Wie funktioniert der Generator?
Bei unserem Generator handelt es sich um einen schleifringlos erregten Synchrongenerator. Gedanklich könnte man den Generator in zwei wesentliche Baugruppen unterteilen. Zum einen in den eigentlichen “Stromerzeuger”, einer Drehstrom-Synchronmaschine (1), und zum zweiten in die Erregermaschine (2), die beide auf ein und der selben Welle laufen. Damit die Drehstrom-Synchronmaschine arbeiten kann, ist ein magnetisches Feld im Läuferkreis notwendig (Innenpolmaschine). Das heißt, durch eine gleichstromerregte Läuferwicklung (Erregerwicklung) (3) muss ein magnetisches Feld (Erregerfeld) erzeugt werden um in den Ständerwicklungen (4) einen Strom zu induzieren. Dies übernimmt die Erregermaschine (2). Sie ist eine Läufermaschine (Außenpolgenerator), die die elektrische Leistung erzeugt, welche notwendig ist, um die Erregerwicklung eines Generators (3) mit Strom zu versorgen. Dabei wird zusätzlich eine Leistungsregelung für den Generator zwischen der Erregermaschine und dem Generator über eine zusätzliche Steuerung (5) realisiert. Der Drehstromgenerator wird also mit einem Gleichstromfeld erregt. Durch einen fest im Läufer (6) der Erregermaschine eingebauten 
mitrotierenden Diodengleichrichter (7) wird die Spannung der Erregermaschine gleichgerichtet und auf die Erregerwicklung im Läufer (8) des Generators übertragen. Die Erregermaschine erregt sich dabei selbst, das heisst sie hat ihre Erregerwicklungen im Ständer (9) die eine Induktionsspannung in der Läufer-Wicklung (6) erzeugt. Um die Kohlebürsten und Schleifringe einzusparen, die bei statischen Erregereinrichtungen zur Übertragung der Erregerenergie auf die Läuferwicklung (Erregerwicklung) notwendig sind, werden Läufer und Erregermaschine auf derselben Welle untergebracht. Hierbei handelt es sich um das Prinzip der bürstenlosen Erregung. Der große Vorteil dabei ist, dass keine bewegten Verschleißteile mehr vorhanden sind. Die Leistung des Generators, in Form eines Dreiphasen-Wechselstroms, kann an den Klemmen der Ständerwicklungen (4) abgenommen werden. Durch ein Lüfterrad (10), welches zusätzlich mit auf der Generatorwelle angebracht ist, wird der Generator gekühlt.
Was ist denn nun Dreiphasenwechselstrom?
Dreiphasen-Wechselstrom, je nach Bezug auch als Dreiphasen-Wechselspannung bezeichnet, wird in der Elektrotechnik eine Form von Drehstrom benannt, umgangssprachlich manchmal auch Kraftstrom oder Starkstrom genannt, die aus drei einzelnen Wechselströmen oder Wechselspannungen gleicher Frequenz besteht, welche zueinander eine feste Phasenverschiebung von 120° aufweisen. Werden in einem Generator im einfachsten Fall drei 
Spulen (4) im Kreis um jeweils 120° versetzt angeordnet, entstehen bei einem dazu zentrisch rotierenden Drehfeld drei zeitlich ebenso versetzte Wechselspannungen. Bei unserem Generator geschieht dies durch die rotierenden Erregerwicklung (3) im Läufer (8). Die Wechselspannungen erreichen ihre maximale Auslenkung zeitlich um je eine drittel Periode versetzt nacheinander. Der zeitliche Versatz der Außenleiterspannungen wird durch die Phasenlage beschrieben. Die drei Leiter werden als Außenleiter bezeichnet und üblicherweise mit L1, L2 und L3 abgekürzt. Früher waren als Bezeichnung für die Außenleiter auch die Bezeichnung Phasenleiter mit den Abkürzungen R, S und T gängig. Dies bedeutsame Schaltung der Drehstromtechnik ist eine so genannte Sternschaltung mit einem Mittelpunkt, der mit einem Neutralleiter N verbunden wird. Dieser führt bei gleichmäßiger Belastung der drei Außenleiter keinen Strom. Eine weitere wichtige Schaltung ist die Dreieckschaltung, in welcher kein Neutralleiter vorkommt. In Dreiphasensystemen wird die Spannung zwischen zwei beliebigen Außenleitern als verkettete Spannung bezeichnet, die Spannung zwischen dem Neutralleiter und einem beliebigen Außenleiter als Sternspannung. In der folgenden Abbildung sehen Sie den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Spannungen. Die drei verketteten Spannungen sind mit durchgehenden Linien gezeichnet und mit erhöhter Amplitude, die drei Sternspannungen sind gestrichelt eingezeichnet. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Sternspannungen um 30° phasenverschoben sind. Dieser Umstand ist sehr komplex und soll daher hier nicht weiter erläutert werden.
Die Normspannung im Netz der Stromversorgung betrug früher 220/380 Volt. Sie wurde seit 1987 im Zuge einer weltweiten Vereinheitlichung auf 230/400 Volt angehoben. Die Spannung wie sie ein Meßgerät anzeigt, ist ihrerseits kein Absolutwert, sondern ein Mittelwert aus der Spannungskurve, die der Wechselstrom von null bis zum Erreichen des Höchstwerts durchläuft. Die mit dem Meßgerät ermittelte "Effektivspannung" ist also niedriger als die "Scheitelspannung" der Wechselstromkurve. Dies ist in der Abbildung auch deutlich zu erkennen, denn die Scheitelpunkte sind deutlich höher als die bekannten Normspannungen.
Weiterhin bleibt zu erwähnen, dass die Frequenz in diesem System 50 Hz beträgt. Das bedeutet, dass eine komplette Schwingung, hier im Beispiel also der Bereich zwischen den beiden roten Strichen auf der L1 zu L2-Linie, pro Sekunde 50 mal durchlaufen wird.
Hinweise zum Betrieb des Stromerzeugers
Vor jeder Inbetriebnahme ist zu prüfen, dass die Gesamtleistung der anzuschließenden Verbraucher nicht die Nennleistung des Stromerzeugers überschreitet. Beachten Sie dabei, dass elektromotorische Verbraucher einen mehr oder weniger hohen Anlaufstrom benötigen und einen totalen Spannungseinbruch verursachen können. Außerdem ist mit Verbrauchern wie Elektromotoren, eine Blindleistungsaufnahme verbunden, die insbesondere in hohem Maße während des Einschaltaugenblickes auftritt. Zu beachten ist, dass sich die bei Elektromotoren auf dem Leistungsschild angegebene Wirkleistung in W oder kW auf die an der Welle abgegebene mechanische Leistungsangabe bezieht. Die tatsächlich aufgenommene Leistung in VA oder KVA muss aus dem angegebenen Nennstrom, dem Leistungsfaktor cos φ, oder dem Wirkungsgrad bestimmt werden.
Beispiel: Ein 1,5 kW Drehstrommotor mit einem Leistungsfaktor von 0,8 ist mit einem Nennstrom von 3,4 A bei 400 V angegeben. Die Leistungsaufnahme beträgt für diesen Motor demnach 3,4 x 400 x √3 = 2356 VA und die aufgenomme Wirkleistung dann entsprechend 2356 x 0,8 = 1884 W. Hinzu kommt, dass dieser Elektromotor während des Einschaltens ein Vielfaches des angebenenen Nennstromes aufnimmt. In der Regel sind Generatoren mit einem cos φ von 0,8 unempfindlicher in Bezug auf Spannungseinbrüche zum Zuschalten und Betreiben von induktiven Verbrauchern. Die Leistungsabgabe des Stromerzeugers selbst wird in VA angegeben, der so genannten Scheinleistung. Die tatsächlich abgegebene Wirkleistung wird hier ebenfalls durch den zugehörigen Leistungsfaktor bestimmt. Wir finden auf dem Typenschild des Generator deshalb ebenfalls einen Leistungsfaktor Kosinus phi (cos φ). In diesem Falle muss die auf dem Typenschild angegebene Leistung mit dem Leistungsfaktor 0,8 multipliziert werden um die tatsächlich entnehmbare Leistung (Wirkleistung) zu bestimmen. Das bedeutet z.B. bei 400 V ~ und 6000 VA angegebener Leistung, das effektiv nur 4800 W (6000 VA x 0,8) entnommen werden können. Der Rest in Höhe von 1200 VAr (Volt-Ampere-reaktiv) wechselt durch die Phasenverschiebung als Blindleistung immer zwischen Generator und Verbraucher hin und her. Das gilt für induktive bzw. kapazitive Verbraucher, wie Elektromotoren. Bei ohmschen Verbrauchern, wie elektrische Heizungen, gibt es keine Phasenschiebung von Spannung und Strom und das bedeutet das hier die volle Leistung entnommen werden kann.
Nun haben wir in den vorhergehenden Ausführungen nur über Dreiphasen-Drehstromverbraucher gesprochen. Die meisten Verbraucher bei der Feuerwehr sind jedoch Einphasen- Wechselstrom-Verbraucher die mit 230 V~ betrieben werden. Hier sieht es noch etwas anders aus, denn der 
Leistungsfaktor unseres Stromerzeugers beträgt hier nur 0,9 bei einer maximalen Leistung von 3700 VA. Bei ohmschen Verbrauchern, also Flutlicht-Scheinwerfern beispielsweise, steht die volle Wirkleistung des Generators zur Verfügung, weil bei solchen Geräten der Leistungsfaktor gleich 1,0 ist. Am wichtigsten ist jedoch beim Betrieb des Stromerzeugers auf das Belastungsmessgerät zu achten. Auf der linken Skala (1) wird die Gesamtbelastung des Generators angezeigt und ist deshalb mit dem 3~ Symbol gekennzeichnet. Der Zeiger darf sich nicht dauerhaft im roten Skalenbereich befinden. Weiterhin leuchtet die rote LED (2) wenn die Last nicht gleichmäßig verteilt ist und eine Phase dadurch überlastet ist. Man spricht dann von einer so genannten Schieflast. Das bezieht sich auf die Entnahme von Einphasen- Wechselstrom. Bei der Entnahme von 230 V~ erfolgt dies ja bekanntlich über den Nullleiter N und jeweils einer Phase L1, L2 oder L3. Es ist dabei darauf zu achten, dass möglichst alle Phasen gleichmäßig zu belasten sind. Wenn die Taste am Schaltkasten gedrückt gehalten wird, zeigt das Messgerät noch die Spannung zwischen dem Nullleiter und einer Phase an (3).
Übersichtsschaltplan des Stromerzeugers
