Synchrongenerator einfach erklärt – in 5 Minuten

Ein Synchrongenerator ist eine Maschine, deren gleichstromerregtes Polrad exakt im Takt der Netzfrequenz umläuft und dabei in der Ständerwicklung drei um 120° versetzte Spannungen erzeugt. Die fünf Minuten sind Lesezeit – am Ende weißt du, was das Ding tut, ob du überhaupt einen hast und an welchen zwei Schrauben du drehst.

Der Rotor (Polrad) wird mit Gleichstrom erregt und trägt dadurch ein Magnetfeld mit sich herum. Ein Antrieb – Gasmotor, Turbine, Wasserrad – dreht dieses Feld, und die stillstehende Ständerwicklung sieht ein wanderndes Magnetfeld, in dem Spannung induziert wird. „Synchron" heißt: Der Rotor dreht sich exakt so schnell, wie es die Netzfrequenz vorgibt – kein Schlupf, kein Nachlaufen. Steht die Maschine am Netz, ist sie netzstarr; sie kann nicht schneller drehen, nur mehr Moment gegen das Netz stemmen.

Geh ans Typenschild des Generators (nicht des Motors). Vier Indizien sprechen für synchron: Die Leistung steht in kVA zusammen mit einem cosφ (meist 0,8), es gibt Erregerdaten (Erregerspannung/Erregerstrom, oft als „Exc. V / Exc. A"), im Klemmenkasten oder Anbaukasten sitzt ein Spannungsregler (AVR), und die Nenndrehzahl ist eine glatte Zahl wie 1500 oder 3000 min⁻¹. Steht dort dagegen nur kW, keine Erregerdaten, kein Regler und eine krumme Drehzahl wie 1515 min⁻¹, hast du einen Asynchrongenerator – der arbeitet mit Schlupf und braucht seine Magnetisierung aus dem Netz.

Die Drehzahl ergibt sich zwingend aus Netzfrequenz und Polpaarzahl: n = 60 · f / p, mit n in Umdrehungen pro Minute, f in Hertz und p als Polpaarzahl. Bei 50 Hz heißt das: p = 1 → 3000 min⁻¹, p = 2 → 1500 min⁻¹, p = 3 → 1000 min⁻¹, p = 4 → 750 min⁻¹. Deshalb laufen die meisten BHKW-Generatoren mit 1500 Touren – das ist keine Einstellung, sondern Physik. Umgekehrt kannst du aus der Nenndrehzahl auf dem Schild direkt zurückrechnen, wie viele Polpaare die Maschine hat.

Am Netz hast du genau zwei getrennte Stellgrößen. Erstens das Antriebsmoment, also Gas- oder Wasserzufuhr: Das bestimmt die Wirkleistung P in kW. Zweitens den Erregerstrom: Der bestimmt die Blindleistung Q in kvar. Übererregt liefert die Maschine induktive Blindleistung ans Netz, untererregt bezieht sie welche. Der Denkfehler, den fast jeder einmal macht: Mehr Erregung bringt keine einzige Kilowattstunde mehr – sie verschiebt nur den cosφ. Und mehr Gas hebt den cosφ nicht, es hebt die kW.

Läuft dein Generator dauerhaft untererregt, zieht er Blindarbeit aus dem Netz, und die taucht als kvarh auf der Netznutzungs- oder Lieferantenrechnung auf. Viele Netzbetreiber rechnen Blindarbeit erst ab, wenn der cosφ unter den im Preisblatt genannten Zielwert rutscht – üblich ist 0,9, verbindlich ist aber immer dein Preisblatt. Selbsttest in einer Minute: Nimm die Jahres- oder Monatswerte kvarh und kWh vom selben Zählpunkt und rechne tanφ = kvarh ÷ kWh. Liegt das Ergebnis über rund 0,48, bist du jenseits von cosφ 0,9 und hast ein Thema.

Der Synchrongenerator bringt seine Erregung selbst mit. Deshalb kann er ein Inselnetz aufbauen und Spannung und Frequenz allein vorgeben – die Grundlage für Notstrom und Schwarzstart. Der Asynchrongenerator braucht dafür ein Netz oder Selbsterregungs-Kondensatoren. Dazu kommen zwei Systemeigenschaften: Die rotierende Masse stützt die Frequenz in den ersten Sekundenbruchteilen einer Störung (Momentanreserve), und die Maschine liefert im Fehlerfall Kurzschlussleistung, an der der Netzschutz überhaupt erst auslösen kann. Bei modernen Windenergieanlagen sitzt dagegen ein Vollumrichter dazwischen – dort ist die Drehzahl nicht mehr netzstarr.

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