This research work focuses on the reactive power compensation of the permanent magnet synchronous generator (PSG) in wind power plants. PSG feeds a fixed voltage dc grid through a rectifier bridge. In variable speed operation, the PSG will be able to build torque only in small speed range. This is due to the fixed magnet of the PSG. External reactive power compensation provides an attractive solution to overcome this problem. Different reactive power compensation configurations were examined. Statics synchronous series compensation and a shunt passive filter were chosen as a compensation method. Simulation and implementation of small wind power plant were performed. The wind power plant consists of the synchronous generator, inverter, rectifier, coupling transformers and shunt passive filter. The experimental results agree to the proposed theory and simulation results. / Der Schwerpunkt meiner Promotion ist die Blindleistungskompensation bei einem permanenterregten Synchrongenerator. Der Synchrongenerator speist das Gleichsspannungsnetz über ein Gleichrichter. In der Drehzahlvariablen Betriebsverhalten können Nachteile auftreten. Die Folge ist, dass bei konstanter Gleichspannung und fester Erregung durch die Permanenterregung nur ein sehr kleiner Drehzahlbereich mit vernünftiger Drehmomentausbeute bedienbar ist. Ein möglicher Ausweg wäre eine variable Kompensationsspannung. Verschiedene Kompensationsverfahren wurden untersucht. Ein Series Active Filter und ein Shunt Passive-Filter wurden als Blindleistungskompensation gewählt. Im Rahmen meiner Dissertation beschäftige ich mich mit dem Aufbau und der Simulation einer Windkraftanlage. Diese besteht aus einem permanenterregten Synchrongenerator, einem Wechselrichrter, einem Gleichrichter, drei Transformatoren und einem passiven Filter. Das Versuchsergebnis zeigt, dass die Theorie mit der Simulation übereinstimmt.

In diesem Beitrag wird eine fertigungsoptimierte Methode der Nutrastmomentreduzierung durch Magnetverschiebung am Beispiel eines Synchrongenerators für Kleinwindenergieanlagen mit in die Läuferoberfläche eingelassenen Permanentmagneten vorgestellt. Auf Grundlage der Drehfeldtheorie wird ein analytisches Berechnungsmodell unter Einbezug der Magnetverschiebung zur Bestimmung des Nutrastmoments entwickelt und mit FEM-Simulationen verifiziert. Durch experimentelle Untersuchung eines gefertigten Prototyps wird der optimierende Effekt der Magnetverschiebung nachgewiesen und mit einem Referenzläufer mit ungeschrägt, symmetrisch verteilten Polen verglichen. Abschließend werden mögliche Ursachen für die verbleibenden Abweichungen identifiziert und Ansätze für die weiteren Betrachtungen abgeleitet. / A production-optimized method of reducing cogging torque by magnet shifting using the example of a synchronous generator for small wind turbines with a rotor with inset surface magnets is proposed in this paper. On the basis of rotating field theory an analytical calculation model is developed taking into account the magnet shifting for determination of cogging torque. The analytical results are verified with FEM simulations. By experimental investigation of a manufactured prototype, the optimizing effect of magnet shifting is verified and compared to a rotor with symmetrically distributed poles. Finally, possible reasons for remaining discrepancies are identified and approaches for further considerations are presented.

Bei eigengekühlten Elektromaschinen in Außenläuferbauweise resultiert aus der schwierigeren Abführung der Statorverluste üblicherweise eine Reduktion der elektromagnetischen Ausnutzung. Im Beitrag wird am Beispiel eines permanentmagnetisch erregten Synchrongenerators für eine Kleinwindenergieanlage das Verfahren der intensivierten Statorrohrinnenkühlung unter Nutzung der Windströmung durch einen im Statorrohr angeordneten Kühlkörper diskutiert. Neben der elektromagnetischen und strömungsmechanischen bzw. thermischen Modellierung wird die experimentelle Trennung der Einzelverluste vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die Ausnutzung der Maschine durch die intensivierten Statorrohrinnenkühlung um ca. 40 % gesteigert werden kann. / For self-ventilated electrical machines in outer rotor design, the difficult dissipation of stator losses usually results in a reduction of the electromagnetic utilization. Based on an example of a permanent magnet synchronous generator for a small wind turbine, the method of intensified inner stator tube cooling using the wind flow through a heat sink arranged in the stator tube is discussed in the article. In addition to the electromagnetic and fluid mechanical as well as thermal modeling, the experimental separation of the losses is presented. It is shown that the utilization of the machine can be increased by approx. 40 % by means of the intensified internal cooling of the stator tube.