Ein doppelt gespeister Induktionsgenerator ist, wie der Name schon sagt, ein dreiphasiger Induktionsgenerator, bei dem sowohl die Rotor- als auch die Statorwicklung mit einem dreiphasigen Wechselstromsignal gespeist werden. Es besteht aus mehrphasigen Wicklungen, die sowohl am Rotor- als auch am Statorkörper angeordnet sind. Es besteht auch aus einer mehrphasigen Schleifringanordnung zur Kraftübertragung auf den Rotor. Es wird typischerweise zur Stromerzeugung in Windkraftanlagen verwendet.

Bevor wir uns näher mit einem Double-Fed-Induktionsgenerator befassen, der in Windkraftanlagen verwendet wird, möchten wir Ihnen eine kurze Vorstellung von der Stromerzeugung mit Windenergie geben.

Wie wir bereits wissen, ist die Windenergie in jüngster Zeit eine der am häufigsten genutzten erneuerbaren Energiequellen. Große Turbinen drehen sich entsprechend dem Wind und dementsprechend wird Strom erzeugt. Im Allgemeinen arbeiten die Windturbinengeneratoren in einem Bereich von Windgeschwindigkeiten zwischen der Abschaltgeschwindigkeit (minimale Windgeschwindigkeit, die erforderlich ist, damit der Generator an das Stromnetz angeschlossen wird) und der Abschaltgeschwindigkeit (maximale Windgeschwindigkeit, die erforderlich ist, damit der Generator vom Stromnetz getrennt wird) ).

4 Arten von Windkraftanlagen:

Typ 1: Es besteht aus einem Käfigläufer-Induktionsgenerator, der direkt an das Stromnetz angeschlossen ist. Es wird für einen kleinen Bereich der Windgeschwindigkeit verwendet.
Typ 2: Es besteht zusätzlich zum Induktionsgenerator aus einem AC-DC-AC-Wandler, bevor es an das Stromnetz angeschlossen wird.
Typ 3: Es besteht aus einem Wickelrotor-Induktionsgenerator, der direkt an das Netz angeschlossen ist und dessen Rotordrehzahl mit einem Rheostat eingestellt wird.
Typ 4: Es besteht aus einem doppelt gespeisten Induktionsgenerator, der direkt an das Netz angeschlossen ist und dessen Rotordrehzahl mithilfe von Back-to-Back-Wandlern eingestellt wird.

Grundlegende Einführung in die Stromerzeugung aus der Windenergie mit dem Double Fed Induction Generator.

Die DFIG besteht aus einem 3-Phasen-Wickelrotor und einem 3-Phasen-Wickelstator. Der Rotor wird mit einem 3-Phasen-Wechselstromsignal gespeist, das einen Wechselstrom in den Rotorwicklungen induziert. Wenn sich die Windkraftanlagen drehen, üben sie eine mechanische Kraft auf den Rotor aus, wodurch er sich dreht. Wenn sich der Rotor dreht, dreht sich auch das aufgrund des Wechselstroms erzeugte Magnetfeld mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Frequenz des an die Rotorwicklungen angelegten Wechselstromsignals ist. Infolgedessen fließt ein ständig rotierender Magnetfluss durch die Statorwicklungen, der eine Induktion von Wechselstrom in der Statorwicklung verursacht. Somit hängt die Drehzahl des Statormagnetfeldes von der Rotordrehzahl sowie der Frequenz des Wechselstroms ab, der den Rotorwicklungen zugeführt wird.

Die Grundvoraussetzung für die Stromerzeugung mit Windenergie ist die Erzeugung eines Wechselstromsignals mit konstanter Frequenz unabhängig von der Windgeschwindigkeit. Mit anderen Worten sollte die Frequenz des über den Stator erzeugten Wechselstromsignals unabhängig von den Schwankungen der Rotordrehzahl konstant sein. Um dies zu erreichen, muss die Frequenz des an die Rotorwicklungen angelegten Wechselstromsignals angepasst werden.

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Ein Windkraftsystem mit doppelt gespeistem Induktionsgenerator

Die Frequenz des Rotor-Wechselstromsignals nimmt mit abnehmender Rotordrehzahl zu und ist von positiver Polarität und umgekehrt. Daher sollte die Frequenz des Rotorsignals so eingestellt werden, dass die Statorsignalfrequenz gleich der Netzleitungsfrequenz ist. Dies erfolgt durch Einstellen der Phasenfolge der Rotorwicklungen so, dass das Rotormagnetfeld in die gleiche Richtung wie der Generatorrotor (bei abnehmender Rotordrehzahl) oder in die entgegengesetzte Richtung wie der Generatorrotor (bei zunehmender Rotordrehzahl) verläuft ).

Das gesamte System besteht aus zwei Back-to-Back-Wandlern - einem maschinenseitigen Wandler und einem netzseitigen Wandler, die in der Rückkopplungsschleife des Systems verbunden sind. Der maschinenseitige Wandler dient zur Steuerung der Wirk- und Blindleistung durch Steuerung der d-q-Komponenten des Rotors sowie des Drehmoments und der Drehzahl der Maschine. Der netzseitige Wandler wird verwendet, um eine konstante Zwischenkreisspannung aufrechtzuerhalten, und stellt den Betrieb des Leistungsfaktors Eins sicher, indem die aus dem Versorgungsnetz entnommene Blindleistung auf Null gesetzt wird. Ein Kondensator ist zwischen den beiden Wandlern so angeschlossen, dass er als Energiespeicher fungiert. Diese Back-to-Back-Anordnung liefert einen festen Spannungsausgang mit fester Spannung, unabhängig von der variablen Frequenz und dem variablen Spannungsausgang des Generators. Andere Anwendungen der Induktionsgeneratoren sind Schwungrad-Energiespeichersysteme, Pumpspeicherkraftwerke, Stromrichter, die ein Eisenbahnstromnetz aus einem öffentlichen Netz speisen, in dem die Frequenz festgelegt ist.

Ein bisschen Wissen über das gesamte Windkraftsystem

Das gesamte System besteht aus folgenden Komponenten:

Das Funktionsprinzip eines doppelt gespeisten Induktionsgenerators

Eine Windkraftanlage: Die Windkraftanlage ist typischerweise ein Lüfter, der aus 3 Flügeln besteht, die sich drehen, wenn Wind auf sie trifft. Die Rotationsachse sollte mit der Windrichtung ausgerichtet sein.
Getriebe: Es ist ein hochpräzises mechanisches System, das eine mechanische Methode verwendet, um Energie von einem Gerät in ein anderes umzuwandeln.
Double Fed Induktionsgenerator: Es ist ein elektrischer Generator, der verwendet wird, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die in Form einer variablen Frequenz vorliegt.
Grid Side Converter: Es ist eine AC-DC-Wandlerschaltung, die verwendet wird, um dem Wechselrichter eine geregelte Gleichspannung bereitzustellen. Es wird verwendet, um eine konstante Zwischenkreisspannung aufrechtzuerhalten.
Rotorseitenwandler: Es ist ein DC-AC-Wechselrichter, der verwendet wird, um den Rotor mit geregelter Wechselspannung zu versorgen.

5 Gründe, warum die Windenergieerzeugung mit einem doppelt gespeisten Induktionsmotor bevorzugt wird

Ausgangssignal mit konstanter Frequenz an das Netz, unabhängig von der variablen Rotordrehzahl.
Niedrige Nennleistung für die leistungselektronischen Geräte und damit niedrige Kosten für das Steuerungssystem.
Der Leistungsfaktor wird gesteuert, d. H. Auf Eins gehalten.
Stromerzeugung bei niedriger Windgeschwindigkeit.
Der leistungselektronische Wandler muss den Anteil der Gesamtlast bewältigen, d. H. 20 bis 30%, und auch die Kosten dieses Wandlers sind niedrig als bei den anderen Generatortypen.

Etwas zum Nachdenken!

Alles, was ich gegeben habe, ist eine grundlegende Einführung in die Windenergieerzeugung mit einem doppelt gespeisten Induktionsgenerator. Geben Sie als Nächstes Ihre Ansichten zu den verschiedenen Steuerungstechniken zur Steuerung des dem Rotor zugeführten Wechselstromsignals ab.