-
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.