Funktionalität AVR – Stabilität für empfindliche Verbraucher

Einleitung und Zusammenfassung

Ein Automatic Voltage Regulator (AVR) ist ein elektronisches Gerät, das die Spannung eines Generators automatisch auf einem konstanten Niveau hält. Ohne AVR schwankt die Ausgangsspannung je nach Last und Motordrehzahl – das kann für empfindliche Geräte wie Computer oder Heizungssteuerungen gefährlich werden. Der AVR überwacht daher kontinuierlich die Spannung am Generator und regelt sie so nach, dass sie stabil bleibt. Dadurch werden Spannungsspitzen oder -abfälle verhindert und die angeschlossenen Verbraucher zuverlässig geschützt.

Insbesondere bei Notstromaggregaten sorgt der AVR dafür, dass der Generator flexibel auf Laständerungen reagieren kann und bei Parallelbetrieb mehrerer Aggregate eine gleichmäßige Lastverteilung erreicht wird. Moderne AVRs arbeiten vollständig elektronisch und reagieren sehr schnell – so bleibt die Spannung selbst bei hohen Einschaltströmen oder plötzlichen Lastwechseln innerhalb enger Toleranzen. Für den Anwender bedeutet dies: sichere Stromversorgung und längere Lebensdauer der angeschlossenen Geräte.

AVR liefert im Wesentlichen die gleiche Leistung wie ein Inverter. Bei Generatoren, die mit AVR (Automatic Voltage Regulator) ausgestattet sind, begrenzt diese Funktion die Variation der Spannung Ihres Generators auf +/- 2 %. Mit einem mit AVR ausgestatteten Generator können Sie empfindliche Geräte wie Computer oder Steuerungen von Heizungen etc. betreiben.

Technische Details: Funktionsprinzip und Erregersysteme

Der AVR ist Teil des Erregersystems eines Generators. Er misst die Klemmenspannung des Generators, vergleicht sie mit einem Sollwert und steuert den Erregerstrom so, dass Abweichungen ausgeglichen werden. Dabei wird die Spannung am Exciter‑Stator erhöht oder verringert, um die Spannung am Hauptstator zu stabilisieren. Diese Regelung geschieht in einem geschlossenen Regelkreis und sorgt dafür, dass die Ausgangsspannung trotz Lastwechseln konstant bleibt.

Neben klassischen elektromechanischen Reglern, die mechanische Komponenten zur Regelung nutzen, gibt es heute vor allem statische und digitale AVRs. Statische AVRs arbeiten mit Halbleitern und bieten schnelle Reaktionszeiten und hohe Regelgenauigkeit. Digitale AVRs besitzen zusätzlich Mikroprozessoren, durch die sich Parameter programmieren und Regelfunktionen anpassen lassen. Servo‑ oder computer­gesteuerte Regler sind für Sonderanwendungen gedacht, in denen mehrere Generatoren parallel arbeiten müssen.

Erregersysteme: Shunt, AREP, PMG und AREP+

Bei Generatoren mit AVR spielt das Erregersystem eine entscheidende Rolle. Es liefert den Gleichstrom, der das Magnetfeld im Rotor aufbaut. Heute verbreitet sind drei Hauptsysteme:

• Shunt‑Erregung: Der AVR bezieht seine Energie direkt aus der Dreiphasenspannung des Hauptstators. Diese Bauart ist einfach und kostengünstig. Sie eignet sich für kleinere Aggregate bis etwa 250 kVA und lineare Lasten, reagiert aber empfindlich auf Spannungseinbrüche und nichtlineare Verbraucher. Die Kurzschlussleistung ist auf etwa 100 % der Nennleistung begrenzt.

• AREP‑System (Auxiliary Winding): Zusätzlich zu den Hauptwicklungen sind zwei Hilfswicklungen (H1 für die Spannung und H3 für den Strom) im Ständer eingebettet. Sie versorgen den AVR mit Gleichspannung, die weniger anfällig für Spannungseinbrüche und Verzerrungen ist. AREP‑Generatoren erreichen bis zu 300 % Kurzschlussstrom für ca. 10 Sekunden und eignen sich besser zum Starten von Motoren.

• PMG‑Erregung (Permanent Magnet Generator): Hier treibt ein kleiner Permanent‑Magnet‑Generator auf der gleichen Welle den AVR an. Dadurch ist die Spannungsregelung unabhängig vom Hauptstator und bietet eine sehr schnelle Spannungswiederherstellung sowie hohe Kurzschlussleistung. Diese Lösung ist ideal für große Motoranläufe oder Anwendungen mit hoher Impulsbelastung, allerdings teurer und konstruktiv aufwendiger.

• AREP+‑System: Eine hybride Variante, die AREP‑Hilfswicklungen mit Permanentmagnet‑Einsätzen kombiniert. Dadurch verbessert sich die Anlaufleistung um bis zu 30 % und die Reaktion bei großen Lastsprüngen. Für Anwendungen mit hohen Anlaufströmen oder stark nichtlinearen Lasten kann AREP+ eine wirtschaftliche Alternative zum PMG sein.

Unterschied zwischen AVR und SVR

Ein AVR ist fest im Generator integriert und regelt die Erregung des Alternators. Er ist also eine Komponente des Generators und arbeitet mit Gleichstrom im Erregerkreis. Im Gegensatz dazu ist ein Static Voltage Regulator (SVR) ein eigenständiges Gerät zur Stabilisierung von Wechselspannung in externen Netzen. Der SVR misst kontinuierlich die Eingangs‑ und Ausgangsspannung und regelt über Halbleiter wie Thyristoren oder Transistoren die Spannung so nach, dass sie konstant bleibt. Er arbeitet sehr effizient, reagiert schnell und liefert eine saubere sinusförmige Ausgangsspannung. SVR‑Geräte sind kompakt und verschleißfrei, aber komplexer und meist teurer als einfache Spannungsstabilisatoren. Zudem erzeugen sie Abwärme und benötigen eine ausreichende Kühlung. Während der AVR also die Spannung eines Generators regelt, wird ein SVR eingesetzt, um Netzspannungen für empfindliche Verbraucher oder ganze Gebäude stabil zu halten – etwa in Rechenzentren, Industrieanlagen oder medizinischen Einrichtungen.

Fazit

AVR‑gesteuerte Generatoren sind für viele Anwendungen unerlässlich: Sie stabilisieren die Ausgangsspannung, schützen angeschlossene Geräte und ermöglichen den Parallelbetrieb mehrerer Aggregate. Die Wahl des Erregersystems (Shunt, AREP, PMG oder AREP+) hängt von der geforderten Leistungsreserve, dem Belastungsprofil und den Kosten ab. Shunt‑Erregung genügt für einfache, lineare Lasten. AREP bietet höhere transienten Leistungsreserven, PMG maximale Stabilität bei großen Anlaufströmen, und AREP+ stellt einen attraktiven Hybrid dar. Für externe Spannungsregelung außerhalb des Generators sind statische Spannungsregler (SVR) eine eigenständige Lösung, die Spannungsschwankungen im Netz kompensiert und so empfindliche Verbraucher schützt.