ]} Spätere Generatoren wurden für variable Wechselstromfrequenzen zwischen sechzehn und etwa einhundert Hertz entwickelt und für den Einsatz mit Bogenlampen, Glühlampen und Elektromotoren verwendet. ^{[ 18 ]}

Mit steigenden Anforderungen an die Stromerzeugung im größeren Maßstab trat eine neue Einschränkung auf: die von Permanentmagneten erzeugbaren Magnetfelder. Durch die Ableitung eines kleinen Teils der vom Generator erzeugten Leistung zu einer am Rotor montierten elektromagnetischen Feldspule konnte der Generator deutlich mehr Leistung erzeugen. Dieses Konzept wurde als Selbsterregung bezeichnet .

Die Feldspulen sind in Reihe oder parallel zur Ankerwicklung geschaltet. Beim Anlaufen des Generators erzeugt die geringe Restmagnetisierung im Eisenkern ein Magnetfeld, das den Generator in Gang setzt und einen kleinen Strom im Anker induziert. Dieser Strom fließt durch die Feldspulen und erzeugt so ein stärkeres Magnetfeld, wodurch ein größerer Ankerstrom entsteht. Dieser „Startvorgang“ setzt sich fort, bis das Magnetfeld im Kern aufgrund der Sättigung absinkt und der Generator eine konstante Leistung erreicht.

Sehr große Kraftwerksgeneratoren nutzen häufig einen separaten, kleineren Generator zur Erregung der Feldspulen des größeren Generators. Im Falle eines schweren, großflächigen Stromausfalls, bei dem es zu Inselbetrieb von Kraftwerken kommt, kann ein Schwarzstart erforderlich sein , um die Felder der größten Generatoren zu erregen und so die Stromversorgung der Kunden wiederherzustellen.

Ein Dynamo erzeugt mithilfe von Kommutatoren Gleichstrom. Er ist selbsterregend , d. h. seine Feldmagnete werden durch die eigene Ausgangsleistung der Maschine gespeist. Andere Gleichstromgeneratoren benötigen eine separate Gleichstromquelle, um ihre Feldmagnete zu aktivieren.

Ein Homopolargenerator ist ein Gleichstromgenerator , bestehend aus einer elektrisch leitfähigen Scheibe oder einem Zylinder, der sich in einer Ebene senkrecht zu einem homogenen statischen Magnetfeld dreht. Zwischen dem Mittelpunkt der Scheibe und dem Rand (bzw. den Enden des Zylinders) entsteht eine Potenzialdifferenz, deren Polarität von der Drehrichtung und der Ausrichtung des Magnetfelds abhängt.

Er ist auch als Unipolargenerator , azyklischer Generator , Scheibendynamo oder Faraday-Scheibe bekannt . Die Spannung ist typischerweise niedrig, bei kleinen Demonstrationsmodellen im Bereich von wenigen Volt, große Forschungsgeneratoren können jedoch Hunderte von Volt erzeugen, und manche Systeme verwenden mehrere in Reihe geschaltete Generatoren, um eine noch höhere Spannung zu erzielen. ^{[ 19 ]} Ungewöhnlich ist, dass sie enorme elektrische Ströme erzeugen können, teilweise mehr als eine Million Ampere , da der Homopolargenerator einen sehr niedrigen Innenwiderstand aufweisen kann.

Ein magnetohydrodynamischer Generator (MHD-Generator) gewinnt elektrische Energie direkt aus strömenden heißen Gasen in einem Magnetfeld, ohne rotierende elektromagnetische Maschinen. MHD-Generatoren wurden ursprünglich entwickelt, weil die Leistung eines Plasma-MHD-Generators eine Flamme ist, die sich gut zum Beheizen der Kessel eines Dampfkraftwerks eignet . Der erste praxistaugliche Generator war der AVCO Mk. 25, entwickelt im Jahr 1965. Die US-Regierung förderte die Weiterentwicklung maßgeblich, die 1987 in einer 25-MW-Demonstrationsanlage gipfelte. In der Sowjetunion war von 1972 bis Ende der 1980er-Jahre das MHD-Kraftwerk U 25 mit einer Nennleistung von 25 MW im Moskauer Stromnetz in Betrieb – damals das leistungsstärkste MHD-Kraftwerk weltweit. ^{[ 20 ]} MHD-Generatoren, die als Top-Cycle-Anlage betrieben werden , sind derzeit (2007) weniger effizient als Gas- und Dampfturbinenkraftwerke mit kombiniertem Zyklus .

Induktions-Wechselstrommotoren können als Generatoren eingesetzt werden, indem sie mechanische Energie in elektrischen Strom umwandeln. Induktionsgeneratoren arbeiten, indem sich ihr Rotor mechanisch schneller dreht als die Nenndrehzahl, wodurch ein negativer Schlupf entsteht. Ein herkömmlicher Wechselstrommotor kann in der Regel ohne Änderungen an seinen Bauteilen als Generator verwendet werden. Induktionsgeneratoren sind nützlich in Anwendungen wie Kleinwasserkraftwerken, Windkraftanlagen oder zur Druckreduzierung von Hochdruckgasströmen, da sie mit relativ einfacher Steuerung Energie zurückgewinnen können. Sie benötigen keinen zusätzlichen Stromkreis zum Starten, da das Drehfeld durch Induktion des vorhandenen Magnetfelds erzeugt wird. Auch ein Drehzahlregler ist nicht erforderlich, da sie von Natur aus mit der Netzfrequenz arbeiten.

Ein Induktionsgenerator muss mit einer kapazitiven Spannung betrieben werden; dies geschieht üblicherweise durch Anschluss an ein Stromnetz oder durch Selbstversorgung mit Phasenkorrekturkondensatoren.

In der einfachsten Form eines Lineargenerators bewegt sich ein Magnet in einer Spule , einem Kupferdraht oder einer Drahtspule hin und her . Durch das Faradaysche Induktionsgesetz wird in dem Draht oder den Drahtspulen bei jeder Bewegung des Magneten ein Wechselstrom induziert . Dieser Generatortyp wird in der Faraday-Taschenlampe verwendet . Größere Lineargeneratoren kommen in Wellenkraftwerken zum Einsatz .

Netzgekoppelte Generatoren liefern Strom mit konstanter Frequenz. Bei Synchron- oder Induktionsgeneratoren muss die Drehzahl der Antriebsmaschine, die die Generatorwelle antreibt, in einem bestimmten Bereich liegen, um die erforderliche Netzfrequenz zu gewährleisten. Mechanische Drehzahlregler können einen erheblichen Teil der zugeführten Energie verschwenden, um die erforderliche Frequenz aufrechtzuerhalten.

Wo eine präzise Drehzahlregelung der Antriebsmaschine unpraktisch oder unerwünscht ist, können doppelt gespeiste Elektromotoren als Generatoren eingesetzt werden. Mithilfe leistungselektronischer Bauteile lässt sich die Ausgangsfrequenz über einen größeren Drehzahlbereich auf den gewünschten Wert regeln. Alternativ kann ein Standardgenerator ohne Frequenzregelung verwendet werden, dessen Leistung dann mit einem Gleichrichter und einem Umrichter auf die gewünschte Ausgangsfrequenz umgewandelt wird. Ein größerer Drehzahlbereich der Antriebsmaschine kann die Gesamtenergieproduktion einer Anlage verbessern, erfordert jedoch komplexere Generatoren und Steuerungen. Beispielsweise kann bei einer Windkraftanlage, die mit fester Frequenz arbeitet und bei hohen Windgeschwindigkeiten Energie abgeben muss, ein System mit variabler Drehzahl die Rückgewinnung dieser Energie ermöglichen.

Ein Kraftwerk , auch bekannt als Energieanlage oder Kraftwerksgebäude , ist eine Industrieanlage zur Stromerzeugung . Die meisten Kraftwerke enthalten einen oder mehrere Generatoren, also rotierende Maschinen, die mechanische Energie in dreiphasigen elektrischen Strom umwandeln . Die Relativbewegung zwischen einem Magnetfeld und einem Leiter erzeugt einen elektrischen Strom . Die zum Antrieb des Generators genutzte Energiequelle ist sehr vielfältig. Die meisten Kraftwerke weltweit verbrennen fossile Brennstoffe wie Kohle , Öl und Erdgas zur Stromerzeugung. Sauberere Energiequellen sind Kernkraft und zunehmend erneuerbare Energien wie Sonne , Wind , Wellen und fließendes Wasser .

Kraftfahrzeuge benötigen elektrische Energie für ihre Instrumente, den Motorbetrieb und zum Laden der Batterien. Bis etwa in die 1960er-Jahre wurden in Kraftfahrzeugen meist Gleichstromgeneratoren (Dynamos) mit elektromechanischen Reglern eingesetzt. Aus ähnlichen Gründen und dem oben beschriebenen historischen Trend wurden diese mittlerweile durch Lichtmaschinen mit integrierten Gleichrichterschaltungen ersetzt .

Fahrräder benötigen Energie für Beleuchtung und andere Ausrüstung. Es gibt zwei gängige Generatorarten: Flaschendynamos , die den Reifen bei Bedarf mit Strom versorgen, und Nabendynamos, die direkt am Antriebsstrang befestigt sind. Die Bezeichnung ist bewusst gewählt, da es sich um kleine Permanentmagnetgeneratoren handelt und nicht um selbsterregte Gleichstrommaschinen wie Dynamos . Einige E-Bikes verfügen über eine Bremsenergierückgewinnung , bei der der Antriebsmotor als Generator dient, um beim Bremsen Energie zurückzugewinnen.

Segelboote können einen wasser- oder windbetriebenen Generator zum Erhaltungsladen der Batterien nutzen. Ein kleiner Propeller , eine Windturbine oder eine Turbine wird an einen Generator mit geringer Leistung angeschlossen, um Strom bei typischen Wind- oder Reisegeschwindigkeiten zu erzeugen.

Wohnmobile benötigen eine zusätzliche Stromversorgung für ihre Bordgeräte, darunter Klimaanlagen und Kühlschränke. Um eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten, wird ein Wohnmobilstecker an den Stromgenerator angeschlossen. ^{[ 21 ]}

Elektroroller mit regenerativer Bremse erfreuen sich weltweit großer Beliebtheit. Ingenieure nutzen Systeme zur Rückgewinnung kinetischer Energie , um den Energieverbrauch zu senken und die Reichweite um 40–60 % zu erhöhen. Dies geschieht durch die Rückgewinnung von Energie mittels der Magnetbremse, die elektrische Energie für die weitere Nutzung erzeugt. Moderne Fahrzeuge erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 25–30 km/h und Reichweiten von bis zu 35–40 km.

Ein Motorgenerator ist die Kombination aus einem elektrischen Generator und einem Motor ( Antriebsmaschine ), die zu einer autarken Einheit zusammengebaut sind. Üblicherweise werden Kolbenmotoren eingesetzt, aber auch Gasturbinen und sogar Hybridaggregate (Diesel-Gas), sogenannte Dual-Fuel-Aggregate, kommen zum Einsatz. Motorgeneratoren sind in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich – von sehr kleinen, tragbaren, benzinbetriebenen Geräten bis hin zu großen Turbinenanlagen. Der Hauptvorteil von Motorgeneratoren liegt in ihrer Fähigkeit zur unabhängigen Stromversorgung, wodurch sie als Notstromaggregate dienen können. ^{[ 22 ]}

Ein Generator kann auch durch menschliche Muskelkraft angetrieben werden (zum Beispiel in Geräten von Feldradiostationen).

Muskelkraftbetriebene Stromgeneratoren sind im Handel erhältlich und wurden bereits von einigen Heimwerkern realisiert . Typischerweise werden sie durch Pedalkraft, einen umgebauten Fahrradtrainer oder eine Fußpumpe betrieben. Solche Generatoren eignen sich zum Laden von Batterien und sind teilweise mit einem integrierten Wechselrichter ausgestattet. Ein durchschnittlicher gesunder Mensch kann über einen Zeitraum von acht Stunden konstant 75 Watt (0,1 PS) erzeugen, während ein Spitzensportler im gleichen Zeitraum etwa 298 Watt (0,4 PS) leisten kann. Im Anschluss daran ist eine unbestimmte Erholungsphase erforderlich. Bei 298 Watt ist der durchschnittliche gesunde Mensch innerhalb von 10 Minuten erschöpft. ^{[ 24 ]} Die tatsächlich erzeugbare elektrische Leistung ist aufgrund des geringeren Wirkungsgrades des Generators geringer. Tragbare Radioempfänger mit Kurbelantrieb reduzieren den Bedarf an Batterien; siehe Kurbelradio . Mitte des 20. Jahrhunderts wurden im gesamten australischen Outback pedalbetriebene Radios eingesetzt , um in abgelegenen Stationen und Städten Schulbildung ( School of the Air ), medizinische Versorgung und andere Bedürfnisse zu decken.

Ein Tachogenerator ist ein elektromechanisches Gerät, das eine zur Wellendrehzahl proportionale Ausgangsspannung erzeugt. Er kann für Drehzahlmesser oder in einem Drehzahlregelungssystem eingesetzt werden. Tachogeneratoren werden häufig zur Stromversorgung von Drehzahlmessern verwendet , um die Drehzahlen von Elektromotoren, Verbrennungsmotoren und den von ihnen angetriebenen Geräten zu messen. Generatoren erzeugen eine Spannung, die annähernd proportional zur Wellendrehzahl ist. Durch präzise Konstruktion und Auslegung können Generatoren so gebaut werden, dass sie für bestimmte Wellendrehzahlbereiche sehr genaue Spannungen erzeugen.

Das nebenstehende Diagramm zeigt ein Ersatzschaltbild eines Generators mit Last. Der Generator wird als abstraktes Modell mit idealer Spannungsquelle und Innenwiderstand dargestellt. Die Generatorparameter lassen sich durch Messung des Wicklungswiderstands (korrigiert auf die Betriebstemperatur ) sowie der Leerlauf- und Lastspannung bei definierter Stromstärke bestimmen. ${\displaystyle V_{\text{G}}}$${\displaystyle R_{\text{G}}}$

Dies ist das einfachste Modell eines Generators; für eine genaue Darstellung müssen gegebenenfalls weitere Elemente hinzugefügt werden. Insbesondere kann die Induktivität berücksichtigt werden, um die Wicklungen der Maschine und den magnetischen Streufluss zu erfassen ^{[ 25 ]} , aber eine vollständige Darstellung kann wesentlich komplexer ausfallen. ^{[ 26 ]}