Geregelte elektrische Antriebe sind Energiewandler, welche mechanische in elektrische Energie und umgekehrt umwandeln, wobei die Motordrehzahl und der Leistungsbedarf der Anlage geregelt werden können. Diese Antriebe werden zunehmend bei der Um- wandlung mechanischer Energie regenerativer Energiequellen in elektrische Energie eingesetzt, wobei die Generatordrehzahl variieren muss., da das Energieaufkommen von Wind, Wasser, etc. variiert. Die abgegebene Leistung hängt in 3. Potenz von der Drehzahl ab, d. h. der Arbeitsbereich der Drehzahl des Antriebs kann limitiert werden.

Bei Pumpen und Lüftern, welche die Mehrzahl der Verbraucher elektrischer Energie im Industriesektor ausmachen, sind die Verhältnisse gleich-eine geringfügige Abweichung von der Nenndrehzahl reicht aus, um den Verbrauch zu drosseln.

Fig. 1 zeigt einen klassischen geregelten Antrieb mit einen Asynchronmotor 4 und einem Frequenzumformer 7, der die volle Antriebsenergie umwandelt. Der Frequenz- umformer 7 besteht aus zwei AC/DC-Wandlern, einem netzseitigen Frequenzumformer 7.1 und einem motorseitigen Frequenzumformer 7.2, welche über einen Zwischenkreis- Kondensator 7.3 gekoppelt sind. Der netzseitige Frequenzumformer 7.1 kann mit Dioden bzw. Thyristoren oder mit Schaltern (IGBT) ausgeführt werden.

Der Asynchronmotor 4 weist Statorwicklungen 4.1 auf, die über einen Motorschütz 3 und einen Netzschutzschalter 2 mit dem Netztransformator, bzw. dem Netz 1 ver- bunden sind. Die Rotorwicklungen 4.2 des Motors 4 sind über Schleifringe 4.3 mit dem motorseitigen Frequenzumformer 7. 2 über einen Kurzschliesser 5 verbunden, während der netzseitige Frequenzumformer 7.1 über einen Netzschalter 9 und den Netzschutz- schalter 2 mit dem Netz verbunden sind. Eine Vorladeeinheit 6 ist für die Ladung des Zwischenkreiskondensators 7.3 vorgesehen. Eine Regeleinheit 10 ist mit den beiden Frequenzumformern 7.1, 7.2 verbunden und übernimmt sämtliche Regelaufgaben.

Eine andere Gattung geregelter Antriebe ist die Kaskade, welche vor allem bei geregelten Windanlagen eingesetzt wird. Die Kaskade beinhaltet einen Schleifring- läufermotor 4 (doppelt gespeiste Asynchronmaschine) und einen Frequenzumformer 7, wobei die Schlupfenergie aus dem Rotor 4.2 des Motors 4 mit dem motorseitigen Frequenzumformer 7.2 ausgekoppelt wird und mit einem netzseitigen Frequenzum- former 7.1 ins Netz über den Netzschalter 9 gespeist wird (siehe Fig. 1). Solche Anlagen wurden z. B. von V. Quaschning beschrieben (Regenerative Energiesysteme, Carl Hansen Verlag München Wien 1998, S. 217-226). Dieser Antrieb hat den Vorteil, dass nur ein geringer Anteil der Gesamtenergie vom Frequenzumformer 7 übertragen wird, denn der Anteil der durch den Frequenzumformer umgewandelten Leistung ist proportional dem Schlupf S, d. h. beträgt nur einen Bruchteil der Gesamtleistung des Systems. Ein weiterer Vorteil ist der höhere Wirkungsgrad des Systems, da der überwiegende Anteil der Energie direkt vom Stator ins Netz gespeist wird. Die benötigte Wirkleistung des Frequenzumformers für eine 90 %-ige Regelung der Leistung einer Windanlage beträgt ca. 30-40 % der Gesamtleistung.

Bekanntlich werden doppelt gespeiste Asynchronmaschinen 4 mit Schleifringen 4.3 und mit gewickelten Rotoren 4.2 und Statoren 4.1 gebaut. Der Frequenzumformer 7, bestehend aus einem motorseitigen Frequenzumformer 7.2 und einem netzseitigen Frequenzumformer 7.1, wird mit abschaltbaren Komponenten [IGBTs (integrated gate base transistor), GTOs (gate controlled tyristor), etc.] aufgebaut, wobei der motorseitige Frequenzumformer 7.2 und der netzseitige Frequenzumformer 7.1 über den Konden- sator 7.3 miteinander gekoppelt sind (siehe Fig. 1). Die Vorladevorrichtung 6 sorgt dafür, dass der grosse Kondensator 7.3 langsam aufgeladen wird, vor dem Zuschalten des Frequenzumformers 7 an das Netz 1 über den Netzschalter 9. Damit werden uner- wünscht grosse Netz-Zuschaltströme unterdrückt.

Der motorseitige Frequenzumformer 7.2 speist die Rotorwicklungen 4.2 mit den Rotorspannungen Uru, Urv, Urw über die Schleifringe 4.3. Es fliessen dabei die Rotorströme Iru, Irv, Irw, welche eine Magnetisierungskomponente und eine schlupf- proportionale Wirkkomponente aufweisen. Der netzseitige Frequenzumformer 7.1 tauscht die Schlupfenergie mit dem Netz 1 aus, indem er die Ströme liu, liv, liw ins Netz speist, wenn der Schlupf S < 0 ist (übersynchroner Drehzahlbereich). Im untersynchronen Drehzahlbereich (S > 0) fliesst die Energie vom Netz 1 in den netz- seitigen Frequenzumformer 7.1. Die Netzströme lu, Iv, lw ergeben sich aus der Summe der Statorströme Isu, Isv, Isw mit den Strömen liu, liv, liw.

In den Offenlegungsschriften WO 99/07996 (Zond Energy Systems : Variable Speed Wind Turbine Generator) und EP 0569556-B1 (Zond Energy Systems : Variable Speed Wind Turbine) wird die Gesamtanordnung eines Generatorsystems mit doppelt ge- speister Asynchronmaschine beschrieben, umfassend einen motorseitigen Frequenz- umformer, einen netzseitigen Frequenzumformer mit Zwischenkreis,-Generator, Motorschütz und Netzschalter. Ausserdem werden die Verfahren zu Wirk-und Blind- leistungs-und Drehmomenteinprägung im normalen Drehzahlbereich bei sinusförmigen Strömen und Spannungen beschrieben.

Die doppelt gespeiste Asynchronmaschine wirkt im Stillstand wie ein AC-Transfor- mator, angeschlossen am Netz 1 mit Spannungen Uu, Uv, Uw, wobei die induzierten Rotorspannungen Uru, Urv, Urw um den Übersetzungsfaktor des Motors verstärkt werden. Die Motorübersetzung wird grösser Eins gewählt, so dass die Rotor- spannungen Uru, Urv, Urw beim Stillstand des Rotors höher als die Netzspannungen Uu, Uv, Uw sind. Da der motorseitige Frequenzumformer für diese Spannungen nicht ausgelegt ist, wird der Motor erst dann ans Netz geschaltet, wenn der Schlupf S hinreichend klein wird. Der zugelassene Drehzahlbereich solcher Antriebe für <BR> <BR> Windanlagen beträgt ca. -0.3 < S < 0.3, d. h. der Arbeitsbereich der Drehzahl der doppelt gespeisten Asynchronmaschinen für Windanlagen liegt bei 0.7-facher Nenn- drehzahl bis zur 1.3-fachen Nenndrehzahl. Das Ein-und Ausschalten des Motors vom Netz beim Verlassen des zugelassenen Drehzahlbereichs erfolgt über den Motorschütz 3, welcher nach dem Netzschutzschalter 2 angeordnet ist (siehe Fig. 1). Der Netz- schutzschalter 2 sorgt für die sicherheitsrelevante Trennung des Antriebs vom Netz.

Im Fehlerfall-z. B. beim einphasigen Netzausfall-können auch im zugelassenen Drehzahlbereich Überspannungen am motorseitigen Frequenzumformer 7.2 auftreten.

Diese werden von einem Kurzschliesser 5 im Rotorkreis kurzgeschlossen, so dass der motorseitige Frequenzumformer 7. 2 vor Zerstörung geschützt wird. Beim Aktivieren des Kurzschliessers 5 fliessen grosse Stator-und Rotorströme, der Netzschutzschalter 2 und der Motorschütz 3 öffnen und der Antrieb wird dadurch vom Netz 1 galvanisch abgetrennt.

Manche Hersteller lassen aus Kostengründen den Motorschütz 3 aus, so dass nicht nurdie Fehlerabschaltungen, sondern auch die betriebsmässigen Abschaltungen durch den Netzschutzschalter 2 erfolgen, was die Schalthäufigkeit des Netzschutzschalters stark erhöht. In dieser Betriebsweise muss daher der Netzschutzschalter 2 oft getauscht werden, da die Lebensdauer der Netzschutzschalter, welche mechanisch ausgeführt sind, stark limitiert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geregelten Antrieb mit einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine vorzuschlagen, die den Wartungszyklus und die Lebensdauer des Antriebs und seiner Hauptkomponenten verlängern.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, durch Einsparung von Komponenten in einem der- artigen Antrieb die Kosten zu reduzieren und gleichzeitig die Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem geregelten Antrieb mit einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 Geregelter Antrieb mit doppelt gespeister Asynchronmaschine bekannter Art Fig. 2 Erfindungsgemässer geregelter Antrieb mit doppelt gespeister Asynchron- maschine Fig. 3 Geregelter Antrieb mit elektronischem Schalter Fig. 4 Elektronischer Schalter mit netzkommutierten Schaltern Fig. 5 Elektronischer Schalter mit Thyristoren im Sternpunkt der Stator- wicklungen Fig. 6 Erstes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schalters mit zwei Thyristorpaaren Fig. 7 Zweites Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schalters mit zwei Thyristorpaaren Fig. 8 Elektronische Umschaltung der Statorwicklungen des Generators Fig. 9 Ausführungsbeispiel eines elektronischen Umschalters mit GTOs Fig. 10 Spannungsbegrenzung über dem Gleichrichter mittels einer Diode Fig. 11 Erweiterung des Drehzahlbereiches mittels eines Transformatorabgriffes und einer Widerstandseinheit Fig. 12 Erweiterung des Drehzahlbereiches mittels zwei Transformatorabgriffen und einer Widerstandseinheit Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemässen geregelten Antrieb mit doppelt gespeister Asynchronmaschine, bzw. doppelt gespeistem Asynchronmotor. Bekannt und in Fig.

1 mit gleichen Bezugszeichen bereits erwähnt liegen vor : ein Netzschutzschalter 2, die Asynchronmaschine 4 mit Statorwicklungen 4.1, Rotorwicklungen 4.2 und Schleifringen 4.3, ein Kurzschliesser 5, eine Vorladeeinheit 6, ein'Frequenzumformer 7 mit netzseitigem Frequenzumformer 7. 1, motorseitigem Frequenzumformer7. 2 und einem Zwischenkreiskondensator 7.3 und eine Regeleinheit 10.

An der Stelle des Motorschützes befindet sich ein elektronischer Schalter 11, der mit der Vorladeeinheit 6 verbunden ist und diese steuert. Ein Netztransformator 20 ist mit dem Netzschutzschalter 2 verbunden, weist einen Abgriff 20.1 auf, der über eine Schalteinheit 2.1 mit dem Netzschalter 9 verbunden ist.

Die kritischsten Elemente in diesem Zusammenhang sind die mechanischen Schalter, speziell Motorschütz, Netzschutzschalter 2, Netzschalter 9 und der Schütz der Vor- ladeeinheit 6. Die zulässige maximale Schalthäufigkeit und damit die Lebensdauer mechanischer Schalter ist begrenzt und beträgt gegenwärtig für Schütze um 900'000 Schaltzyklen und für Leistungsschalter, wie für den Netzschutzschalter 2, um 10'000 Zyklen im stromlosen Zustand und um 2'500 Zyklen unter Last (Fehlerfall). Spätestens danach ist ein Austausch der Komponenten erforderlich.

In der Erfindung werden verschiedene Anordnungen vorgeschlagen, die zur Reduktion der Schalthäufigkeit führen bzw. die mechanischen Schalter eliminieren. Speziell sind dies - der Ersatz mechanischer durch elektronische Schalter und damit verbunden durch Ausnutzung von deren Steuermöglichkeiten die Einsparung weiterer Komponenten, - die Erweiterung des Arbeitsbereichs des Antriebs durch zusätzliche Massnahmen und damit die Reduktion der Anzahl der betriebsmässigen Schalthandlungen der mechanischen Schalter.

Fig. 3 zeigt einen geregelten Antrieb mit einem elektronischen Schalter als Ersatz für einen Motorschütz bekannter Art. Bekanntlich wird der Motorschütz benötigt für das Abschalten des Motors, bzw. der doppelt gespeisten Asynchronmaschine 4 beim Ver- lassen des Arbeitsbereichs.

Ein wartungsfreier elektronischer Schalter 11 befindet sich im Statorkreis ziwschen den Statorwicklungen 4.1 und dem Netzschutzschalter 2 und übernimmt das betriebs- mässige und überwiegend auch das Ab-und Zuschalten bei Störungen. Die Schalt- häufigkeit des Netzschutzschalters 2 wird damit wesentlich reduziert und die Lebensdauer erhöht. Der elektronische Schalter 11 kann ebenfalls im Sternpunkt der Statorwicklung 4.1 angeordnet sein.

Ein weiteres Ziel ist es, den rotorseitigen Kurzschliesser 5 zu eliminieren, d. h. den Schutz des motorseitigen Frequenzumformers 7.2 mit anderen Mitteln zu realisieren.

Der elektronische Schalter 11 sorgt dafür, dass im Betrieb die Statorwicklungen 4.1 am Netzschutzschalter 2 angeschlossen sind. Beim Verlassen des Arbeitsbereiches oder im Fehlerfall wird der elektronische Schalter 11 geöffnet. Nach dem Öffnen werden die Spannungen über den Statorwicklungen 4.1 Null, d. h. die Statorwicklungen 4.1 werden spannungsfrei abgeschaltet. Gleichzeitig mit dem Öffnen des elektronischen Schalters 11 werden die Schalter des motorseitigen Frequenzumformers 7.2 ebenfalls geöffnet, so dass die Rotorströme Iru, Irv, Irw nach dem Abbau der gespeicherten magnetischen Energie gleich Null werden. Die doppelt gespeiste Asynchronmaschine wird damit stationär vom Energiefluss entkoppelt und spannungsfrei, ohne dass dabei gefährliche Spannungen am motorseitigen Frequenzumformer 7.2 auftreten. Im Fehlerfall, z. B. beim Auftreten von Störungen im Prozess, wird zusätzlich der Netzschutzschalter 2 geöffnet.

Der elektronische Schalter 11 ist vorzugsweise mit netzkommutierten Thyristoren ausgeführt. Die Vorladeeinheit 6 ist jetzt mit dem elektronischen Schalter 11 und mit dem Zwischenkreiskondensators 7.3 verbunden und kann separat ein-und ausge- schaltet werden. Die Thyristoren des elektronischen Schalters werden so angesteuert, dass nur generativer Strom ins Netz fliessen kann. Damit werden im Fehlerfall ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators 7.3 über den Rotorkreis 4.2 und damit das Auftreten von Überspannungen über dem Frequenzumformer 7 vermieden. Der Kurz- schliesser (siehe Fig. 1) ist somit überflüssig.

Der elektronische Schalter 11 kann mit zwangskommmutierten oder mit netzkommmu- tierten elektronischen Schaltern aufgebaut sein.

Es ist Stand der Technik, gemäss Fig. 1 den grossen Kondensator 7.3 über die Vorladeeinheit 6 beim Einschalten der Anlage langsam vorzuladen, um unerwünscht grosse Netzzuschaltströme zu vermeiden. Nach erfolgter-Vorladung wird die Vorlade- einheit 6 abgeschaltet und der netzseitige Frequenzumformer 7.1 über den Schalter 9 direkt mit dem Netz verbunden.

Ziel der Erfindung ist es, durch entsprechende Ansteuerung des elektronischen Schalters 11 die Vorladeeinheit 6 in der in Fig. 1 gezeigten Form einzusparen.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass der elektronische Schalter 11, beginnend mit einem hohen Phasenanschnittwinkel, so angesteuert wird, dass in der Rotorwicklung der doppelt gespeisten Asynchronmaschine 4 eine minimale Spannung induziert wird, welche über die Gleichrichterdioden des motorseitigen Frequenzumrichters 7.2 gleich- gerichtet und dem Zwischenkreiskondensator 7.3 zugeführt wird. Durch genügend langsame Reduktion des Phasenanschnittwinkels am elektronischen Schalter 11 wird dann erreicht, dass die Spannung am Zwischenkreiskondensator 7.3 ohne uner- wünscht grosse Netzzuschaltströme auf ihren Nennwert erhöht wird. Abschliessend wird die Phasenanschnittsteuerung des elektronischen Schalters 11 abgeschaltet und der netzseitige Frequenzumformer 7.1 über den Netzschalter 9 direkt mit dem Netz verbunden. Die Vorladeeinheit 6 in der Form von Fig. 1 kann damit entfallen.

Fig. 4 zeigt eine Realisierungsvariante des elektronischen Schalters 11 mit netz- kommutierten Schaltern 12 (Thyristoren), welche am Anfang der Statorwicklungen 4.1 angebracht sind und auf den Netzschutzschalter 2 führen.

Fig. 5 zeigt einen elektronischen Schalter 11, bei dem die Thyristoren 12 im Sternpunkt der Statorwicklungen 4.1 angebracht sind und auf den Netzschutzschalter 2 führen.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Ausführungsbeispiele des elektronischen Schalters 11 mit zwei statt drei Thyristorpaaren 12.

Fig. 8 zeigt eine elektronische Umschaltung der Statorwicklungen des Generators.

Zwischen dem Netzschutzschalter 2 und den Statorwicklungen 4.1 sind erste elektroni- sche Schalter 16.1 an den Phasen u-v-w einerseits angeschlossen und andererseits auf der anderen Seite der Statorwicklungen 4.1 mit den Phasen w-u-v verbunden.

Zudem sind an der anderen Seite der Statorwicklungen 4.1 zweite elektronische Schalter 16.2 an den Phasen u-v-w angeschlossen, deren Ausgänge kurzgeschlossen sind. Die elektronischen Schalter 16.1 und 16.2 sind als Thyristoren ausgebildet. In diesem Fall sind sowohl die Netztrennung als auch die Stern/Dreieck-Umschaltung mit elektronischen Schaltern realisiert.

Die doppelt gespeiste Asynchronmaschine kann auch polumschaltbar sein, wobei die Polumschaltung mechanisch (Stand der Technik) oder ebenfalls elektronisch erfolgt. wobei die Trennung der Statorwicklungen mit dem elektronischen Schalter 11, bzw.

Öffner durchgeführt wird.

Mechanische Schalter erzeugen Lichtbogeneffekte, wenn der Schaltvorgang nicht stromlos erfolgt. Diese Effekte führen zu vorzeitigem Verschleiss. Elektronische Schalter weisen derartige Effekte nicht auf, benötigen aber z. T. zusätzliche Ein- richtungen zum Abbau der magnetisch gespeicherten Energie, die ansonsten zu Überspannungen führen würde.

Falls für den elektronischen Schalter abschaltbare Komponenten eingesetzt werden, wie z. B. IGBTs (integrated gate base transistor), IGCTs (integrated gate controlled tyristor), GTOs (gate controlled tyristor), dann sind Vorrichtungen für den Abbau der im Stator gespeicherten magnetischen Energie (Freilauf) vorzusehen.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Umschalters mit GTOs. Der zwischen dem Netzschutzschalter 2 und den Statorwicklungen 4.1 liegende elektro- nische Schalter 11 ist mit GTOs 13 und Dioden 14 aufgebaut. Ein Gleichrichter 16 ist über den Verbindungsleitungen der Statorwicklungen 4.1 und dem elektronischen Schalter 11 angebracht und weist einen Snubberkondensator 15 für den Abbau der gespeicherten Energie in den Statorwicklungen 4.1 auf. Dadurch werden die Spannungsspitzen limitiert, welche beim Abschalten der Ströme durch die GTOs entstehen.

Natürlich können drei statt zwei GTOs 13 mit antiparallelen Dioden 14 auch deren drei in die Statorwicklungen 4.1 eingebaut werden, entsprechend Fig. 4.

Fig. 10 zeigt eine Spannungsbegrenzung über dem Gleichrichter mittels einer Diode.

Der Frequenzumformer 7 mit netzseitigem Frequenzumformer 7.1 und motorseitigem Frequenzumformer 7.2 weist einen angekoppelten Zwischenkreiskondensator 7.3 auf, dessen beide Anschlüsse parallel zum Snubberkondensator 15 über eine Entkopp- lungsdiode 17 angeschlossen sind. Der Snubberkondensator 15 ist auch hier mit dem Gleichrichter 16 verbunden.

Damit kann die Spannungsbegrenzung durch den Zwischenkreiskondensator 7.3 des motorseitigen Frequenzumformers 7.2 selbst erfolgen, welcher über eine Diode 17 mit dem Gleichrichter 16 gekoppelt ist, so dass die Energie nur von den Statorwicklungen in den Zwischenkreiskondensator 7.3 fliessen kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Schlupfbereich der Anlage ohne Erhöhung der Umrichterleistung über die im Stand der Technik üblichen +/-30% hinaus zu erhöhen. Da die Spannungen des Generators der doppelt gespeisten Asynchron- maschine auf der Statorseite durch das Netz und auf der Rotorseite durch das Übersetzungsverhältnis des Generators vorgegeben sind, müssen zusätzliche schaltungstechnische Massnahmen getroffen werden.

Die Erweiterung des Drehzahlbereiches der doppelt gespeisten Asynchronmaschine mit einem vergleichsweise kleinen Frequenzumsetzer führt zum Aufbau von kosten- günstigen Windanlagen mit hoher Flexibilität und mit grösserer Energieausbeute, vor allem bei Schwachwind, d. h. bei kleineren Rotordrehzahlen.

Der Arbeitsbereich der doppelt gespeisten Asynchronmaschine kann erweitert werden, wenn der Stator umschaltbar bzw. polumschaltbar ausgebildet wird, d. h.

- Umschaltung zwischen Stern-und Dreieckschaltung der Statorwicklungen ; - Polumschaltung zwischen unterschiedlichen Polzahlen im Stator (z. B. 4-und 6-polig).

Die Umschaltung zwischen Stern und Dreieck kann mechanisch oder elektronisch erfolgen.

In Fig. 11 und 12 folgen Ausführungsbeispiele eines geregelten Antriebs mit zwei Transformatoranschlüssen und/oder mit Rotorwiderständen zwecks Erweiterung des Drehzahlbereiches.

Fig. 11 zeigt die Erweiterung des Drehzahlbereiches mittels eines Transformator- abgriffes und einer Widerstandseinheit. Sie stellt eine weitere und weitaus flexiblere und kostengünstigere Lösung dar. Diese Ausführung ist vorzugsweise für den Antrieb einer Anlage grosser Leistung ausgelegt.

Die Komponenten der Windanlage, nämlich die Asynchronmaschine 4 mit Statorwick- lungen 4.1, Rotorwicklungen 4.2 und Schleifringen 4.3, die Vorladeeinheit 6, der Fre- quenzumformer7 mit netzseitigem Frequenzumformer 7. 1, motorseitigem Frequenzum- former 7.2 und Zwischenkreiskondensator 7.3 und die Regeleinheit 10 sind bereits beschrieben worden.

Die Primärwicklung 20.1 des Netztransformators 20 wird über einen Hochspannungs- schalter 1.1 an das Hochspannungsnetz geschaltet. Die Hilfsspannung wird über die Hilfsschalter 1.2 und/oder 1.5, sowie überden Hilfstrafo 2. 4 erzeugt. Die Hilfsspannung speist die Regeleinheit 10 und die Vorladeeinheit 6 für den Zwischenkreiskondensator 7.3 des Frequenzumformers 7, welcher aus motorseitigem Frequenzumformer 7.2 und netzseitigem Frequenzumformer 7.1 besteht. Das Netzfilter 18 reduziert die puls- frequenten Netzoberwellen. Ein Teil oder die gesamte Induktivität des Netzfilters 18 kann im Netztransformator 20 integriert werden. In diesem Fall ist der Netzfilter 18 nicht notwendig.

Die Statorwicklungen 4.1 der doppelt gespeisten Asynchronmaschine 4 werden an die Sekundärwicklungen des Netztransformators 20 angeschlossen. Im Sternpunkt der Sekundärwicklungen ist ein erster Kurzschliesser 1.3 eingebaut und ist mit der Regeleinheit 10 verbunden. Ein zweiter, ebenfalls mit der Regeleinheit 10 verbundener Kurzschliesser 1.4 kann ebenfalls die Wicklungsabgriffe 20.2 der Sekundärwicklung des Netztransformators kurzschliessen. Die Kurzschliesser 1.3 und 1.4 sind als je eine dreiphasige netzkommutierte Thyristorbrücke ausgeführt. Die Ansteuerung der Thyristorbrücke erfolgt so, dass der Generatorstrom vorzugsweise gegenphasig zur Netzspannung ist, d. h. dass Energie zurückgespeist wird. Dadurch ist es nicht möglich, Energie vom Netz in den motorseitigen Frequenzumformer zu speisen. Daher kann auf den Kurzschliesser der Rotorwicklungen (in Fig. 1) verzichtet werden. Demzufolge erfüllen die Kurzschliesser 1.3 und/oder 1.4 die Funktion des elektronischen Schalters.

Wenn die Übersetzung der doppelt gespeisten Asynchronmaschine 1/n ist, (z. B. n = 4), dann kann die Rotordrehzahl um (1- (1/n)), d. h. um 25% kleiner als die Synchrondrehzahl des Antriebs sein. Der Wirkanteil des Rotorstroms Ira wird sogar um (1- (1/n)) 2 reduziert, d. h. um ca. 50 % geringer als der Nennstrom. Hinzu kommt die Magnetisierungskomponente des Rotorstroms Irm, so dass sich der Betrag des Rotor- stroms Ir an diesem Arbeitspunkt ergibt zu : <BR> <BR> 1r2 2 2<BR> 'r'rm 'ra Die Spannung der Wicklungsabgriffe der Sekundärwicklung wird so gewählt, dass die generiert Leistung bei gegebener Drehzahl nach dem Umschalten nicht verändert wird. Nach Öffnen des Kurzschliessers 1.3 wird zuerst der Magnetisierungsstrom und damit die Spannung z. B. um 50 % reduziert, z. B. von 700 V auf 350 V. Gleichzeitig wird der Schalter 1.4 geschlossen und der Wirkstrom um 50 %, d. h. auf den Nennwert erhöht. Da die Stator-und Rotorspannung um 50 % verringert wurden, kann der Schlupf um weitere 25 % erhöht werden d. h. von 25 % auf 50 %. Die Übergänge zwischen beiden Arbeitsbereichen erfolgen vorzugsweise mit einer Hysterese der Drehzahl. Der gesamte Schlupfbereich beträgt demzufolge 75 %, d. h. der Drehzahl- bereich beläuft sich über 125 % bis 50 % der Synchrondrehzahl. Der nominale Arbeitspunkt der Windanlage kann beliebig gesetzt werden, vorzugsweise im Bereich 110 %... 125 % der Synchrondrehzahl.

Damit ist die Funktion des Netztranformators mit Mittelanzapfung dargestellt. Die Funktion der Rotorwiderstände, bzw. der Widerstandseinheit 8.1 und Schalter 8.2 wird später erläutert.

Fig. 12 zeigt eine Erweiterung des Drehzahlbereiches mittels zwei Transformator- abgriffen und einer Widerstandseinheit.

Es können weitere Wicklungsabgriffe eingebaut werden, welche über weitere Schlies- ser kurzgeschlossen werden. Damit lässt sich praktisch unbegrenzt der Schlupfbereich erweitern. Im vorliegenden Beispiel sind zwei Abgriffe 20.2 und 20.3 dargestellt.

Zusätzlich wird hier der netzseitige Frequenzumformer über den Schalter 3.3 aus einem Abgriff 20.3 niedrigerer Spannung gespeist. Die Statorwicklung 4.1 erhält über die Schalter 3.1 bzw. 3.2 eine demgegenüber höhere Spannung, dass Übersetzungs- verhältnis der doppelt gespeisten Asynchronmaschine ist so angepasst, dass die Rotorspannung der Eingangsspannung des netzseitigen Frequenzumformers ent- spricht. Damit kann dem Generator eine grössere Leistung entnommen werden ohne die Umrichterleistung zu erhöhen.

Die Widerstände der Widerstandseinheit 8.1 sind in Serie mit den Rotorwicklungen 4.2 geschaltet und sind im stationären Betrieb mit dem Schalter 8.2 kurzgeschlossen. Falls die doppelt gespeiste Asynchronmaschine durch eine Windböe aus dem Arbeitsbereich (bis 125 % Synchrondrehzahl) bewegt wird, dann wird der Schalter 8.2 geöffnet. Die Regeleinheit 10 sorgt dafür, dass der Strom seine-Amplitude beibehält und die Energie weiterhin ununterbrochen erzeugt wird. Über die Widerstände der Widerstandseinheit 8.1 fällt eine Spannung ab, welche z. B. ca. 20 % der Rotor-Nennspannung beträgt. In diesem Fall kann die Rotordrehzahl-bei konstantem Strom-um 20 % steigen. Dieser Zustand soll vorzugsweise zeitlich limitiert werden. Die Rotorblätter sollen so verstellt werden, dass das Anlagendrehmoment wieder reduziert wird und die Drehzahl des Rotors unterhalb der maximalen stationären Drehzahl liegt (z. B. 125 % der Syn- chrondrehzahl). In diesem Moment werden die Widerstände der Widerstandseinehit 8.1 wieder kurzgeschlossen. Die Dauerleistung, welche diese Widerstände abführen, ist wesentlich geringer als die Spitzenleistung, da die extremen Windböen selten auftreten.

Der Frequenzumformer 7 kann z. B. als Spannungszwischenkreis-Umformer ausge- bildet sein oder als bidirektionaler Spannungszwischenkreis-Umformer, bestehend aus einem netzseitigen Frequenzumformer 7.1 und aus einem motorseitigen Frequenzum- former 7.2, welche beide über den Zwischenkreiskondensator 7.3 gekoppelt sind.