Generator einer Windkraftanlage

Der Generator einer Windkraftanlage wandelt die im Wind enthaltene kinetische Energie in elektrische Energie um. Grundsätzlich besteht ein Generator aus einem Läufer und einem Ständer. Der Läufer wird auch als Rotor eines Generators und der Ständer als Stator eines Generators bezeichnet. Bei der Stromerzeugung bewegt sich der Läufer im Ständer. Durch die Drehbewegung und der erzeugten elektromagnetischen Wechselwirkungen wird im Ständer elektrische Energie generiert.

Unterschieden werden Generatoren zwischen Synchrongeneratoren und Asynchrongeneratoren. Bei einem Synchrongenerator wird der Läufer durch das Anlegen eines Gleichstroms erregt. Dadurch entsteht ein Magnetfeld, das sogenannte Erregerfeld. Durch die Rotation des Läufers im Ständer und die wirkenden elektromagnetischen Kräfte wird im Ständer ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt. Dies wird als Ankerfeld bezeichnet. Durch die Wechselwirkung des Ankerfeldes mit dem Erregerfeld wird elektrischer Strom erzeugt. Die Frequenz des generierten Stroms ist dabei unter anderem von der Drehzahl des Läufers abhängig. Bei Synchrongeneratoren erfolgen die Bewegung des Läufers und die des Ankerfeldes synchron.

Bei Asynchrongeneratoren ist die Bewegung des Läufers zum Ankerfeld asynchron. Der Unterschied bei der Bewegung wird als Schlupf bezeichnet. Durch Veränderungen des Stroms des Läufers verändert sich ebenfalls das Erregerfeld. Dadurch wird der Schlupf des Generators beeinflusst. So kann die Drehzahl des Generators angepasst werden.

In einer Windkraftanlage werden heute meist drehzahlvariable Systeme aus einer Kombination von Generatoren und Frequenzumrichter verwendet. Die Bewegung des Rotors einer Windkraftanlage wird durch die Rotorwelle über das Getriebe an den Generator übertragen. Der Rotor dreht nicht mit konstanter Drehzahl. Dies führt dazu, dass der Generator Strom mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt. Um den Strom mit einer konstanten Frequenz von 50 Hz in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen, werden Frequenzumrichter verwendet.

Bei der getriebelosen Bauform einer Windkraftanlage wird ein Ringgenerator eingesetzt. Dieser stellt eine besondere Bauform des Synchrongenerators dar. Bei dieser Bauform wird die Bewegung des Rotors direkt an den Läufer des Generators übertragen. Ein über die Rotorwelle angetriebenes Getriebe ist dabei nicht erforderlich. Daraus ergeben sich für Ringgeneratoren, im Vergleich zu Generatoren mit einem vorgeschalteten Getriebe, wesentlich geringere Drehzahlen. Um trotz der geringen Drehzahl Strom mit einer Frequenz von 50 Hz zu erzeugen, müssen Ringgeneratoren mit einer höheren Anzahl an Wicklungen und damit größeren Abmessungen ausgeführt werden.

Synonym(e):

mechanisch-elektrischer Energiewandler, Stromgenerator, Elektrogenerator

Englische Übersetzung(en):

generator