Die Hersteller von Elektromotoren sind schon seit langer Zeit mit dem Problem konfrontiert, daß ihre Motoren nur auf einer beinahe festen Drehzahl laufen können, abhängig von der Polzahl des Motors.

Wie wir auf der vorigen Seite gesehen haben, ist der Motorschlupf (oder Generatorschlupf) einer Asynchronmaschine (Induktionsmaschine) aus Gründen des Wirkungsgrades sehr klein, sodaß der Drehzahlunterschied zwischen Leerlauf und Vollast nur rund ein Prozent beträgt.

Der Schlupf selbst ist eine Funktion des Widerstandes der Rotorwicklungen (gemessen in Ohm). Je höher der Widerstand, desto höher auch der Schlupf. Deshalb kann man den Schlupf verändern, indem man den Widerstand variiert. Auf diese Art kann man den Generatorschlupf auf z.B. 10 Prozent erhöhen.

Bei Motoren erreicht man das mit einem gewickelten Rotor, d.h. einen Rotor mit Wicklungen aus Kupferdraht, die über veränderbare Widerstände zu einem Stern zusammengeschaltet werden. Ein elektronischer Regler stellt die Widerstände auf die gewünschten Werte ein. Üblicherweise werden die Spulen des Rotors über Bürsten und Schleifringe angeschlossen, was ein klarer Nachteil gegenüber der eleganten und einfachen Ausführung eines Käfigläufermotors ist. Außerdem arbeiten diese zusätzlichen Teile nicht verschleißfrei und müssen daher gewartet werden.

Eine interessante Abwandlung des Induktionsgenerators mit variablem Schlupf kommt ohne Schleifringe, Bürsten, externe Widerstände und somit ohne Wartung aus.

Dabei sind die Widerstände genauso wie der elektronische Regler am Rotor selbst montiert. Nun muß dem Regler noch irgendwie mitgeteilt werden, wieviel Schlupf er einstellen soll. Diese Kommunikation erfolgt recht elegant mittels Nachrichtenübermittlung via Glasfaser, indem ein Signal immer dann zur Elektronik des Rotors geschickt wird, wenn er die feststehende Glasfaser passiert.

Wie auf der nächsten Seite erklärt wird, bieten Windkraftanlagen mit variabler Drehzahl eine Reihe von Vorteilen.

Ein wichtiger Grund, warum man eine Anlage gerne mit variabler Drehzahl betreiben können möchte, liegt darin, das die Pitchregelung (Drehmomentregelung durch Verdrehung der Rotorblätter zur Vermeidung einer Überlast bei Getriebe und Generator) ein mechanischer Vorgang ist. Das bedeutet, daß die Reaktionszeit des Pitch-Mechanismus einen kritischen Faktor bei der Konstruktion einer Anlage darstellt.

Bei einem Generator mit variabler Drehzahl kann man beispielsweise den Schlupf erhöhen, wenn der Generator seine Nennleistung erreicht hat. Eine Form der Regelung, die in vielen dänischen Windkraftanlagen angewendet wird, funktioniert folgendermaßen: Wenn die Anlage in der Nähe der Nennleistung arbeitet, läuft der Generator mit der Hälfte des maximalen Schlupfes. Kommt nun eine Windböe, so veranlaßt der Regler eine Erhöhung des Generatorschlupfes und ermöglicht es dadurch dem Rotor, seine Drehzahl leicht zu erhöhen. Gleichzeitig beginnt der Mechanismus für die Blattwinkelverstellung, die Rotorblätter leicht aus dem Wind zu drehen. Wenn das geschehen ist, wird der Schlupf wieder verringert. Wenn der Wind plötzlich nachläßt, verläuft dieser Prozeß genau umgekehrt.

Obwohl dieses Konzept recht einfach klingt, ist es doch eine große technische Herausforderung, diese beiden Mechanismen zur Leistungsregelung effizient zu vereinen.

Sie können jetzt einwenden, daß ein mit hohem Schlupf betriebener Generator viel Wärme abgibt und deshalb weniger effizient arbeitet. Das ist jedoch kein Problem, da die einzige Alternative dazu wäre, die Rotorblätter aus dem Wind zu drehen, um die überschüssige Energie loszuwerden.

Ein großer Vorteil der oben erklärten Regelungsstrategie ist die Verbesserung der Leistungsqualität, da die Schwankungen der Leistungsabgabe vom geänderten Generatorschlupf aufgefangen werden und ein Teil der Energie im Rotor der Windkraftanlage gespeichert bzw. dem Rotor entzogen wird.