Diagnose von Lagerströmen in drehzahlvariablen Drehstromgeneratoren

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Moderne Drehstromgeneratoren für Wind- und Wasserkraftanlagen werden zunehmend drehzahlvariabel betrieben und speisen deshalb über Frequenzumrichter ins Netz. Die von schnell schaltenden IGBT-Leistungshalbleitern ausgehenden steilen Spannungsflanken verursachen neuartige Lagerströme. Diese treten dann zusätzlich zu den klassischen Lagerströmen auf, die durch Wellenspannungen infolge von Unsymmetrien induziert werden. Beim Erreichen eines kritischen Stromes erfolgt im Lager ein Stromfluss. Dabei fließt ein relativ großer Entladestrom der zu örtlichen Verschmelzungen führen kann. Durch die Relativbewegung werden diese Verbindungen sofort wieder getrennt und es entstehen Krater, Aufplattierungen oder Riffel. Die Lager erwärmen sich dabei durch den Stromfluss sowie durch die erhöhte Reibung sehr stark. Diese Wärme gelangt über die Lagerschilde zu den Wicklungen und schädigt im Extremfall die Isolation. Dieser Schaden kann anschließend zum Ausfall der gesamten Maschine infolge des Isolationsverlustes führen. Herkömmlichen Diagnosesystemen, die die Schäden an Lagern mittels Körperschallsensoren detektieren, können jedoch erst die eingetretenen Schäden feststellen. Die Ursachen, die zu diesen Schäden führen, sind somit nicht erkennbar. In der Literatur wurden bereits Diagnoseverfahren vorgestellt, die über die Strommessung mit anschließender FFT-Auswertung Störungen an Komponenten der elektrischen Maschine erkennen können. Ziel des Vorhabens ist es, ein Diagnoseverfahren zu entwickeln, das frühzeitig Lagerschäden infolge von Lagerströmen erkennt und Ausfälle verhindert. Dabei soll dieses System die erforderlichen Daten ausschließlich aus den elektrischen Größen Strom und Spannung gewinnen. Zur Verifizierung müssen diese Daten mit geeigneten Analyseverfahren, wie z.B. FFT-Algorithmen ausgewertet werden.