DE357997C - Auf ein Wechselstromnetz arbeitende Windkraftstromerzeugungsanlage mit Induktionsgenerator - Google Patents

Auf ein Wechselstromnetz arbeitende Windkraftstromerzeugungsanlage mit Induktionsgenerator

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DE357997C
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Description

  • Auf ein Wechselstromnetz arbeitende Windkraftstromerzeugungsanlage mit Induktionsgenerator. Stromerzeugungsanlagen mit Windkraftmaschinen sind bekannt. Diese Anlagen sind zwecks Aufrechterhaltung der Stromabgabe bei Windstille mit Akkumulatoren ausgerüstet und daher zur Erzeugung von Gleichstrom eingerichtet. Diese Stromart ist für rauhe Betriebe, insbesondere landwirtschaftliche, wenig geeignet. Durch mechanische Regelungsvorrichtungen am Windrad wird trotz der stark veränderlichen Windgeschwindigkeit eine Vergleichmäßigung seiner Drehzahl erstrebt. Trotzdem schwankt die Drehzahl innerhalb weiter Grenzen, und das bedingt besondere Vorkehrungen zur Vergleichmäßigung der Spannung. Weiter sind Vorkehrungen nötig, um zu verhindern, daß bei Windstille die Akkumulatorenbatterie Strom in die Dynamo zurückschickt und sie als Motor antreibt, und um die elektrischen Einrichtungen gegen Überlastung infolge von Windstößen zu schützen. Die zahlreichen, empfindlichen Hilfsvorrichtungen von derartigen Gleichstromanlagen bedürfen der aufmerksamen Überwachung und Wartung. Es ist daher ein Maschinenhaus nötig, und das bedingt eine Kraftübertragung mit langer, senkrechter Welle.
  • Sämtliche dieser Nachteile werden der Erfindung gemäß dadurch vermieden, daß der Stromerzeuger der Anlage aus einem Ein- oder Mehrphasen-Induktionsgenerator besteht, der an ein von anderen Maschinen gespeistes Ein-oder Mehrphasennetz angeschlossen ist. Die Einschaltung des Generators erfolgt bei Erreichung der synchronen Drehzahl selbsttätig durch eine eigenartige Vorrichtung, die bei Unterschreitung der synchronen Drehzahl auch das Abschalten des Generators vom Netze bewirkt.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Abb. x veranschaulicht das Schema einer Stromerzeugungsanlage mit einem Windradantrieb. Die Abb. a, 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Anlage in verschiedenen Ausführungsformen.
  • z sind die Flügel des Windrades, 2 die Windradwelle, 3, 4, 5, 6 ein vom Langsamen ins Schnelle übersetzendes Vorgelege und 7 eine Hilfswelle, die durch eine Kupplung 8 mit der Generatorwelle 9 gekuppelt ist. Der Generator io ist über Sicherungen ii an das Ein- oder Mehrphasennetz 12 angeschlossen. Auf der Hilfswelle 7 sitzt eine Vorrichtung x von später zu erläuternder Bauart, die bei Erreichen der synchronen Drehzahl das selbsttätige Einschalten des Generators und bei Unterschreiten der synchronen Drehzahl das selbsttätige Abschalten des Generators vom Netze bewirkt. Auf der Hilfswelle 7 sitzt weiter ein Schwungrad y, das zweckmäßig mit der Vorrichtung x zusammengebaut werden kann. Das Schwungrad hat den Zweck, den Energieinhalt auftretender Windstöße aufzunehmen; es ist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel als Bremsscheibe ausgebildet und mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten, an sich. bekannten Bremseinrichtung versehen.
  • Die Vorrichtung x besteht aus einem Fliehkraftkontaktapparat beliebiger Bauart, der elektrisch mit dem Ständer oder Läufer des Induktionsgenerators mittelbar oder unmittelbar verbunden ist. In der Abb. 2 ist die Vorrichtung x mit der Ständerwicklung 2o des Generators io verbunden. Die Ständerwicklung ist als aufgelöste Sternwicklung gezeichnet. Ihre Enden 21, 22, 23 liegen über Schmelzsicherungen ii am Netz; die Enden 24, 25, 26 sind über Schleifringe 3o und biegsame Litzen 31 zu den Kontaktklötzen 35 des Fliehkraftkontaktapparates geführt. Die Klötze 35 sind an den längeren Armen der zweiarmigen Hebel 36 isoliert angebracht. Die Hebel 36 sind um Achsen 37 drehbar auf einer Scheibe angeordnet, die einen isolierten Kontaktring 38 trägt. An den kürzeren Armen der Hebel 36 greifen Zugfedern 39 an, die mit ihren Enden in zweckentsprechender Weise verankert sind. Die Zugfedern sind derart eingestellt, daß beim Erreichen der kritischen Windgeschwindigkeit, das ist beim Erreichen der synchronen Drehzahl, die an den Kontaktklötzen wirkende Fliehkraft die Gegenkraft der Federn 39 übersteigt. Die Kontaktklötze 35 werden also gegen den Kontaktring 38 gedrückt, wodurch die Ständerwicklung 2o eingeschaltet und der Generator zur Stromabgabe bereitgestellt wird.
  • Der Fliehkraftkontaktapparat kann auch so ausgebildet werden, daß das Einschalten der Ständerwicklung nicht plötzlich, sondern über einen ein- oder mehrstufigen Schutzwiderstand erfolgt, wodurch auftretende Stromstöße abgeschwächt werden. Dies kann am einfachsten dadurch erreicht werden, daß man die Schutzwiderstände zweckmäßig in den Fliehkraftkontaktapparat selbst einbaut, oder daß man von der in Abb. 3 dargestellten Anordnung Gebrauch macht. Bei der -Anordnung gemäß Abb. 3 ist ein Elektromagnet 40 vorgesehen, dessen Erregerstromkreis bei Erreichen der synchronen Drehzahl durch den Fliehkraftkontaktapparat selbsttätig geschlossen wird. Dieser Elektromagnet betätigt eine Kontaktbrücke 41, die die Ständerwicklung 2o über die ein- oder mehrstufigen Schutzwiderstände 42 einschaltet.
  • Die Anordnung nach Abb. 4 ist insbesondere für große Maschinen geeignet. Die Ständerwicklung 2o liegt in Sternschaltung dauernd am Netz 12. Die Läuferwicklung 50 ist -als aufgelöste Sternwicklung gezeichnet. Ihre Enden 51, 52, 53 sind dauernd miteinander verbunden; die Enden 54, 55, 56 sind, ohne daß Schleifringe erforderlich wären, durch biegsame Litzen 61, 62, 63 zu den Kontaktklötzen 35 des Fliehkraftkontaktapparates geführt. Der Fliehkraftkontaktapparat weist bei dieser Anordnung dieselbe Konstruktion auf, wie der vorher beschriebene. Seine Zugfedern sind so eingestellt, daß bei kritischer Windgeschwindigkeit, das ist bei Erreichen der synchronen Drehzahl, die an den Kontaktklötzen wirkende Fliehkraft die Gegenkraft der Federn 39 überwiegt. Es wird also im gegebenen Falle durch den Fliehkraftkontaktapparat die Läuferwicklung geschlossen und der Generator zur Stromabgabe bereitgestellt.
  • Der Generator io arbeitet bei den vorher beschriebenen Anlagen zwangläufig im Parallelbetriebe mit den Synchrongeneratoren des Netzes 12. Diese liefern den zur Erregung der Stromverbraucher und zur Eigenerregung des Induktionsgenerators erforderlichen Blindstrom. Die Nutzbelastung des Netzes verteilt sich auf die Synchrongeneratoren und den Induktionsgenerator, entsprechend der Abgabe der die Generatoren antreibenden Kraftmaschinen.
  • Bei einer bestimmten kritischen Windgeschwindigkeit ist die Abgabe des Windrades gleich den Verlusten im ganzen Maschinensatz. Der Generator läuft dann bei synchroner Drehzahl, deren Wert durch die Frequenz des Netzes und die Polzahl der Wicklung bestimmt ist, und liefert weder Nutzstrom, noch entnimmt er solchen.
  • Überschreitet die Windgeschwindigkeit den kritischen Wert, so wird Nutzstrom ins Netz geliefert. Der Generator läuft dabei übersynchron und nimmt eine um so höhere Drehzahl an, je größer die Abgabe des Windrades ist.
  • Unterschreitet die Windgeschwindigkeit den kritischen Wert, so wird Nutzstrom dem Netze entnommen. In diesem Falle würde der Generator bei nicht vorhandener Vorrichtung x als Motor laufen und zusammen mit dem Winde das Windrad antreiben. Dies wird aber durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung x verhindert, da durch sie der Generator vom Netze abgeschaltet wird und somit weder als Generator noch als Motor läuft.
  • Die geschilderten Vorgänge spielen sich in einem engen Drehzahlbereich ab, denn die Schlüpfung beträgt nur einen geringen Teil der synchronen Drehzahl. Das Netz übernimmt die Rolle eines Geschwindigkeitsreglers. Die Spannung ist durch das Netz festgelegt und unterliegt nicht der Regelung.
  • Der ganze Maschinensatz muß auch gegen das Durchgehen geschützt werden, das eintreten kann, wenn bei genügender Windgeschwindigkeit die Spannung an den Generatorklemmen Null wird. Das ist z. B. der Fall, wenn Kurzschluß in der Zuführungsleitung entsteht, oder wenn die Zuführungsleitung durch irgendwelche Ursache abgeschaltet wird. Der erforderliche Schutz wird dadurch erzielt, daß man entweder alle drehenden Teile so bemißt, daß sie die Durchgehgeschwindigkeit aushalten; ferner in bekannter Weise durch mechanische Vorrichtungen, die eine Verringerung der dem Winddruck ausgesetzten Fläche bewirken. Erfindungsgemäß kann zur Verhinderung des Durchgehens des Maschinensatzes auch eine Bremseinrichtung vorgesehen werden, die bei Entlastung des Generators durch Zurückgehen der Spannung an den Generatorklemmen wirksam wird.
  • Diese Bremsung kann mechanisch oder elektrisch durchgeführt werden. Mechanisch z. B. dadurch, daß eine Bremsscheibe (vgl. das als BremsscheibeausgebildeteSchwungradinAbb. i) und eine auf dieselbe entsprechend einwirkende Bremseinrichtung (Bremsbänder, Bremsbacken) vorgesehen wird, deren Betätigung durch. eine von der Klemmenspannung des Generators beeinflußte elektrische Auslösevorrichtung erfolgt. Diese mechanische Bremse ist in diesem Falle bei normalem Betriebe gelüftet und tritt beim Verschwinden der Klemmenspannung automatisch in Tätigkeit. Die Bremsung auf elektrischem Wege kann beispielsweise durch eine Kurzschluß- oder durch eine Wirbelstrombremse bewirkt werden, deren Bremsstromkreis durch ein Ruhestromrelais, welches von der Klemmenspannung des Generators abhängig ist, geschlossen wird. Bei normalem Betriebe bleibt in diesem Falle der Bremsstromkreis geöffnet und bei Verschwinden der Spannung wird durch Ansprechen des Relais der Bremsstromkreis geschlossen und die Bremse wirksam.
  • Die vorstehend beschriebene Anlage besitzt unter anderem folgende Vorzüge: Sie erzeugt den für rauhe Betriebe, besonders landwirtschaftliche, gut geeigneten Ein- oder Mehrphasenstrom, indem sie mit einer Überlandzentrale zusammenarbeitet. Durch den Anschluß an Überlandzentralen wird die Frage der Stromerzeugung bei Windstille oder Betriebsdefekten gelöst. Der ganze ausriutzbare Energieinhalt des Windes wird in elektrische Energie verwandelt und die Überlandzentrale entlastet. Die Frage der Spannungsregelung wird in einfachster Weise gelöst. Die erforderlichen Hilfseinrichtungen sind einfach und kräftig, sie bedürfen keinerlei Überwachung und Wartung. Es ist nicht nötig, ein Maschinenhaus zu errichten, sondern die ganze Anlage kann am Turne aufgestellt werden. Dadurch wird die lange, senkrechte Transmissionswelle vom Windrad im Maschinenhaus vermieden und der Anschluß an die Leitung vereinfacht. Der Anschluß der Stromverbraucher kann an einem günstig gelegenen Punkte des Überlandnetzes erfolgen. Die Anschlußleitung braucht nicht zum Windrade geführt werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Auf ein Wechselstromnetz arbeitende Windkraftstromerzeugungsanlage mit Induktionsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung (2o) oder Läuferwicklung (5o) des Induktionsgenerators beim Durchgang durch die synchrone Drehzahl durch eine Schaltvorrichtung (z. B. tachometrische Schaltvorrichtung x) selbsttätig eingeschaltet und bei Unterschreitung der synchronen Drehzahl selbsttätig ausgeschaltet wird.
  2. 2. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (x) aus einem Fliehkraftkontakt besteht, der von einem drehenden Teil der Windkraftmaschine betätigt wird und elektrisch mit der Ständer- oder Läuferwicklung des Induktionsgenerators verbunden ist.
  3. 3. Stromerzeugungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftkontaktapparateinen odermehrere elektromagnetische schaltbare Widerstände (q.2) betätigt, an dem bzw. an denen die Ständer- oder Läuferwicklung angeschaltet ist. q.. Stromerzeugungsanlage nach Anspiuch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorwelle mit einem Bremswerk (y) gekuppelt ist, das zwecks Verhinderung des Durchgehens des Maschinensatzes, bei Entlastung des Generators (io) durch den Rückgang der Klemmenspannung, selbsttätig betätigt wird.
DEA33050D 1919-07-10 1920-02-21 Auf ein Wechselstromnetz arbeitende Windkraftstromerzeugungsanlage mit Induktionsgenerator Expired DE357997C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009130273A1 (de) 2008-04-25 2009-10-29 Venco Power Gmbh Generatoreinrichtung mit überwachung von strompfaden

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009130273A1 (de) 2008-04-25 2009-10-29 Venco Power Gmbh Generatoreinrichtung mit überwachung von strompfaden
DE102008020731A1 (de) * 2008-04-25 2009-11-05 Reinhard Caliebe Generatoreinrichtung mit Überwachung von Strompfaden

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