A működési elv megértéséhez egy kis ismétlésre lesz szükségünk a mágneses indukcióval kapcsolatban. Tömören arról van szó, hogy a mágneses indukció létrejöttéhez egy elektromos vezetéket kell mágneses térben mozgatnunk, vagy egy mágneses teret kell mozgatnunk egy vezeték mellett. A lényeg, hogy a vezeték és a mágneses tér között relatív mozgás legyen.

Képzeljünk el egy hagyományos, állandó mágneses generátort, ahol a forgórészben fix mágnesek vannak, körülöttük (az állórészben) pedig tekercsek helyezkednek el. A tengely forgatásakor a mágnesek elmozdulnak a tekercsek vezetékei előtt, és elektromos áramot indukálnak. Ennek az áramnak a frekvenciája közvetlenül a szélkerék fordulatszámától függ, a fázishelyzete pedig a tengely aktuális pozíciójától. Ha az így kapott áramot közvetlenül a hálózatra kötnénk, a szél ingadozása miatt a frekvencia is folyamatosan ugrálna, ami tönkretenné a hálózatot vagy a generátort.

Ezt a problémát oldja meg zseniálisan a DFIG. A mérnökök az állandó mágnesek helyett elektromágneseket szereltek a forgórészre. Ezeknek a tekercseknek a kivezetéseit csúszógyűrűkön keresztül egy frekvenciaváltó elektronikára kötötték. Mit csinál egy frekvenciaváltó? Képes megváltoztatni a kimenetén megjelenő váltakozó áram frekvenciáját.

És itt van a lényeg: a forgórészen elhelyezett elektromágnesek segítségével – az elektronika révén – a fizikai tengelyhez képest el lehet forgatni magát a mágneses teret is. Így a tengely mechanikus forgásához hozzá lehet adni, vagy abból ki lehet vonni a mágneses tér „elektronikus” forgási sebességét. Ezzel a trükkel precízen beállítható az állórész tekercseiben indukálódott váltakozó feszültség frekvenciája és fázishelyzete.

A működési elv bemutatásához készült egy szimuláció, az abból vett képernyőképen mutatom be a 2 féle állapotot, amikor az 50 Hz-hez képest lassabban vagy gyorsabban forog a generátor tengelye.

Ha az ideálisnál lassabban forog a szélkerék, a szabályozó hozzáadja a hiányzó fordulatszámot a mágneses tér megfelelő irányú forgatásával.

A képen a rotoron látható szaggatott vonal szimbolizálja a forgó mágneses teret. Ha jobbra forog a rotor, akkor jobb irányba kell egy forgó mágneses teret hozzáadni. Ezt a világoskék kis vonalak mentén a piros vonalak száma és elhelyezkedésük iránya jelzi, azaz jobbra helyezkednek el.

Ha pedig a szél miatt gyorsabban forog a tengely, akkor kivonja azt (azaz a tengely forgásával ellentétes irányú forgó mágneses teret állít elő).

Ha jobbra forog a rotor, akkor bal irányba kell egy forgó mágneses teret hozzáadni. Ezt a világoskék kis vonalak mentén a kék vonalak száma és elhelyezkedésük iránya jelzi, azaz a sárga jeltől balra helyezkednek el.

A végeredmény? Bár a szélkerék fordulatszáma folyamatosan változik, az állórészben indukált áram frekvenciája hajszálpontosan állandó marad. Így a generátor fő tekercsei közvetlenül, óriási és drága főinverterek nélkül ráköthetőek az elektromos hálózatra.