Beachte: Bevor Sie sich auf diese Seite stürzen, sollten Sie die vorigen drei Seiten über Generatoren von Windkraftanlagen gelesen haben.Die meisten Windkraftanlagen auf der Welt verfügen über einen sog. 3-Phasen-Asynchrongenerator mit Käfigläufer (auch Induktionsgenerator genannt), um Wechselstrom zu erzeugen. Dieser Generatortyp ist außerhalb der Windkraftindustrie nicht so stark vertreten, aber trotzdem hat man schon sehr viel Erfahrung mit dieser Maschine gesammelt.

Das Interessante bei diesem Generator ist, daß er ursprünglich als Elektromotor konzipiert war. In der Tat geht ein Drittel des weltweiten Stromverbrauchs auf das Konto des Induktionsmotors, der Maschinen in Fabriken antreibt, Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Aufzüge und andere Anwendungen, welche die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie erfordern.

Ein Grund, warum dieser Generatortyp gewählt wird, liegt in seiner Verläßlichkeit und in den geringen Kosten. Außerdem hat der Generator auch einige mechanische Eigenschaften, die für Windkraftanlagen nützlich sind. ( Generatorschlupf und eine gewisse Überlastbarkeit).

Es ist der Rotor, der den Asynchrongenerator vom Synchrongenerator unterscheidet. Er besteht aus einer Zahl von Kupfer- oder Aluminiumstäben, die an ihren Enden durch Aluminiumringe elektrisch zusammengeschlossen sind, wie das Bild zeigt.

Im Bild ganz am Anfang dieser Seite erkennen wir, daß der Rotor mit einem "Eisen"-Kern versehen ist, bestehend aus einem Paket von dünnen, isolierten Stahlblechen mit Löchern für die leitenden Aluminiumstäbe. Der Rotor wird in die Mitte des Stators eingesetzt, welcher in unserem Fall wieder vier Pole aufweist und direkt an das elektrische 3-Phasen-Netz angeschlossen ist.

Wenn der Motor an die Spannung angeschlossen wird, beginnt die Maschine mit einer Drehzahl zu laufen, die knapp unter der Synchrondrehzahl des Statormagnetfeldes liegt. Wie geht das nun vor sich?

Wenn wir von oben auf die Rotorstäbe hinuntersehen (wie im Bild rechts), haben wir ein Magnetfeld, das sich relativ zum Rotor bewegt. Das induziert einen starken Strom in den Rotorstäben, die einen sehr geringen Widerstand aufweisen, weil sie durch die Endringe kurzgeschlossen sind.

Aufgrund dieses Stromes baut der Rotor seine eigenen Magnetpole auf, die ihrerseits wieder von den elektromagnetischen Kräften des rotierenden Statormagnetfelds angezogen werden.

Was passiert nun, wenn wir den Rotor händisch mit der exakten Synchrondrehzahl des Generators (z.B. 1500 U/min (Umdrehungen pro Minute)) antreiben, wie wir es uns beim 4poligen Synchrongenerator auf der vorigen Seite überlegt haben? Die Antwort ist: Nichts. Da sich das Magnetfeld genauso schnell wie der Rotor dreht, tritt im Rotor keine Induktion auf, die mit dem Statorfeld wechselwirken könnte.

Wenn wir jetzt aber die Drehzahl über 1500 U/min erhöhen, bewegt sich der Rotor schneller als das rotierende Magnetfeld des Stators, was nichts anderes bedeutet, als daß der Stator wieder einen starken Strom im Rotor induziert. Je stärker wir den Rotor antreiben, umso mehr Energie wird über das elektromagnetische Feld in den Stator transportiert und schließlich als Elektrizität ins Netz geliefert.

Die Geschwindigkeit des Asynchrongenerators hängt von der Größe der antreibenden Kraft (Drehmoment) ab. In der Praxis ist der Unterschied zwischen der Vollastdrehzahl und der Leerlaufdrehzahl sehr klein, rund 1 Prozent. Diese Differenz in Prozent der Synchrondrehzahl wird als Generatorschlupf bezeichnet. Ein vierpoliger Generator wird im Leerlauf mit 1500 U/min drehen, wenn er an ein Netz mit 50 Hz angeschlossen ist. Im Vollastbetrieb läuft er dann mit 1515 U/min.

Es ist eine recht nützliche mechanische Eigenschaft, daß der Generator seine Drehzahl leicht erhöht oder senkt, wenn sich das Drehmoment ändert. Das bedeutet nämlich, daß das Getriebe einem geringeren Verschleiß ausgesetzt ist (geringes maximales Drehmoment). Dies ist einer der wichtigsten Gründe dafür, warum man bei Windkraftanlagen, die direkt an das Netz angebunden sind, eher einen Asynchron- als einen Synchrongenerator verwendet.

Ist Ihnen aufgefallen, daß wir bei der Beschreibung des Rotors die Polzahl des Stators nicht berücksichtigt haben? Das Gefinkelte am Käfigläufer-Rotor ist nämlich, daß er sich selbständig an die Polzahl des Stators anpaßt. Deshalb kann der gleiche Rotor für eine Vielzahl von Polzahlen verwendet werden.

Auf der Seite über den Synchrongenerator mit Permanentmagnetrotor haben wir gezeigt, daß diese Generator auch ohne Verbindung zu einem öffentlichen Netz laufen kann.

Das ist beim Asynchrongenerator anders, weil hier der Stator vom Netz magnetisiert werden muß, bevor er läuft.

Dennoch kann man einen Asynchrongenerator auch im Inselbetrieb verwenden. Dazu muß er aber mit Kondensatoren ausgerüstet sein, die den erforderlichen Magnetisierungsstrom liefern. Zusätzlich muß das Rotoreisen eine Remanenz aufweisen, d.h. es muß ein Restmagnetismus vorhanden sein, wenn die Maschine gestartet wird. Sonst braucht man eine Batterie samt Leistungselektronik, oder ein Dieselaggregat, um das System zu starten.