Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
Bild 8.2
Struktur und Komponenten des Antriebsstrangs und der Netzeinspeisung einer Windener-
gieanlage mit Vollumrichter
richter in der Anwendung, bei denen der Ständer des Generators am Netz liegt und der Rotor
über Umrichter verbunden ist. Dabei wird die Asynchronmaschine mit Schleifringläufer ver-
wendet.
Die elektrischen Komponenten der drehzahlvariablen Windenergieanlage werden in diesem
Kapitel behandelt. Dies sind der Generator, der Frequenzumrichter, die Regelung für Genera-
tor und Umrichter, der Transformator, das Netzfilter und weitere elektrische Komponenten.
Dabei werden die bei derzeit neu installierten Windenergieanlagen zum Einsatz kommenden
verschiedenen Leistungselektronik-Generatorkonzepte betrachtet.
8.2 Wechselspannungs- und
Drehspannungssystem
Einführend sollen einige Grundlagen aus der Elektrotechnik aufgeführt werden, um das Ver-
ständnis dieses Kapitels für Fachfremde zu verbessern.
Es werden hier stationäre Verhältnisse und sinus- bzw. cosinusförmige Größen einer Frequenz
vorausgesetzt.
Die elektrische Leistung wird über Wechselstrom transportiert, umgeformt und verteilt. Leis-
tung wird durch die elektrischen Größen Strom und Spannung erzeugt. Diese Größen, z. B. die
Spannung,
U
(
t
) oder
u
(
t
) geschrieben, weisen eine feste Amplitude
b
U
auf und ändern sich
cosinusförmig mit der Zeit
t
proportional zur Kreisfrequenz
!
=
2
ºf
der Spannung:
p
2
U
·
cos(
!t
+
'
U
)
=
U
·
cos(
!t
+
'
U
)
u
(
t
)
=
(8.1)
U
: Scheitelwert,
U
: Effektivwert,
!
: Kreisfrequenz,
'
U
: Phasenwinkel, jeweils der Spannung
Dabei wird für den allgemeinen Fall eine Phasenverschiebung
'
U
der Spannung angenom-
men. Bei höheren Leistungen, in Deutschland oberhalb 3,7 kW (16 A) in 230-V/400-V-Netzen,
wird ein dreiphasiges Netz verwendet, wobei im Allgemeinen auch ein Nullleiter vorhanden
ist. Windenergieanlagen werden an solche Drehstromnetze angeschlossen. Ein solches Netz
weist Drehspannungen auf, dies sind sinusförmige, symmetrische Spannun
ge
n. Die Spannun-
gen in den drei Phasen weisen in diesem Fall die gleiche Amplitude
p
2
·
U
und Kreisfre-
quenz
!
auf und haben einen Phasenversatz von 120
±
zwischen den Phasen. Die aufgeführten
b
U
=
