Windon är ett registrerat varumärke av Windon AB

Vindkraft / Generator

Asynkron eller Synkron generator

Det finns 2 typer av generatorer som man huvudsakligen använder sig av till vindkraftverk; asynkrona och synkrona. Vi ska här förklara i korthet skillnader och för- och nackdelar mellan dessa generatortyper.

Direktkopplad Asynkron

En asynkron generator är kortfattat en elmotor av samma typ som sitter i byggsågen eller vedkapen. Dessa kan inte generera ström utan att magnetiseras och för att göra det så startar man den som en vanlig elmotor. När rotorn har tillräckligt med vind för att överstiga det synkrona varvtalet så kommer generatorn att övergå till att leverera ström och det kommer att fortgå tills man nått nominellt varvtal som vanligen ligger på 1500r/m. Överstiger man det vridmoment som kan bromsas av generatorn så måste man minska momentet på rotorn genom att vrida ur vind annars är risken stor att generatorn kommer att överhettas och lindningen kommer att brinna. Eftersom det krävs ett så högt varvtal för att börja leverera ström så är ett krav att man har en växellåda mellan rotor och generator. Det finns bara ett sätt att bromsa den här typen av generator vid ett strömavbrott och det är att ha en mekanisk broms på ingående axel. Denna teknik har använts på vindkraftverk sedan 70-talet.

Fördelar med direktkopplad asynkron generator

Det är billigt att tillverka eftersom det inte krävs någon teknik för att fasa in på nätet. Det fasas in automatiskt när varvtalet på verket ökar.

Nackdelar med direktkopplad asynkron generator

Det krävs en växellåda och mekanisk broms vilket leder till ökat underhåll och många rörliga delar som kan gå sönder. Mycket vikt och teknik hamnar högst upp i tornet vilket skapar en ogynnsam arbetsmiljö. Asynkron generator orsakar onödigt höga strömmar pga att det hämtar reaktiv ström på nätet för att fungera, vilket kan få lampor att blinka och känslig utrustning att gå sönder. Detta går dock att motverka med mjukstartsutrustning och kondensatorer, tyvärr ser man sällan det på de mindre vindkraftverken pga. kostnadsskäl. Vid turbulens så måste all kraft vidarebefordras till huvudaxeln och det kan ge ganska stora belastningar kortvarigt och skapar stora brytningar. Detta är dock främst ett problem på stora anläggningar. En asynkront vindkraftverk kräver ett visst underhåll och en årsvis mätning av generatorn för att försäkra sig om att den levererar en energi som är godkänd och inom ramarna som nätägaren har ställt. Växellåda och broms kan skapa en del missljud, speciellt när de börjar bli slitna. Eftersom det är fler rörliga delar så skapar det ett mekaniskt tröghetsmoment (=effektförlust) och därmed också ett mekaniskt ljud.

Synkron Permanentmagnetgenerator

En synkron generator fungerar som en dynamo på en cykel. Den genererar ström i ett ganska brett varvtalsregister och dessutom varierar både Volt och Hz. Dessa generatorer har oftast använts till vattenkraft eftersom de genererar ström redan vid ganska små varvtal och kräver ingen startspänning för att börja generera. I vindsammanhang har man bara använt synkrona generatorer till att ladda batterier och värma vatten med elpatroner som inte är beroende av en konstant Hz eftersom generatorn levererar en så blandad kvalité av energin. Idag finns dock utrustning för att kunna likrikta denna ström därefter på elektronisk väg fasa in den på nätet med en mycket hög precision. Denna teknik har funnits sedan början på 90-talet men varit för dyr för att implementera i mindre anläggningar.

Fördelar med synkron generator

Den kräver ingen växellåda eller mekanisk broms. Den fungerar som en direktdriven generator och bromsas med elektriska laster i form av elpatroner i olika steg. Alltså mindre underhåll och färre rörliga delar, och man slipper att klättra i torn för att smörja och byta bromsar mm. Den är inte beroende av ett fast varvtal för att leverera. Den levererar från 0 r/m till nominellt varvtal och en bit däröver. Detta är givetvis en fördel med tanke på att vinden inte är konstant. Den har inte samma problem med turbulens utan tar hand om vindbyar med att tillfälligt öka varvtalet och därmed effektuttaget. Den magnetiserar sig själv, vilket gör att den inte behöver någon startström och ställer då mindre krav på inkopplingsstället. Den levererar inte heller några spikar i nätet eftersom den är galvaniskt åtskiljd från nätet med en avancerad kraftelektronik för infasning på nätet. Kraftelektroniken sköter sig helt själv, vilket gör att den inställning som är gjord från oss kommer att hålla sig oförändrad så länge verket är i drift. Kräver inga avläsningar eller anpassningar eller mätningar årsvis som de asynkrona verken kräver. Mekaniskt är synkrona generatorer helt tysta. Det finns inga mekaniska växlar och bromsar som kan alstra ljud, bara vindens sus när rotorbladet passerar tornet.