Elektromagnetische Bremsen in Pitch-Antrieben: Sicher durch den Sturm

Moderne Pitch-Control-Systeme stellen den Anstellwinkel der einzelnen Rotorblätter mehrmals pro Umdrehung dynamisch nach. Bei den heute am weitesten verbreiteten elektrischen Pitch-Antrieben sind sehr schnelle Schalt- und Regelzeiten möglich. Das minimiert die Belastung des Rotors und der Blätter und schützt Turm und Antrieb vor Biegemomenten. Zusätzlich werden Backup-Systeme installiert, damit auch bei einem Ausfall der externen Stromversorgung ein sicherer Betrieb dieses Hauptbremssystems gewährleistet ist. Für den Einsatz eignen sich Batterien mit Ladeüberwachung sowie im Störfall eine Onlinediagnose. Wirkungsgrad schützt Elektrik vor Überhitzung Während des Regelbetriebs des Pitch-Antriebs wird die Bremse mit Nennspannung gelüftet. Dann genügt eine deutlich reduzierte Spannung für die benötigte Halteleistung. Dadurch verringert sich auch die Verlustleistung. Dies wiederum reduziert den Temperaturanstieg in der Kabine der Windkraftanlage und wirkt der Überhitzung elektrischer Komponenten entgegen, die mittlerweile aufgrund der immer kompakteren Einbauräume bei steigenden Anforderungen an die Steuerung zu einem ernsthaften Problem werden kann. Auf eine zuverlässige Klimatisierung kann man demzufolge in den meisten Fällen nicht verzichten. Zustandsüberwachung der Pitch-Bremse Sicherheitsbremsen in Pitch-Antrieben von Windkraftanlagen sind in der Regel nicht mit eigenen Systemen zur Überwachung des Schaltzustandes ausgestattet. Für die gängigen Umgebungsbedingungen von Windkraftanlagen wie Temperaturen von -20 bis +50°C sowie häufige Kondensatbildung sind die üblicherweise in Sicherheitsbremsen verwendeten Mikroschalter zur Zustandsüberwachung nicht dauerhaft sicher einsetzbar und stellen einen vermeidbaren Unsicherheitsfaktor dar. Gleiches gilt für Initiatoren. Sollte die Sicherheitsbremse etwa durch einen Defekt in der Stromzuführung nicht mehr funktionieren, bleibt die Bremse geschlossen und bremst den Antrieb, ohne dies selbst an die Steuerung zu melden. Schäden an der Anlage vermeiden Pitch-Antriebe werden deshalb so ausgelegt, dass der Antrieb den Rotor auch gegen die geschlossene Bremse verdrehen und in Fahnenstellung bringen, also aus dem Wind stellen kann. Schäden an der Anlage sollen so vermieden werden. Hierzu benötigt man jedoch fundierte Kenntnisse über die Bremsmomenttoleranzen der eingesetzten Bremse. Dieses Wissen ist wichtig, um während des Betriebs immer ein ausreichendes Bremsmoment zum Halten des Rotors bereitzustellen. Allerdings darf man gleichzeitig das Bremsmoment das maximale Motormoment nicht überschreiten, um gegen die geschlossene Bremse in Fahnenstellung drehen zu können. Motorstromüberwachung erkennt den Ausfall Zur Zustandsüberwachung der Bremse gibt es nun mehrere Möglichkeiten: Lüftet eine Bremse nicht mehr, muss der Motor das hohe Lastmoment der geschlossen Bremse überwinden. Eine Motorstromüberwachung vergleicht die Stromaufnahme mit den beiden anderen Antrieben und erkennt den Ausfall. Grundsätzlich erfolgt auch eine Kontrolle der aktuellen Rotorstellung, etwa mit Initiatoren, die ungewollte Abweichungen unverzüglich erkennt. Eine gewissenhafte Auslegung der eingesetzten Komponenten ist dabei Voraussetzung für die langfristige Betriebssicherheit.