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Regelung einer Windkraftanlage anhand der Drehzahl


CC-BY-NC-SA 3.0

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Essener Übersetzer zur Regelung auf Basis der Windgeschwindigkeitdie Windgeschwindigkeitist natürlich übel zu messen auf der konnteman nicht die korrekte Windgeschwindigkeitauch aus einem Meterman kann auch versuchen das ist die klassische Art auf Basis der Drehzahlzu regeln Komma dass man erst mal die Skalenin welchen Größenordnungenlegt man den überhauptnicht mit der DrehzahlarbeiteDrehzahl in in Umdrehung also einst durchMinuteUmdrehung pro Minutein welchen Größenordnungengewichtet Beistrich mit der Drehzahleiner typischenWindkraftanlage?? Komma sagenwir NennwindgeschwindigkeitKomma Vorder für ?? Bindestrich als auch in zehn Meter pro Sekundeeine typische Schnelllaufzahlbekommen Sie dann jetzt auf die Drehzahldes Venedig kriegen welchen Bereich sindund für die Regelung fertig gleich versuchen ohne Windgeschwindigkeitzu arbeiten und mit der Drehzahlberechne ich das ?? verbreiten dann immer sagende Schnelllaufzahl von sieben wird der Läuferhaben Umfangsgeschwindigkeitvon sieben mal zehn Metern pro Sekunde Komma Farbumfangist also siebzig Meter pro Sekundeder Wind kommt anmit zehn Meter pro Sekundeder Umfangbewegt sich mit siebzig Meter pro Sekundedas siebenfacheist kann ich versuchen siebzig Meter pro Sekunde auf meinerZahlungen und Drehungen zukommendie Länge des Umfangs zwei Pi MalradiusKlimadurchmesserich immer wieder hundert Meter als Durchmesserdas heißt der Umfang ist drei hundert vierzehn Meter langfliege jetzt sozusagen mit siebzig Meter pro Sekundedrei hundert vierzehn Meter um eine Umdrehung zu machendas heißt hier haben wirsiebzigMeter pro Sekundedurch drei hundert vierzehnMeterdas wäre die Zahl der Umdrehungen pro SekundeSache mit den Einheiten guckendas würde offensichtlich schon stimmen oder uns überlegenin der drei hundert vierzehn Meter pro Sekunde zurücklegen würden hätten wir eine Umdrehung pro Sekundewenn wir sechs hundert achtundzwanzig Meter pro Sekunde zurücklegen würden hätten wir zwei Umdrehungen pro Sekundewerden inder halben Sekunde einmal durchund so weitersodas wir also typische Drehzahlsiebzig durch drei hundert vierzigpro SekundeDrehzahlen gibt man ja meist in pro Minute an berechnet sie um auf pro Minutedas schöne Idee mal sechzigSekunden pro Minute ?? das dahinter schreiben mal sechzig Sekunden pro Minutedas ja eins sechzig Sekunden durch eine Minute ist einzig ?? ?? Drehzahl als dazugeschriebennur für das jetzt dazu das ich diese Kunden streichen kann und ich will dich pro Minute rauskriegesind also siebzig mal sechzigsagen vier tausend zwei hundertdurch drei hundert vierzehnpro Minutegute Idee vier tausend zwei hundert durch drei hundert stattdessenunternahm er vierzehnalso ungefährvierzehnUmdrehungen pro Minutedass es ohne Größenordnungin der Manier lebt zehnund zwanzig dass man jemals uns keiner dran hat das in die Größenordnungin den ?? miterlebenwas kann man sich die LeistungüberlegenBeistrich dass auch an das weite den eigentlichen zum Drehmomentdas ist das was man sich üblicherweisePunkt aberbei der Leistung wie gesterngucken jährlich mit zehn Meter pro Sekunde gerechnet erreicht man dabeizehn Meter pro Sekunde hatte ich vierzehn rausvierzehnUmdrehung Bayer spannendwie sieht jetzt der Zusammenhangaus wenn sie sagen es kommt Wind anmit zehn Metern pro Sekundeund ich Komma bei verschiedenen Drehzahlenwas erwarten Sie vom Zusammenhangkriege ich jetzt da eine Kurvedie Geschwindigkeitdes Windes ist festich guck mir jetzt anAudi Drehzahl ist vielleicht variabelmuss ich irgendwie einstellenund ?? gucken wann welche Leistung rauskommtwelch Zusammenhang sehen sie ihr dann nicht weniger eingezeichnet habe wie sieht der Zusammenhang aus die Leistung in Abhängigkeit von der Drehzahlbei vierzehn hatte Schnelllaufzahl von sieben die dann optimal ist für die Anlage wenn sie nicht bei der Schnelllaufzahl von sieben sind wir die Anlage nicht mehr optimal betrieben das heißt ja meine kleine Leistung zu Musters ausSaison Buckel haben muss ansatzweise aussehen wie eine intendierte Parabel ich nicht bei vierzehn binmit der Drehzahl vierzehn Umdrehungen pro Minute bin ist die Leistung kleinerbei vierzehn habe ich die optimale Schnelllaufzahlwenn ich die kleinere Anzahl an Umdrehung habepro Minute ist die Umfangsgeschwindigkeitkleiner Schnelllaufzahlkleiner ist nicht optimalwenn ich mehr als vierzehn Umdrehungen pro Minute habeich eine höhere Umfangsgeschwindigkeit?? Schnelllaufzahl wird größer alssieben auch nicht optimal so müsse das Aussehen bei dieser Windgeschwindigkeitwas ist wenn sie Nennwindgeschwindigkeitvon Metern pro Sekunde haben ?? wie sieht dannder Zusammenhangausso oder sollte das Maximum also bei siebenbei der Hälfte sein bei sieben Umdrehungen pro Minute seinda sollte das Maximum sein ich möchte die optimale Schnelllaufzahl haben sieben in diesem Beispielwenn die Umfangsgeschwindigkeitsich halbiertwas die Drehzahl halbiertsich die Umfangsgeschwindigkeit?? Windgeschwindigkeitwunderbarich hab ?? dieselbe Schnelllaufzahl ?? was Geschwindigkeit habealso hier wieder so ein Buckel die Frage istauf welcher Höheauf welcher Höhe liegt hier der optimale Wertein achtelsein ihr das Maximumein achtelvon der Höhedes hierbei zehn Meter pro Sekunde hattedieselbe SchnelllaufzahlWohnsituation in der blauen SituationdieselbeoptimaleSchnelllaufzahldamitauch theoretischden selbenLeistungsbeiwertdes Prozentsatz an Leistungoder Kreisfläche geht landet dann auch wirklich am Ausgangjetzt wissen wir aberdie Leistung die durch die oder Geistliche gehtist nur ein achtelbeim blauen Verhältnis zum Grünen war die Geschwindigkeit halbiert wird ?? hoch dreiist die Leistung dann nur noch ein achtel alsodas ganze mal denLeistungsbeiwertder derselbe sein soll muss auch ein achtel sein so muss es aussehen zu geht es natürlich dann nach unten weiter und innen drin weiterist könnte man ihm schon gesagt ist man ganz dreist diese Punkte hier verbinden diese Maxima verbindenLeertaste Punkt immer bisschen zur Seite mit klar wirddie Maxima verbindenMalkurve durch Maximdann haben sie wieder unsere übliche V hoch drei Abhängigkeitdass sie es proportional zu V hoch drei Folie faucht rein gar nicht vorkommtalso wenn ich die Drehzahloptimal wählendass die Drehzahl proportionalist zur Geschwindigkeit?? besser gestern Drehzahl proportional zur Geschwindigkeitbin ich hier immer auf dem Maximumund die Leistung ist proportional zu V hoch dreida kommt plötzlich wieder unsere V drei Kur voranich weiß ja im Prinzip welche Formel dahinter steckt die Leistungbei einer bestimmten Geschwindigkeitdes Windes ist gleich ein halb mal Leistungsbeiwertdichte RotorkreisflächeWindgeschwindigkeithoch dreielektrische Verlusteignoriere ich jetzt maldie Formel schickte einzig in der des möchte ich aber nicht einarbeiten dass ich mir die Windgeschwindigkeitvorkommt sondern was mit der Drehzahl vorkommtein GedankeKomma wiederholt mein Gedanke ist können wir Regelnohne die Windgeschwindigkeitzu messendie Drehzahl müssen die Drehzahles vielleicht dazu messen möchte von der Drehzahl ausgehenwas ich wieder einstellen muss ist einmal die LastwelcheLast am Generator Umrichter und so weiter welche Last erzeugen die Hilfeleistungnämlich raus sozusagendas muss ich einstellenund ich muss den Blickwinkel einstellen ?? bin ich jetzt bei der Lastund die lassen sich passend wählenzur Geschwindigkeit?? eine Möglichkeitoder passend zur Drehzahldas jetzt der nächste Schritt ich möcht diese Gleichung so umbauendass die Drehzahl vorkommt?? möglicherweisehat noch eine Nummer komplizierter Beistrich üblicherweise ?? ist nicht die Drehzahlsondern die Winkelgeschwindigkeitsind sie gleich das wird etwas hübscher von den Formeln her immer die Winkelgeschwindigkeitnimmt und nicht die Drehzahlder Eisen gerne großräumigeTransfers endlich gerne Kleinanlegerund wird gemessen in Radiant pro Sekunde?? eins durch Sekunde Radiant ist ja keine echte Einheit?? war die rechensie Umfang Drehzahl auf Winkelgeschwindigkeitalso bei zwanzigpro Minutehaben wir eine Drittelumdrehungpro Sekundeder sechzigste Teil davon eine Drittelumdrehung pro Sekunde haben wir daauf Winkel umgerechnetdrei hundert sechzig Grad malein Drittel pro Sekunde pro Sekunde hundert zwanzig Grad und in zwei Piverlernt zu haben sei die malein Drittel pro Sekunde vom vollen Winkel zwei Pi Party pro Sekunde ein Drittel zwei PiDrittelRadiant pro Sekunde zwei Pi Drittelzweimal etwas mehr als drei durch dreiVarianten pro Sekunde also etwas mehr als zwei City gegen drei kürzen etwas mehr als zweiKomma das heißt zwei hinwelche also offensichtlich etwaszehn etwas über eindas SU die Größenordnung für die Winkelgeschwindigkeitenwenigerpro Sekunde das ist die Ursache für die Winkelgeschwindigkeitbei derheutigen Anlage man arbeitet typischerweise mit der Winkelgeschwindigkeitnicht mit der Drehzahl?? sie leicht ineinander umrechnensind euch einen Formel die Winkelgeschwindigkeitist allerdings etwas hübschersowie das Rückwurf wahrscheinlich hinausich wollte hier dass Frau hoch drei loswerden meine Regelung möchte ihr Basis der Drehzahl in der Winkelgeschwindigkeitmachendie das auch drei möchte ich loswerden um sagen zu können bei einer bestimmten Drehzahlwas soll denn jetzt Leistung seindie der Generatorentnimmtdie ständig Generator und Umrichter einwas uns immer umzuformen wie wenn sie dann das V hoch dreilos ich hätte gerne dein Omega stehen stattVundwas war die Drehzahlwar die Geschwindigkeitdes Umfangsdurch die Länge des Umfangskann ähm schon mal vorich bin im optimalen Fallmit der die rote Kurve angucken ich bin im Optimalfallbei der optimalen Schnelllaufzahlimmer das heißt ich weiß was meine Umfangsgeschwindigkeitist meine Umfangsgeschwindigkeitist die Schnelllaufzahlmal die Windgeschwindigkeitjetzt muss ich noch die Länge des Umfangs vielleicht mal ausbuchstabierendas wäre zwei Pimal den Radius optimal den Durchmesserbeider zwei Pi mal den Radiusdes Motorsdas wäre die Länge des Umfangsdie Drehzahl hier wollt ich habe mich vor die Winkelgeschwindigkeithaben die Drehzahl wirklich aus der Winkelgeschwindigkeitswinkelgeschwindigkeitist zwei Pi mal Drehzahl also ist dieDrehzahldie Winkelgeschwindigkeitdurch zwei PielsohnesKomma kürzendie zweitenKomma streichen zwei Pi weg wie weg ich wollte nach V auflösenV ist alsoOmega MalradiusdurchSchnelllaufzahlWinkelgeschwindigkeitbei RadiusSchnelllaufzahlsind das Sonderformen die einer technisch schwierig ist Omega zu wenig Einheiten hier nur große ??Lander hat'sgar keine Einheit wusch Alexander hin in den Zähler in den Nennerwie passiert es dass die WindgeschwindigkeitgroßesGleiche Radiussie können den Rotor schneller drehenhöhere Winkelgeschwindigkeitoder sie können eine kleinere Schnelllaufzahlhaben eine Schnelllaufzahl doppelt so groß ist das heißt jameinen Rotor ist extrem schnell bei sehr Windgeschwindigkeitokay Essig sind sowie Geschwindigkeit auch die Winkelgeschwindigkeitdoppelt so groß der kürzlich das Wegsieht soweit plausibel aus und diesen Radius hier dass man sie mit den Einheiten schicken V in Meter pro Sekunde mal den Radius in Metern ist das Omega oben steht pro Sekundeauf einen anderen etwa die Schnelllaufzahl steht undjetzt einsetzenwie gesagt es ist jetzt eher mit dem optimalenLanderdas segeltimmer mit dem Lander was ich gerade habe ich Gruppe die Windgeschwindigkeitan die aktuelle Umfangsgeschwindigkeitdas Segel mit dem Lander was ich gerade habeund hier nämlich jetzt das optimale Land ?? möchte auf der roten Kurve den optimalen Fall haben also ein halb malLeistungsbeiwertDichteoder Kreisfläche und hier steht jetztOmegadie Winkelgeschwindigkeitmal den Radius des Rotordurch das optimale Landerwahrscheinlich die siebenvom Anfang?? hoch dreidamit habe ich eine Artich die Regelung veranstaltenkann ?? ich gucke mir an was ist die aktuelle Drehzahlverwandelt das eine Winkelgeschwindigkeitmit der Winkelgeschwindigkeitrechne ich diesen Ausdruck aus hierweiß welcheLeistungdie Anlage liefern soll man gerade mein Umrichter ständig so ein dass diese Leistung hier entnommen wird für eine Artdie Anlage zu regelnes sei denn ich bin bei Nennleistung oder höhernämlich nur die Nennleistung rausdem Ball muss man den Blickwinkel auch noch einstellenklar wenn sie ?? werden offensichtlich wenn sie mit der Winkelgeschwindigkeitzu schnell werden dann wünschen Sie die Rotorblätter so das sie wieder zurückkommenauf die größtmöglicheGeschwindigkeitdas wäre noch der Teil der Bittschriftso könnte man das auch machen und hätte ihm nicht die Geschwindigkeit zu messen und würde nur mit der Drehzahldes Verbandes noch einen Schritt weiter eigentlichist das sie schon das rege Verfahren nur normalerweiseist nicht die Leistungdas was man einstelltsondernein stärkstes Drehmoment welches Drehmomentübt die Elektriksozusagen auf den Rotor aus nicht die Leistungsdatendes Drehmomentsdas ergibt dann die übliche Kurvedie man dazu benutzt also ich nehme die Winkelgeschwindigkeitfür sieben hattengroß Omegain Radiantpro SekundeGrößenordnungenalsoeinszweiund jetzt stell ich nicht die Leistungda auf der vertikalen Achse sondern das Drehmomentsamich ?? keine Einheiten in der Senke seine von der Größe der Anlage ab Koffer doch gleicheinmal nachdenken aberes war nur so der prinzipielle Verlaufist auch ein Zusammenhang zwischen Leistung und Drehmomentwie kommen Sie von Drehmomentszur Leistungwie Handy miteinander zusammenkomme ich dann von dem ein Diagrammvon dem hier was leichter zu verstehen ist für mich mit der Leistungund dem Diagramm komme ich dann aufdieses Diagramm mit dem Drehmomentsdie Hängeleistung und Drehmomentzusammenfassungso gefühltund dann erste FormelScans erlaubt elektrische Maschinen sehr gut ist alsodas Drehmomentsmal die Winkelgeschwindigkeit?? Moment mal zwei die Drehzahl können sie auch schreiben oder Drehmoments baldige Geschwindigkeitsieht man jetzt das ist doch vielleicht ganz nett ist mit der Winkelgeschwindigkeitzu arbeitendie dies fallen an ganz vielen Stellen raus wenn sie mit der Winkelgeschwindigkeitarbeitensicherheitshalber noch mal wo das eigentlich herkommtdas Drehmomentsist grob gesagt Kraft mal Hebelarmso vom Sinne des Drehmoments Kraft ?? Hebelarm wenn siein sein Hebel habenin sie dahinten mit dieser Kraft ziehenoder wenn sich hierauf der halben Strecke mit der doppelten Kraft zehn vermisst Drehmomentgedichtezum Zentrum sind bestärken sie oder umgekehrt NussknackerWeihnacht Nussknackerjetzt sind sie mit konstanter Kraftempfing sie dahintenmuss nicht kaputt aber davon die Nusskrise kaputt weil die Kraft viel größer werden muss Selbstdrehmomentssoll dasselbe rauskommender Hebelarm ist kürzer die Kraft muss größer werden?? Nussknacker dann haben sie Drehmoment verstandenKraft überleben ??Kraft senkrecht zum Hebelarm einen Hebelarmmit Vektorprodukt jeder seine offiziellund hier hintensteht zwei die durch die Zeit für eine Umdrehungwie kriegt man das jetzt zusammen wie sehen Sie auf Anhieb jung das ist die Leistunghier steht also zwei optimale Hebeldas ist der Umfangwill ich die KraftAußeneinsätzebei der Windturbinejetzt überlegen?? jetzt wohl protestantische Kraftwerke lässt man sie außen wirken ist man in der Mitte wirken außenhaben sie bestimmte Krafthebelarmmahlzeitist der Umfang Prinzessinnen machenauch Sie natürlichdoppelte Kraftdamit sie wieder dieselbe Leistung kommen aber nur den halben Nebel ?? ich ?? das mal außendie Kraft Außenansätzenam Sieberhebelarmmal zwei die den Umfang stehenwas da denn der eigentlich Kraft mal den Weg den ich zurücklegedas heißt hier oben steht jetzt als die Arbeit pro UmdrehungKraft mal Weg und teilte die Zeit Punkt Drehung Arbeit pro Zeit ist die Leistungdas muss so hinhauen sondern müssen ihm die Zeit wieder beistehenda kommt diese Gleichung ja die Leistung ist also Drehmomentsmal Winkelgeschwindigkeitjetzt kann man das erste hier einzeichnenbei der Rettung wie sie bisher gezeichnet habe gab's eine Deckelung es gibt die Nennleistungund alles jenseits der Nennleistungist tabuund einfach horizontaleeinzeichnen und sagen darüber rausgeht nichtsoder soll nichts gehen damit der Generator ?? bleibtJesus jetzt bisschen anderswelche Bereiche sind tabu in diesem Diagrammhabe das ist die Grenze des möglichen sozusagennämlich wenn die Nennleistunghier steht die NennleistungdesDrehmomentsmalWinkelgeschwindigkeitverschreibt das mal so das Drehmomentist gleich die Nennleistungmuss man sagen assistant mit unseren elektrischen Verlusten Komma so gering das Drehmoment ist die Nennleistungdurchdie Winkelgeschwindigkeitdas istverbotenweil dann die Leistung groß Hürdesowie das jetzt aus eben war's einfachhorizontal abgeschnittenjeweils im Wasserzeichen würde so abgeschnitten der Bereich darüber ist verbotendaskrumm geworden so ist das im Lebenundwenn ich bei der Nennwindgeschwindigkeitbinich ?? Regenwasser in Anlehnung das sei die Nennwindgeschwindigkeitdann heißt das ich sitze hier auf dieser Kurve ich bin beim Nennleistungüber sich nur bei NennwindgeschwindigkeitSchwanz ist sich auch genau dann auf diesen Punkt nicht nur genau bei der Nennwindgeschwindigkeitsondern in welchen Fällen auchalso wenn ich über den Nennwindgeschwindigkeitbin dann bleibe ich hierstecktedie Drehzahldamit täglich die Winkelgeschwindigkeitdie solch größer werdenFoto Neround ich deckt die Leistungalso jenseits der Nennwindgeschwindigkeitfleißig dasitzendas ist also nicht nur hier bei Nennwindgeschwindigkeitsondern zum Beispiel hier größer gleichmäßig warNennwindgeschwindigkeitda bleibe ich sitzen vielleicht einmal das Diagrammvon gestern zum Vergleich staatlicher die Leistungund dieFähigkeit gehabt und es gibt eine so dritte Potenz und dann konstantin den Bereichen wenn ich die Nennleistung habe für diese Windgeschwindigkeitzigmal an diesem PunktKlammer auf den anderen Teilvon dieser Kurve von gestern die Windgeschwindigkeitund die Leistung sondern auf diesen hoch drei Talden vorderen Teildamit sinnvollerweisekleinere WinkelgeschwindigkeitenTurbine läuft langsameroffensichtlich was dann passieren wird sowas wir werden die Datei ihr das also nicht mehr nur ein Punkt sondernKurvees kann immer noch gerade einmal sagen wie verläuft diese Kurveproportionalzu Omega hoch wie viel verläuftdiese Kurvedie Leistung ist proportional zur Windgeschwindigkeithoch dreihier bin ich in diesem optimalenBereichin dem die Windgeschwindigkeitproportionaleszur Winkelgeschwindigkeitkonstantes Lambdasind Geschwindigkeitproportional zur Winkelgeschwindigkeitdas heißt die Leistung ist auch Professionalnicht ?? zuvor auch drei sonder zu Omega hoch dreidie Leistung ?? Professional zu Omega hoch dreibleiben mir nur noch Omega Quadratfür das Drehmoment das hier mussein zorniger Quadrat sein so sieht das ausdas ist also eine Art Zimmer dieser Art anregt und beschreiben kann ich messe erst mal gar nicht die Windgeschwindigkeitsondern ich gucke nur wie schnell sich der Rotor drehtund sagewenn der Rotorunter der Drehzahl ist in Arbeit Nennwindgeschwindigkeitoptimal haben solltedann stell ich mein Drehmomentdie Belastungständig proportional zu den Salz vertrat ein ?? mit einer Konstante die man ausrechnen kann und den Blickwinkel stelle ich auf optimalwenn ich in der Drehzahl zu groß bringen ?? wenn ich versuche in der die Zahl drüber hinaus zu gehen überdie Drehzahl ich habe bei NennwindgeschwindigkeitBeistrich bei der Verstimmung so ein entwickelt sich so ein dass ich schleunigst wieder zurück komme zu der richtigen Winkelgeschwindigkeitder maximalen Winkelgeschwindigkeitund ich werde dieses Drehmoment hier mein Generatorvielleicht sogar noch in höheres Drehmoment um wiederzurückzukommenaber dann bin ich schon wieder über Nennleistungversorgen Ausrufungszeichenwir sagen diese zwei Bereiche dieser gestern hatten dieser Bereichmit der optimalenSchnelllaufzahlder bleibt hier auch so einbreiter Bereich eine Kurve aber dieser Bereich wo ich bei der Nennleistung in von gesternnoch ein einziger PunktDiagramm