Calculation of different generator systems for wind turbines with particular reference to low Speed permanent magnet machines

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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Berechnung und dem Vergleich verschiedener Generatorsysteme für drehzahlvariable Windkraftanlagen, insbesondere mit langsam laufenden permanenterregten Synchrongeneratoren (PMSG). Ein zentraler Aspekt ist die Entwicklung eines vereinfachten Modells zur Berücksichtigung der Sättigung des magnetischen Kreises, die für die hohe Kraftdichte und Induktivitäten von PMSG entscheidend ist. Da die Luftspaltflussdichten dieser Maschinen extrem hoch sind, ist die Berücksichtigung von Sättigungseffekten notwendig. Das Modell wird durch FE-Analysen und Literaturvergleiche validiert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Tragstruktur mittels dreidimensionaler FE-Analysen. Zudem wird das thermische Verhalten von PMSG modelliert, wobei der Nenn-Wirkungsgrad aufgrund des Teillastbetriebs weniger relevant ist. Um ein Benchmarking der getriebelosen PMSG mit der bestehenden Technik zu ermöglichen, werden auch doppeltgespeiste Asynchrongeneratoren (DFIG) und stromerregte Synchrongeneratoren (DCSG) untersucht. Die Arbeit analysiert Magnetik, Mechanik und Thermik dieser Systeme. Am Ende werden verschiedene Generatoren für PMSG, DFIG und DCSG für eine 3 MW-Windkraftanlage entworfen und verglichen, wobei Wirkungsgrade, Massen, Herstellungskosten und Energiekosten betrachtet werden. Ziel ist es, grundlegende Randbedingungen für die Wirtschaftlichkeit von Generatorsystemen zu erarbeiten u