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Haben Sie schon einmal von der magischen Transformation eines Induktionsmotors gehört? Wie er frei zwischen Stromerzeugung und elektrischer Energie umschalten kann?
Ein Induktionsmotor, auch Asynchrongenerator genannt, ist ein Wechselstromgenerator, der die Prinzipien eines Induktionsmotors zur Stromerzeugung nutzt. Das Funktionsprinzip dieses Generators ist einzigartig. Um Strom zu erzeugen, muss seine Rotorgeschwindigkeit die Synchrongeschwindigkeit überschreiten. Einfach ausgedrückt kann ein normaler Wechselstrom-Induktionsmotor ohne interne Modifikationen als Generator verwendet werden.
Induktionsgeneratoren sind relativ einfach aufgebaut und werden daher häufig in kleinen Wasserkraftwerken und Windkraftanlagen eingesetzt oder um einen Luftstrom mit hohem Druck auf einen niedrigen Druck zu reduzieren.
Der Betrieb eines Induktionsgenerators basiert auf einem Kernkonzept: Wenn die Rotorgeschwindigkeit die Synchrongeschwindigkeit überschreitet, beginnt der Induktionsgenerator, elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser Geschwindigkeitsunterschied wird „Schlupf“ genannt und normalerweise als Prozentsatz der Synchrongeschwindigkeit ausgedrückt. Wenn dieser Generator mit der entsprechenden Drehzahl läuft, kann er eine brauchbare Menge Strom liefern.
Wie es funktioniert
Die Kernfunktion eines Induktionsgenerators besteht darin, dass er einen elektrischen Strom erzeugt, wenn sein Rotor mechanisch schneller als synchron angetrieben wird. Am Beispiel eines vierpoligen Motors hat dieser Motor bei einer 60-Hz-Stromversorgung eine Synchrondrehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute. Und 450 Hz sind 1500 Umdrehungen pro Minute. Wenn der Rotor mit 1450 U/min läuft, beträgt sein Schlupf +3,3 % bezogen auf die Synchrondrehzahl von 1500 U/min. Ein solcher Betriebszustand führt dazu, dass das Statormagnetfeld des Motors Strom induziert und den Rotor weiter antreibt.
Wenn die Rotordrehzahl über die Synchrondrehzahl ansteigt, kann der Generator das elektrische System mit tatsächlicher Leistung versorgen, ein Prozess, der stark auf eine externe Antriebsquelle wie eine Turbine oder einen Motor angewiesen ist.
Ankurbeln Sie die Nachfrage
Sowohl Induktionsmotoren als auch Generatoren benötigen eine externe Stromquelle, um die Statorwicklungen zu erregen und ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Dadurch wird Strom durch den Induktionsrotor geleitet, sodass der Generator ordnungsgemäß funktioniert. Ob im Stromerzeugungsbetrieb oder als Motor, die Asynchronmaschine verbraucht Blindleistung, daher ist eine externe Erregerquelle unverzichtbar.
Wirkstrom und Blindstrom
Die Wirkleistung eines Induktionsgenerators hängt stark vom Schlupf ab. Wenn die Rotordrehzahl über 1800 U/min oder sogar 1860 U/min steigt, kann der Generator die volle Leistung abgeben. Wenn die aktive Quelle keine ausreichende Antriebskraft liefert, bleibt die Drehzahl irgendwann innerhalb dieses Bereichs.
Die Grenze des Induktionsgenerators wird durch den Nennstrom der Generatorwicklung begrenzt, und auch der Blindleistungsbedarf des Generators ist unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich.
Anschlüsse an das Netz und unabhängige Systeme
Induktionsgeneratoren benötigen einen Kondensator, um die erforderliche Blindleistung bereitzustellen, wenn sie an ein unabhängiges Stromerzeugungssystem angeschlossen sind. Wenn es an das Netz angeschlossen ist, erhält es Blindleistung aus dem Netz, um den benötigten elektromagnetischen Raum aufrechtzuerhalten. Bei einem netzgekoppelten System variieren Frequenz und Spannung je nach Netzgröße und funktionieren einfacher als bei einem Inselsystem.
Anwendungsbereich
Induktionsgeneratoren erfreuen sich großer Beliebtheit wegen ihrer Fähigkeit, praktischen Strom bei unterschiedlichen Drehzahlen zu erzeugen, insbesondere in Wind- und Kleinwasserkraftanlagen. Der mechanische Aufbau dieses Generatortyps ist einfach und langlebig und erfordert keine Bürsten oder Kommutatoren, sodass der Wartungsaufwand gering ist.
Obwohl Induktionsgeneratoren vielfältige Einsatzmöglichkeiten haben, sind ihre Mängel nicht zu übersehen, insbesondere wenn die Last zu hoch ist, kann das System nicht weiter Strom erzeugen.
Beispiele
Nehmen Sie als Beispiel einen 10 PS starken 440-Volt-Dreiphasen-Induktionsmotor. Sein Volllaststrom beträgt 10 Ampere, sodass die zum Starten erforderliche Kapazität 1523 VAR pro Phase beträgt. Wenn die Last jedoch zu groß ist, muss der Kondensator erweitert werden, um den normalen Betrieb des Generators sicherzustellen.
Mit der Förderung der Technologie für erneuerbare Energien zeigen das Potenzial von Induktionsmotoranwendungen und die sich ändernden Anforderungen die Chancen und Herausforderungen für ihre zukünftige Entwicklung. Und die Art und Weise, wie diese Technologie flexibel eingesetzt und weiterentwickelt wird, könnte letztendlich zu einem Schlüsselfaktor für die Verbesserung unserer Energieeffizienz werden. Wird dies zu weiteren Innovationen führen?
