Wann werden Drehstrom-Induktionsmotoren als Generatoren verwendet?

Ein Induktionsmotor kann als Generator verwendet werden, ein Betriebsmodus, der als Induktionsgenerator bekannt ist. Der Motor kann unter bestimmten Bedingungen in den Generatormodus wechseln, hauptsächlich für spezielle Anwendungsszenarien. Hier sind die wichtigsten Situationen und Bedingungen, unter denen ein Induktionsmotor als Generator verwendet werden kann:

1. Überdrehzahlbetrieb

Bedingungen:

Drehzahl über der Synchronspeed: Wenn die Drehzahl des Rotors des Induktionsmotors die Synchronspeed überschreitet, kann er als Generator betrieben werden. Die Synchronspeed wird durch die Netzfrequenz und die Anzahl der Pole im Motor bestimmt. ns = 120f/p

Wobei:

ns ist die Synchronspeed (U/min).

f ist die Netzfrequenz (Hz).p ist die Anzahl der Polpaare im Motor.

Prinzip:

Wenn die Rotor-Drehzahl die Synchronspeed überschreitet, kehrt sich die Richtung, in der die Rotorleiter das Stator-Magnetfeld schneiden, um, wodurch auch die induzierte Stromrichtung im Rotor umgekehrt wird. Dies erzeugt ein Magnetfeld im Rotor, das dem Stator-Magnetfeld entgegenwirkt und einen elektromagnetischen Drehmoment erzeugt, der den Motor von der Aufnahme elektrischer Energie zur Erzeugung elektrischer Energie umwandelt.

2. Angetrieben durch eine externe Primärmaschine

Bedingungen:

Externe Primärmaschine: Eine externe Primärmaschine (wie eine Wasserkraft-Turbine, Windkraft-Turbine oder Diesel-Maschine) muss den Rotor auf eine Drehzahl beschleunigen, die die Synchronspeed überschreitet.

Anwendungen:

• Windenergieerzeugung: Windturbinen treiben Induktionsgeneratoren an, um Windenergie in elektrische Energie umzuwandeln.

• Wasserkraft-Erzeugung: Wasserkraft-Turbinen treiben Induktionsgeneratoren an, um Wasserkraft in elektrische Energie umzuwandeln.

• Diesel-Energieerzeugung: Diesel-Motoren treiben Induktionsgeneratoren an, die in kleinen Kraftwerken oder als Notstromversorgung eingesetzt werden.

3. Netzbetrieb

Bedingungen:

Parallel zum Netz: Induktionsgeneratoren müssen normalerweise mit dem Netz verbunden sein, um den notwendigen Erregungsstrom zu erhalten. Induktionsgeneratoren können den erforderlichen Erregungsstrom nicht selbst bereitstellen und müssen ihn vom Netz oder einer anderen Energiequelle beziehen.

Prinzip:

Wenn ein Induktionsgenerator mit dem Netz verbunden ist, ermöglicht der Erregungsstrom, der vom Netz bereitgestellt wird, dass der Rotor ein Magnetfeld erzeugt, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Die Netzverbindung verbessert die Systemstabilität und -zuverlässigkeit.

4. Selbständiger Betrieb

Bedingungen:

Selbsterregter Betrieb: In manchen Fällen können Induktionsgeneratoren im selbsterregten Modus arbeiten, indem sie Restmagnetisierung und parallele Kondensatoren verwenden, um die Selbsterregung zu erreichen. Diese Methode ist für kleine, eigenständige Energieerzeugungssysteme geeignet.

Prinzip:

Im selbsterregten Betrieb benötigt der Induktionsgenerator ein initiales Magnetfeld (normalerweise durch Restmagnetisierung bereitgestellt) und parallele Kondensatoren, um die notwendige Blindleistung bereitzustellen, um den Generatorbetrieb aufrechtzuerhalten.

5. Variabler Geschwindigkeitsbetrieb

Bedingungen:

Variable Geschwindigkeit der Primärmaschine: Induktionsgeneratoren können direkt für den variablen Geschwindigkeitsbetrieb innerhalb eines bestimmten Bereichs verwendet werden, ohne komplexe Getriebe oder Steuerungssysteme zu benötigen.

Anwendungen:

• Windenergieerzeugung: Wenn die Windgeschwindigkeit variiert, ändert sich die Drehzahl der Windturbine, und Induktionsgeneratoren können sich diesen Veränderungen anpassen, um den variablen Geschwindigkeitsbetrieb zu erreichen.

• Wasserkraft-Erzeugung: Wenn die Wasserflussrate variiert, ändert sich die Drehzahl der Wasserkraft-Turbine, und Induktionsgeneratoren können sich diesen Veränderungen anpassen, um den variablen Geschwindigkeitsbetrieb zu erreichen.

Vorteile

• Einfache Struktur: Induktionsgeneratoren benötigen keine komplexen Erregungssysteme, was sie einfach in der Bauart und leicht in der Wartung macht.

• Einfache Netzverbindung: Induktionsgeneratoren lassen sich einfach ans Netz anschließen und sind einfach zu steuern.

• Wirtschaftlich: Induktionsgeneratoren sind kostengünstig und geeignet für kleine und mittlere Energieerzeugungssysteme.

Nachteile

• Erregungsstrom erforderlich: Induktionsgeneratoren benötigen den Erregungsstrom vom Netz oder einer anderen Energiequelle und können nicht unabhängig arbeiten.

• Leistungsfaktor: Induktionsgeneratoren benötigen normalerweise parallele Kondensatoren, um den Leistungsfaktor zu verbessern; andernfalls können sie die Effizienz der Energieversorgung beeinträchtigen.

Zusammenfassung

Ein Induktionsmotor kann unter bestimmten Bedingungen als Generator verwendet werden, hauptsächlich für Anwendungen wie Windenergie, Wasserkraft und Diesel-Kraftwerke. Durch den Betrieb bei überdrehzahler Geschwindigkeiten und die Antrieb durch eine externe Primärmaschine kann der Induktionsmotor in den Generatormodus wechseln und mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.