Der Unterschied – 1 oder 3 phasiger Strom
Um den Unterschied zwischen 1-phasen Strom und 3-phasen Strom Generator zu verstehen, muss man zuerst die Funktion eines Generators verstehen. Die nachfolgende Erklärung ist absichtlich sehr vereinfacht, damit auch ein Laie die Funktionsweise eines Synchrongenerators versteht.
Der Synchrongenerator besteht aus den folgenden Komponenten
Der Stator :
Der Stator ist das wichtigste Teil und besteht aus Spulen und Eisenplatten. Der Stator steht still. In dem Stator befinden sich Spulen. Bei dem 3-phasen Strom Generator sind 3 Spulen eingebaut und bei dem 1-phasen Strom Generator ist es nur 1 Spule. Die Spule(n) ist/sind mit der Steckdose über die der erzeugte Strom am Bedienpanel abgenommen wird, verbunden.
Der Rotor oder auch Läufer genannt :
Um in der Stator Spule Strom zu erzeugen, gibt es den Rotor. In dem Rotor ist 1 Spule eingebaut, das gilt für 1-phasen Strom als auch bei 3-phasen Stromgeneratoren. Der Rotor dreht sich in dem Stator. Der Rotor muss sich bei einem 50 Hz Spannungssystem mit ca. 3000 Umdrehungen pro Minute drehen, denn 3000: 60 s = 50 oder 50Hz.
Der Spannungsregler :
Da aber nicht immer eine konstante Drehzahl des Antriebsmotors von 3000 Umdrehungen gewährleistet ist, wird ein Spannungsregler benötigt. Dieser Spannungsregler reguliert die Spannung die vom Stator erzeugt wird.
Hierbei gilt:
- Je höher der Strom – umso höher ist auch die Spannung in der Stator Spule
- Je mehr Verbraucher, also Last die am Generator angeschlossen wird, umso höher ist der Strom im Rotor. Die Spannung bleibt aber gleich!
Um die Ausgangsspannung immer konstant zu halten, muss der Rotorstrom über einen AVR Spannungsregler automatisch geregelt werden. Würde die Spannung nicht geregelt werden und die Stromverbraucher die Drehzahl des Antriebsmotors durch ihre Last verändern, dann würde sich die Spannung verändern. Daher ist der AVR Spannungsregler ein sehr wichtiges Bauteil bei dem Stromgenerator.
Welchen Generatortyp du für welche Last einsetzen kannst, können Sie aus der folgenden Tabelle entnehmen :
Welcher Generator passt für welche Last?
Quelle : Rotek
Vor dem Stromgenerator kaufen müssen Sie grundlegend entscheiden ob Sie 3-phasige Verbraucher anschließen möchten.
Haben Sie keine 3-phasigen Verbraucher zum Anschließen dann können Sie einen 1-phasigen Generator kaufen
- Vorteile: An dem Generator ist die Leistung bei 230V verfügbar. Das ist auch in Bezug auf den Anlaufstrom sehr wichtig. ( Siehe Ratgeber Anlaufstrom !)
Sie haben keine Probleme mit Schräglasten.
- Nachteile: Der Anschluss von 400V Verbrauchern mit 3-phasigen ist nicht möglich.
Derzeit nur 1-phasiger Verbraucher, aber eventuell/vielleicht in der Zukunft auch 3-phasige Verbraucher :
Hier sollten Sie entscheiden, für welchen Stromgeneratortyp Sie sich entscheiden. Dazu die Vor- und Nachteile vom 1- und 3-phasigen Generator beachten. Sollte nicht unbedingt ein 3-phasiger Generator notwendig sein, dann ist das 1-phasige Modell genau die richtige Wahl.
Es sollen nur 3-phasige Verbraucher an dem Stromgenerator angeschlossen werden :
In diesen Fall benötigen Sie einen 3-phasigen Generator.
- Vorteile: Anschluss und Betrieb von 400 Volt Verbrauchern mit 3-phasen möglich.
- Nachteile: Solange keine 1-phasigen 230V Verbraucher zusätzlich angeschlossen werden gibt es keine Nachteile.
Bitte beachten: Es darf die Generatorleistung auch durch den Anlaufstrom von Drehstrommotoren nicht überschritten werden!
Sie möchten 1- als auch 3-phasige Verbraucher gleichzeitig betreiben, dann sollten Sie folgendes beachten:
Probleme bei 3-phasen Strom Generatoren mit 1-phasigen Verbrauchern
Es gibt keine Probleme solange nur die 230V Steckdose am Frontpanel des 3-phasigen Stromgenerators verwendet wird. Es sollte jedoch die Leistung beachtet werden die nur 1/3 der Gesamtleistung beträgt.
Es sollten keine 400 Volt Verbraucher angeschlossen werden, da die unbelasteten Phasen evtl. eine Überspannung aufweisen können.
Wird neben der 3-phasigen Last auch eine kleine 1-phasige Last angeschlossen, dann stellt das auch kein Problem dar. Bei den meisten Stromgeneratoren darf die maximale Schräglast bis zu 50% betragen.
Das heißt an einem 6kVA Generator lassen sich folgende Verbraucher anschließen
Jede der 3 Spulen kann bis zu 2.000 VA liefern. Beachtet man die 50% Schräglast dann sind das 1.000 VA. 1.000VA entsprechen einer Wattleistung von etwa 800 W. Das heißt, dass an dem 6kVA Stromgenerator neben der 3-phasige Last auch ein 800 Watt Verbraucher mit 1-phase unkritisch betrieben werden kann.
ACHTUNG: Auch bei der Leistung von max. 1000 VA sollte unbedingt der Anlaufstrom beachten werden!
Es wird problematisch wenn ein Stromgenerator mit 3-phasen Strom mit über 50% Schräglast belastet wird. Der Synchrongenerator kann IMMER nur EINE Stellgröße für die Ausgangsspannung besitzen. Sollte die Belastung jetzt ungleich durch Schrägbelastung von mehr als 50% sein, kann die Spannung durch den AVR Spannungsregler nicht mehr richtig ausgeregelt werden.
Im Betrieb geschieht folgendes:
- Es fällt an der Phase mit der höchsten Last die Spannung unter die Nennspannung und es entsteht eine Unterspannung.
- Die Spannung steigt an der Phase mit der geringsten Last und es entsteht eine Überspannung.
Ist die Schräglast zu hoch dann können angeschlossene Geräte im schlimmsten Falle beschädigt werden!
Ein Bespiel wie schnell eine zu hohe Schräglast von über 50% entstehen kann:
- An Phase 1 ist ein LCD Fernseher mit einer Leistung von 280 Watt angeschlossen
- An Phase 2 ist eine Gefriertruhe mit einer Nennleistung von 300 Watt angeschlossen
- An Phase 3 sind 3 x 100 W Glühbirnen mit einer Gesamtleistung von 300 Watt angeschlossen
Die Phasenbelastung sieht auf dem ersten Blick gut aus und selbst, wenn jetzt einzelne Verbraucher abgeschaltet werden würden, hätte das keinen Einfluss darauf, da man immer noch bei den erlaubten 50% Schräglast bleiben würde.
Jetzt geschieht aber folgendes:
- Phase 1 mit dem LCD-Fernseher geht in den Standby und verbraucht nur noch 1 Watt anstelle 280 Watt.
- Bei Phase 2 mit der Gefriertruhe läuft der Kompressor an benötigt einen Anlaufstrom von etwa 9 A. Das ist eine Anlaufleistung von etwa 2.070VA!
- Phase 3 mit den 3 Glühbirnen, die leuchten weiter.
Es könnten sich daraufhin folgende Spannungen ergeben:
- N-L1 = 190 V =Unterspannung
- N-L2 = 256 V = Überspannung von ca. 3 Volt, da max. 253 Volt erlaubt sind
- N-L3 = 238 V = ok
Im schlimmsten Falle könnte die Elektronik von der Gefriertruhe oder das Netzteil des Fernsehers beschädigt werden. Für normeles Werkzeug wie etwa Winkelschleifer, Bohrmaschinen oder andere Elektrowerkzeuge sind diese Spannungsverschiebungen im Allgemeinen kein Problem und eher unkritisch. Bei elektronischen Geräten wie etwa Fernseher, PC´s oder elektronische Steuerungen sieht das anders aus und kann zu Beschädigungen oder Störungen führen.
Das was wir bereits oben erklärt haben, gilt für alle Schnellläufer-Stromgeneratoren. Es gibt aber auch voll schräglasttaugliche Generatoren, wie etwa die Rotek GD4W-Serie. Aufgrund ihrer Baugröße können diese Generatoren allerdings nicht überall eingesetzt werden und sind auch sehr teuer. Es gibt jedoch auch geeignete Schutzmechanismen, die eine zu hohe Spannung verhindern, diese verbessern aber die Generatorleistung nicht. Das ist technisch leider derzeit noch nicht möglich, aber bietet einen gewissen Schutz vor Beschädigung der angeschlossenen Verbraucher.
Warum ist der Einsatz von Schutzmechanismen sinnvoll?
Alle angeschlossenen Verbraucher wirken auf den Stromgenerator und die eingebaute Spannungsregelung. Wird ein etwa ein 3-phasen Strom Generator mit unterschiedlichen Verbrauchern mit 1-phasen und 3-phasen belastet, wirkt sich jeder einzelne der angeschlossenen Verbraucher auf den Generator aus und beeinflusst diesen durch Anlaufströme, Rückwirkungen von eingebauten Schaltnetzteilen oder den kapazitiven und induktiven Anteil von Verbrauchern. Es kann auch durchaus sein, dass der Stromgenerator 99% der Betriebszeit einwandfrei funktioniert, auch wenn dieser weit außerhalb seiner eigentlichen Spezifikation betrieben wird.
Jedoch besteht immer die Gefahr, dass es durch ein ungünstiges Zusammenspiel der Lasten, zu einer Über-/Unterspannung kommt. Diese kann die angeschlossenen Geräte beschädigen. Durch den Schutzmechanismus ist gewährleistet, dass alle angeschlossenen Verbraucher bei einer kritischen Über- oder Unterspannung vom Stromgenerator getrennt werden.
Welche Schutzmechanismen gibt es?
Es gibt unterschiedliche Schutzmechanismen die eingesetzt werden können. Bei empfindlichen Verbrauchern empfiehlt sich eine unterbrechungsfreie Stromversorgung auch USV genannt. Alternativ kann auch eine Spannungsstabilisierungseinheit verwendet werden.
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