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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102004005169 B3
Publication typeGrant
Application numberDE200410005169
Publication date3 Nov 2005
Filing date2 Feb 2004
Priority date2 Feb 2004
Publication number0410005169, 200410005169, DE 102004005169 B3, DE 102004005169B3, DE 2004/10005169 B3, DE-B3-102004005169, DE0410005169, DE102004005169 B3, DE102004005169B3, DE2004/10005169B3, DE200410005169
InventorsHans-Hermann Dr. Letas
ApplicantRepower Systems Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Rotor blade pitch control system for wind turbine generating electricity has DC supply for motor with parallel-wound and series-wound field coils with diode bypassing series field coil during braking
DE 102004005169 B3
Abstract
The DC motor (5) is connected across the terminals of a DC supply (U+,U-) with an accumulator battery (10). A switch is connected in parallel with a control circuit (65). The motor current (I A) flows through a fixed resistor (64) to the motor. When the current is flowing forward (I E), the motor current flows through a series-connected field coil (51) and the motor armature (50). When the motor is braking, the armature current is reversed and flows through a diode (7), bypassing the series field coil. A fixed parallel field coil (52) is permanently connected across the supply terminals.
Claims(18)  translated from German
  1. Windenergieanlage umfassend einen Rotor ( Wind turbine comprising a rotor ( 2 2 ) mit verstellbaren Blättern ( ) With variable pitch blades ( 3 3 ), einer Verstelleinrichtung ( ), An adjustment ( 4 4 ) für die Blätter mit einem Stellmotor ( ) For the blades with an actuating motor ( 5 5 ), der mindestens eine Erregungswicklung aufweist, und einem Blattsteuerungsmodul ( ) Having at least one excitation winding, and a blade control module ( 6 6 ), und einem vom Rotor ( ), And one from the rotor ( 2 2 ) angetriebenen Generator ( ) Driven generator ( 1 1 ), wobei die Verstelleinrichtung ( ), Wherein the adjusting device ( 4 4 ) einen Normalbetrieb und einen Notbetrieb aufweist, wobei in dem Normalbetrieb der Stellmotor ( ) Has a normal operation and an emergency operation, wherein, in the normal operation of the servomotor ( 5 5 ) von dem Blattsteuerungsmodul ( ) Of the blade control module ( 6 6 ) geregelt wird und im Notbetrieb der Stellmotor ( ) Is regulated and emergency operation of the servomotor ( 5 5 ) ungeregelt ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Verstelleinrichtung ( ) Is unregulated, characterized in that the adjusting device ( 4 4 ) mit einer Drehmomentschwächungseinrichtung versehen ist, die dazu ausgebildet ist, im Notbetrieb selbsttätig ein Schleppmoment des Stellmotors ( ) Is provided with a torque-reducing device which is designed to automatically during emergency operation, a drag torque of the servomotor ( 5 5 ) zu vermindern. ) To decrease.
  2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentschwächungseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Erregerstrom (IE) des Stellmotors ( Wind power installation according to claim 1, characterized in that the torque-reducing device is designed to, an exciting current (IE) of the servomotor ( 5 5 ) zu verringern. ) To reduce.
  3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregungswicklung als Reihenschlusswicklung ( Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation winding as series winding ( 51 51 ) ausge führt ist. Is) results.
  4. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Erregungswicklung vorzugsweise als Nebenschlusswicklung ( Wind energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that a second excitation winding, preferably as a shunt winding ( 52 52 ) vorgesehen ist, auf welche die Drehmomentschwächungseinrichtung nicht wirkt. Is) provided on which does not affect the torque-reducing device.
  5. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentschwächungseinrichtung als Freilaufeinrichtung ( Wind energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that the torque-reducing device as a freewheeling means ( 7 7 ) ausgebildet ist, die bei geschlepptem Stellmotor ( Is formed) which, when towed servomotor ( 5 5 ) die Erregungswicklung überbrückt. ) The excitation winding bridges.
  6. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung ( Wind power installation according to claim 5, characterized in that the freewheel device ( 7 7 ) als Ruhestromrelais ausgebildet ist. ) Is designed as a closed-circuit relay.
  7. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung ( Wind power installation according to claim 5, characterized in that the freewheel device ( 7 7 ) eine Diode umfasst. ) Comprises a diode.
  8. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung ( Wind power installation according to claim 5, characterized in that the freewheel device ( 7 7 ) so ausgebildet ist, dass sie einen Mindeststrom durchlässt. ) Is formed so that it passes a minimum current.
  9. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungsstrom über einen Gleichrichter ( Wind energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that the exciting current via a rectifier ( 8 8 ) an die Erregungswicklung geführt ist, wobei eine Speiseleitung ( ) Is guided to the excitation winding, a supply line ( 9 9 ) für den Notbetrieb zumindest mit einem Pol gleichstromseitig des Gleichrichters ( ) For emergency use at least one pole on the DC side of the rectifier ( 8 8 ) angeschlossen ist. ) Is connected.
  10. Verfahren zum Ändern des Verstellwinkels von Blättern ( Method of changing the adjustment angle of leaves ( 3 3 ) eines Rotors ( ) Of a rotor ( 2 2 ) für Windenergieanlagen mit einem Stellmotor ( ) For wind turbines with a servomotor ( 5 5 ), der im Normalbetrieb von einem Blattsteuerungsmodul ( ) Which in normal operation by a blade control module ( 6 6 ) geregelt wird und in einem Notbetrieb ungeregelt betätigt wird, mit den Schritten: Zuführen elektrischer Energie an eine Erregungswicklung des Stellmotors ( ) Is controlled and operated unregulated in an emergency operation, comprising the steps of: supplying electric power to an excitation winding of the actuator ( 5 5 ) über eine Speiseleitung für den Notbetrieb ( ) Via a supply line for emergency purposes ( 9 9 ), Fahren der Blätter ( ), Driving the leaves ( 3 3 ) in eine vorbestimmte Stellung, gekennzeichnet durch Betätigen einer Drehmomentschwächungseinrichtung im Notbetrieb, die bei geschlepptem Stellmotor ( ) In a predetermined position, characterized by operating a torque-reducing device in emergency mode, the towed at servomotor ( 5 5 ) dessen Schleppmoment verringert. ) Which reduces drag torque.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Verringern des Erregerstroms (IE) bei geschlepptem Stellmotor ( A method according to claim 10, characterized by reducing the exciting current (IE) in towed servomotor ( 5 5 ). ).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Überbrücken der Erregungswicklung im Notbetrieb. A method according to claim 11, characterized by bridging the excitation winding in emergency mode.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Vorsehen einer zweiten Erregungswicklung, die nicht überbrückt wird. Method according to one of claims 10 to 12, characterized by providing a second excitation winding which is not bridged.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass als Drehmomentschwächungseinrichtung eine Freilaufeinrichtung ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the torque-reducing means comprises a freewheel device ( 7 7 ) verwendet wird. ) Is used.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Verwenden eines Ruhestromrelais als Freilaufeinrichtung ( A method according to claim 14, characterized by using a closed-circuit relay as a freewheeling means ( 7 7 ). ).
  16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Verwenden einer Diode oder mehrerer in Reihe geschalteter Dioden als Freilaufeinrichtung ( A method according to claim 14, characterized by using a diode or of several diodes connected in series as a freewheeling means ( 7 7 ). ).
  17. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Durchlassen eines Mindeststroms durch die Freilaufeinrichtung ( A method according to claim 14, characterized by passing a minimum current through the freewheeling device ( 7 7 ). ).
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch Führen des Erregungsstroms über einen Gleichrichter ( Method according to one of claims 10 to 17, characterized by guiding the exciting current via a rectifier ( 8 8 ) an die Erregungswicklung, wobei eine Speiseleitung ( ) To the excitation winding, a supply line ( 9 9 ) für den Notbetrieb zumindest mit einem Pol gleichstromseitig über den Gleichrichter ( ) For emergency operation at least to one pole on the DC side via the rectifier ( 8 8 ) an die Erregungswicklung geführt wird. ) Is supplied to the field winding.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Windenergieanlagen sind üblicherweise mit Rotoren ausgerüstet, deren Blätter verstellbar sind. Wind turbines are usually equipped with rotors whose blades are adjustable. Mittels einer Verstellvorrichtung kann der Anstellwinkel der Rotorblätter in Bezug auf die Rotornabe und damit in Bezug auf den einfallenden Wind verändert werden. By means of an adjusting device, the angle of attack of the rotor blades with respect to the rotor hub and thus in relation to be changed to the incident wind. Die Blattverstellvorrichtung umfasst ein Blattlager, einen Blattverstellantrieb sowie eine entsprechende Steuerungseinrichtung. The pitch control mechanism comprises a sheet bearing a blade adjustment and a corresponding control device. Die Energieversorgung der Blattverstellungsvorrichtung erfolgt aus dem erzeugten Netzstrom oder bei Netzausfall aus Akkumulatoren. The power supply of the blade adjustment device is done from the generated power from batteries or a power failure.
  • [0002] [0002]
    Aus Sicherheitsgründen müssen Windenergieanlagen so eingerichtet sein, dass sie im Notfall schnell zum Stillstand gebracht werden können. For security reasons, wind turbines have to be set up so that they can be stopped quickly in an emergency. Das ist nicht nur dann von Bedeutung, wenn übermäßig starke Winde herrschen, sondern auch dann, wenn Teile der Anlage oder der Anlagensteuerung ausfallen sollten. This is not only relevant, if overly strong winds, but even if parts of the plant or the plant control system should fail. In Bezug auf den Rotor bedeutet dies, dass er in eine Fahnenstellung zu bringen ist. With respect to the rotor, this means that it should be positioned in a feathering position. Im Regelbetrieb erfolgt dies mittels des Blattverstellantriebs und seiner Regelung. In control mode, this is done by means of the Blattverstellantriebs and its regulation. Im Notbetrieb kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Regelung bzw. die Netzversorgung noch in vollem Umfang zur Verfügung steht. In emergency mode can not be assumed that the scheme or the power supply is still fully available. Der Blattverstellantrieb muss daher so ausgebildet sein, dass auch im ungeregelten Notbetrieb schnell und sicher die Rotorblätter in Fahnenstellung verfahren werden. The blade adjustment must therefore be designed so that even in the unregulated emergency quickly and safely the rotor blades are moved in the feathered position. Aus Gründen der Sicherheit und der Stabilität sollen dabei bestimmte Verstellgeschwindigkeiten nicht überschritten werden. To be exceeded for reasons of safety and stability while adjusting speeds not specified.
  • [0003] [0003]
    Bei vorbenutzten Windenergieanlagen hat sich die Schwierigkeit ergeben, dass der Verstellantrieb unter bestimmten Bedingungen im ungeregelten Notbetrieb mit einer zu hohen Geschwindigkeit läuft. In prior use wind turbines, the difficulty has revealed that the adjustment under certain conditions runs in open loop mode with too high a speed. Das kann zu sehr hohen Turmkopfbelastungen durch negativen Rotorschub mit der Gefahr einer Beschädigung der Windenergieanlage führen. This can lead to very high tower head exposure to negative rotor thrust with the risk of damaging the wind turbine. Zur Begrenzung der Verstellgeschwindigkeiten ist vorgeschlagen worden, sogenannte Compound-Antriebe (Doppelschlussmotoren) einzusetzen ( To limit the adjustment speeds has been proposed to use so-called compound drives (double-wound motors) ( DE 102 53 813 A1 DE 102 53 813 A1 ) Bei diesen können aber elektrische Instabilitäten oberhalb der Leerlaufdrehzahl auftreten. But) These electrical instabilities can occur above idle speed.
  • [0004] [0004]
    Zur Notverstellung ist es bekannt, einen Verstellantrieb, umfassend zwei Elektromotoren und einen Fliehkraftschalter, vorzusehen ( For emergency adjustment, it is known an adjusting drive, which comprises two electric motors, and a centrifugal switch to provide, ( DE 297 22 109 U1 DE 297 22 109 U1 ). ). Einer der beiden Elektromotoren ist ein Eilgang-Verstellmotor, der oberhalb einer Grenzdrehzahl des Windrators mittels des Fliehkraftschalters eingeschaltet wird. One of the two electric motors is a rapid displacement motor, which turns above a limit speed of Windrators means of the centrifugal switch. weiter ist es bekannt, die zur Betätigung des Verstellantriebs erforderliche elektrische Energie mitttels gesonderter Generatoren zu gewinnen ( It is also known, the electrical energy required to operate the adjusting gain mitttels separate generators ( DE 100 09 472 C2 DE 100 09 472 C2 were und and DE 196 44 705 A1 DE 196 44 705 A1 ) Weiterhin ist es bekannt, in der Rotornabe einen Hilfsgenerator anzuordnen, der einen dort herkömmlicherweise argeordneten Akkumulator überflüssig macht ( ) Furthermore, it is known to arrange an auxiliary generator in the rotor hub that makes a conventionally there evil disposed accumulator superfluous ( DE 200 20 232 U1 DE 200 20 232 U1 ). ).
  • [0005] [0005]
    Ausgehend von einer Windenergieanlage mit einer Blattverstelleinrichtung gemäß dem zuerst erwähnten Dokument liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Rotorblattverstellungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die Stabilität im ungeregelten Notbetrieb erhöht ist. Starting from a wind turbine with a blade adjustment device according to the first-mentioned document is the object of the invention to provide an improved rotor blade adjustment device of the type mentioned above such that the stability is increased in the unregulated emergency.
  • [0006] [0006]
    Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einer Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Sie liegt ferner in einem Verfahren zum Betrieb der Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10. The solution of the invention is a wind turbine with the features of claim 1. It is also a method for the operation of the wind turbine with the features of claim 10.
  • [0007] [0007]
    Erfindungsgemäß ist bei einer Windenergieanlage umfassend einen Rotor mit verstellbaren Blättern, einer Verstelleinrichtung für die Blätter mit einem Stellmotor, der mindestens eine Erregungswicklung aufweist, und einem Blattsteuerungsmodul und einem vom Rotor angetriebenen Generator, wobei die Verstelleinrichtung in einem Normalbetrieb und in einem Notbetrieb betreibbar ist, wobei in dem Normalbetrieb der Stellmotor von dem Blattsteuerungsmodul geregelt wird und in dem Notbetrieb der Stellmotor ungeregelt ist, vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung mit einer Drehmomentschwächungseinrichtung versehen ist, die dazu ausgebildet ist, im Notbetrieb selbsttätig ein Schleppmoment des Stellmotors zu vermindern. According to the invention in a wind turbine comprising a rotor with variable-pitch blades, an adjusting device for the blades with an actuating motor which has at least one excitation winding, and a blade control module, and a driven by the rotor generator, wherein the adjustment device is operable in a normal operation and in emergency operation, wherein in the normal operation of the servomotor by the blade control module is regulated and unregulated in the emergency operation of the servo motor, provided that the adjusting device is provided with a torque-reducing device which is adapted automatically to reduce a drag torque of the servo motor in the emergency operation.
  • [0008] [0008]
    Die Erfindung hat erkannt, dass ein Grund für im Stand der Technik auftretende Instabilitäten beim Verfahren der Blätter in eine sichere Stellung beim Notbetrieb in Überdrehzahlen des Verstellmotors zu suchen ist. The invention has recognized that one reason for occurring in the prior art instabilities in the process of the leaves to look for in a safe position when in emergency overspeed of the adjustment. Die Erfindung hat weiter erkannt, dass solche Überdrehzahlen insbesondere dann auftreten, wenn die Blätter des Rotors sich unter der Einwirkung von aerodynamischen Kräften oder Trägheitskräften schneller verstellen, als durch die Drehzahl des Verstellmotors vorgegeben. The invention is further recognized that such excessive speeds occur in particular when the blades of the rotor be adjusted quickly under the influence of aerodynamic forces and inertial forces, as determined by the speed of the adjustment. In dieser Situation, wie sie insbesondere unter der Einwirkung hoher Windstärken auftreten kann, wirkt der Verstellmotor in an sich durchaus gewünschter Weise als generatorische Bremse gegenüber einer zu schnellen Verstellung der Blätter des Rotors. In this situation, as they may occur, especially under the high wind speeds, the adjusting desired manner acts in a manner well as regenerative braking against a too rapid adjustment of the blades of the rotor. Herkömmlicherweise führte dies aber zu Instabilitäten. Conventionally, but this led to instability. Die Erfindung hat nun erkannt, dass diese Instabilitäten dadurch beseitigt werden können, dass in dem Fall, dass der Verstellmotor als Bremse wirkt, das von ihm auf die Blätter des Rotors ausgeübte Drehmoment (Schleppmoment) verringert wird. The invention has now been recognized that these instabilities can be eliminated in that in the case that the adjusting motor acts as a brake, the torque applied by him to the blades of the rotor (drag torque) is reduced. Dies wird erreicht, indem der von der Erregungswicklung erzeugte magnetische Fluss reduziert bzw. zu Null gesetzt wird. This is achieved by reducing the generated by the excitation coil and magnetic flux is set to zero. Der Verstellmotor erhält damit in diesem Betriebsbereich die Charakteristik einer schwächer erregten Maschine. The adjusting receives so in this operating range the characteristic of a weaker excited machine. Drehzahlschwankungen werden dadurch beim Übergang in den geschleppten Betrieb verringert, das aus Stellmotor und Rotorblättern bestehende System neigt weniger zu schädlichen Schwingungen. Speed fluctuations are reduced by the transition to the lag mode, which consists of servo motor and rotor blades system less prone to damaging vibrations. Die Betriebssicherheit der Anlage erhöht sich damit. The reliability of the system is thus increased. Die Gefahr von strukturellen Überlastungen der mechanischen Struktur verringert sich, was insbesondere bei leistungsstärkeren Windenergieanlagen im Megawattbereich einen erheblichen Vorteil darstellt. The risk of structural overload of the mechanical structure is reduced, above all during the capacity of wind turbines in the megawatt range a significant advantage.
  • [0009] [0009]
    Nachfolgend werden einige verwendete Begriffe erläutert: Here are some of the terms used are described below:
    Unter dem Schleppmoment wird das von dem Stellmotor aufgenommene Drehmoment verstanden, das er als generatorisch wirkende Bremse aufnimmt. Under the drag torque captured by the servo motor torque is understood that he receives as a regenerative brake acting.
  • [0010] [0010]
    Unter einer Reserveenergiespeichereinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, die zur Eigenversorgung der Windenergieanlage im Notbetrieb erforderliche Energie speichert und während des Notbetriebs abgibt. Under a reserve energy storage device means a device that stores energy required for self-supply of the wind turbine in emergency mode and releases during emergency operation. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Akkumulatoreinrichtung handeln. This can be in particular an accumulator.
  • [0011] [0011]
    Zweckmäßigerweise ist die Drehmomentschwächungseinrichtung dazu ausgebildet, einen durch die Erregungswicklung des Stellmotors laufenden Erregungsstrom zu verringern. Advantageously, the torque-reducing device is designed to reduce a current through the excitation winding of the actuator excitation current. Mit dem verringerten Strom verringert sich die von der Erregungswicklung erzeugte magnetische Flussdichte, wodurch sich das Drehmoment des Stellmotors ebenfalls verringert. With the reduced current reduces the magnetic flux density generated by the field winding, whereby the torque of the servo motor is also reduced. Vorzugsweise ist dazu die Drehmomentschwächungseinrichtung als Freilaufeinrichtung ausgebildet, die bei geschlepptem Stellmotor die Erregungswicklung überbrückt. The torque-reducing device is preferably configured as to freewheel device which bridges the field winding when towed servomotor. Damit wird ein besonders einfacher und betriebssicherer Aufbau ermöglicht, bei dem die Drehmomentschwächungseinrichtung autark arbeiten kann, dh ohne von dem Blattsteuerungsmodul oder einer anderen übergeordneten Steuerungseinheit abhängig zu sein. For a particularly simple and reliable design is made possible, in which the torque-reducing device can operate autonomously, ie without depending on the blade control module or other higher-level control unit. Eine solche Freilaufeinrichtung ist damit eine verblüffend einfache Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Drehmomentschwächungseinrichtung, die Vorteile bezüglich eines geringen Aufwands werden mit hoher Betriebssicherheit verknüpft. Such a freewheel device is thus an amazingly simple embodiment of a torque-reducing device according to the invention, the advantages in terms of low expenses are associated with high reliability. Vorteilhafterweise ist die Erregungswicklung als Reihenschlusswicklung ausgeführt. Advantageously, the excitation winding is a series winding. Dies hat den Vorteil, dass im Schleppbetrieb der wirksame Widerstand, der Widerstand der durch die Ankerwicklung und durch die Reihenschlusswicklung gebildet ist, verringert wird. This has the advantage that in drag mode, the effective resistance, the resistance formed by the armature winding and by the series winding, is reduced. Je größer die Verminderung ausfällt, um so steifer wird die Drehmoment-Drehzahl-Bremskennlinie und damit der Schutz vor schädlicher Überdrehzahl. The greater the reduction fails, the stiffer the torque-speed braking characteristics and thereby protecting against harmful overspeed. Mit Vorteil ist der Stellmotor als Doppelschlussmotor ausgeführt. Advantageously, the servo motor is designed as a double-wound motor. Er weist außer der Reihenschlusswicklung noch eine Nebenschlusswicklung auf. He has, in addition to the series winding still a shunt winding. Sie bestimmt unabhängig von dem gegenwärtigen elektrischen Betriebszustand und dem durch die Reihenschlusswicklung fließenden Strom eine nominale Leerlaufdrehzahl des Stellmotors, dh sie bestimmt seine Enddrehzahl. They determined independently of the current operating state and the electric current flowing through the series winding current nominal idle speed of the servomotor, ie it determines its final speed. Sie bildet damit einen Schutz gegen ein Durchgehen des Stellmotors. It thus forms a protection against a runaway of the servomotor. Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Nebenschlusswicklung nicht durch die Drehmomentschwächungseinrichtung überbrückt ist. For this purpose, it is preferably provided that the shunt winding is not bridged by the torque-reducing device.
  • [0012] [0012]
    Die Freilaufeinrichtung kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. The freewheel device may be designed in various ways. Eine Möglichkeit ist es, sie als Rückstromrelais auszubilden. One possibility is to form them as a reverse current relay. Dieses ist so ausgebildet, dass bei negativem Strom, dh der Stellmotor wird geschleppt und wirkt als generatorische Bremse, ein Kontakt so betätigt wird, dass der durch die Erregungswicklung, vorzugsweise die Reihenschlusswicklung, fließende Strom vermindert wird. This is designed such that with a negative current, that the control motor is dragged and acts as a regenerative brake, a contact is actuated, that the Preferably, the series winding, the current flowing through the excitation winding is reduced. Der Vorteil des Relais ist, dass an seinem Schaltzustand der jeweilige Betriebszustand, ob eine Drehmomentschwächung erfolgt oder nicht, klar und eindeutig abgelesen werden kann. The advantage of the relay is that at its switching state of the respective operating condition whether a torque reduction is performed or not can be clearly and unambiguously read. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Freilaufeinrichtung als eine Diode auszuführen. But it can also be provided to carry out the free-wheel device as a diode. Dies hat den Vorteil, dass ein besonders einfacher Aufbau ermöglicht ist. This has the advantage that a particularly simple construction is possible. Weiter hat eine Diode als Freilaufeinrichtung den Vorzug, dass sie einen gewissen Mindeststrom durch die Erregungswicklung lässt, der je nach Charakteristik der Diode unterschiedlich wählbar ist. Furthermore, it has a diode as a freewheeling device has the advantage that it gives a certain minimum current through the field winding, which is selected differently depending on characteristics of the diode. Beispielsweise können dazu mehrere Dioden in Reihe geschaltet werden. Example, you can be connected in series several diodes.
  • [0013] [0013]
    Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Erregerstrom über einen Gleichrichter an die Erregungswicklung geführt, wobei eine Speiseleitung für den Notbetrieb zumindest mit einem Pol gleichstromseitig an dem Gleichrichter angeschlossen ist. In a preferred embodiment the excitation current is passed via a rectifier to the field winding, with a feed line for the emergency mode is the DC side connected at least to one pole of the rectifier. Auf diese Weise kann eine der zur Gleichrichtung des Erregungsstroms im Normalbetrieb ohnehin vorhandenen Dioden als Freilaufeinrichtung für den Notbetrieb verwendet werden. In this way, one of the rectification of the excitation current in normal operation already existing diodes are used as freewheeling device for emergency use. Mit dieser verblüffend einfachen Schaltung kann die erfindungsgemäße Drehmomentschwächung bewirkt und sämtliche damit verbundenen Vorteile realisiert werden, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind. This amazingly simple circuit, the torque-reducing effects of the invention can and all associated benefits will be realized without additional components are required.
  • [0014] [0014]
    Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Ändern des Verstellwinkels von Blättern eines Rotors für Windenergieanlagen mittels eines Stellmotors, der im Normalbetrieb von einem Blattsteuermodul geregelt wird und in einem Notbetrieb ungeregelt betätigt wird, mit den Schritten: Zuführen von elektrischer Energie an eine Erregungswicklung des Stellmotors über eine Notspeiseleitung im Notbetrieb, Fahren der Blätter in eine vorbestimmte Stellung, wobei eine Drehmomentschwächungseinrichtung im Notbetrieb betätigt wird, die bei geschlepptem Stellmotor dessen Schleppmoment verringert. The invention further relates to a method for changing the adjustment angle of blades of a rotor for wind turbines by means of a servo motor which is controlled in normal operation of a blade control module and is operated unregulated in an emergency operation, comprising the steps of: supplying electric power to an excitation winding of the servomotor via a Notspeiseleitung in emergency operation, driving the blades to a predetermined position, wherein a torque-reducing device is operated in the emergency mode, which decreases in towed servomotor whose drag torque.
  • [0015] [0015]
    Zur weiteren Erläuterung wird auf obige Ausführungen verwiesen. For further explanation, reference is made to the above statements.
  • [0016] [0016]
    Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.
  • [0017] [0017]
    Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. The invention will now be explained with reference to the accompanying drawings, in which an advantageous embodiment of the invention is shown. Es zeigen: In the drawings:
  • [0018] [0018]
    1 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem elektrischen Ersatzschaltbild; An embodiment of the invention in an electrical equivalent circuit;
  • [0019] [0019]
    2 2 eine schematisierte Darstellung des in a schematic representation of the in 1 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels; illustrated first embodiment;
  • [0020] [0020]
    3 3 eine Fluss-Ankerstrom-Kennlinie des Ausführungsbeispiels; a flow-armature current characteristic of the embodiment; und and
  • [0021] [0021]
    4 4 eine Drehzahl-Ankerstrom-Kennlinie des Ausführungsbeispiels. a rotational speed-time armature current characteristic curve of the embodiment.
  • [0022] [0022]
    Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst einen Rotor A wind turbine according to the embodiment of the present invention comprises a rotor 2 2 mit mehreren (im Beispiel sind es drei) verstellbar angeordneten Blättern with multiple (in the example there are three) adjustably arranged leaves 3 3 , der einen Generator That a generator 1 1 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. drives for generating electrical energy. Der Generator The generator 1 1 ist in an sich bekannter Weise in einem Maschinengehäuse angeordnet, das auf eine turmartige Struktur gesetzt ist. is arranged in known manner in a machine housing, which is placed on a tower-like structure. Der Generator The generator 1 1 ist ebenfalls in an sich bekannter Weise über einen Energiewandler, zB einen Wechselrichter, mit einem elektrischen Stromnetz verbunden. is also connected in a conventional manner through a power converter, such as an inverter with an electric power grid. Zur Steuerung der Anlage dient eine Betriebssteuereinrichtung. Is used to control the system operation control means. Deren Aufbau und Funktionsweise sind bekannt und brauchen hier nicht weiter erläutert zu werden. Whose structure and function are well known and need not be explained further here.
  • [0023] [0023]
    Die Blätter The Leaves 3 3 des Rotors sind bezüglich ihres Anstellwinkels θ gemessen zur Drehachse des Rotors verstellbar. of the rotor with respect to their angle of incidence θ measured from the axis of rotation of the rotor adjustable. Dafür ist für jedes der Blätter This is for each of the sheets 3 3 eine Verstelleinrichtung an adjustment 4 4 angeordnet. arranged. Sie umfasst einen Stellmotor It includes a servomotor 5 5 mit einem Verstellgetriebe und ein Blattsteuerungsmodul with a variable speed and a blade control module 6 6 . , Zur Verbindung des Blattsteuerungsmoduls To connect the blade control module 6 6 mit dem elektrischen Stellmotor with the electric servomotor 5 5 sowie mit der übergeordneten Betriebssteuereinrichtung sind verschiedene elektrische Schaltelemente vorgesehen, die nachfolgend näher beschrieben werden. as well as with the parent operation controller different electric switching elements are provided, which are described in more detail below.
  • [0024] [0024]
    Das Blattsteuerungsmodul The blade control module 6 6 ist zum Betrieb in zwei Betriebsarten ausgebildet. is adapted to operate in two modes. Die eine ist ein Normalbetrieb, in dem die Windenergieanlage betrieben wird zum Erzeugen elektrischen Stroms aus der Windenergie. One is a normal operation, in which the wind turbine is operated for generating electricity from wind energy. Der Normalbetrieb wird kontrolliert von der Betriebssteuereinrichtung (nicht dargestellt). The normal operation is controlled by the operation control means (not shown). Die andere Betriebsart ist ein Notbetrieb, in dem die Windenergieanlage unter bestimmten Bedingungen in einen sicheren Betriebszustand gebracht wird. The other mode is an emergency in which the wind turbine is placed in a condition for safe operation under certain conditions. Das bedeutet, dass der Rotor This means that the rotor 2 2 zum Stillstand gebracht wird und die Blätter is brought to a halt and leaves 3 3 in eine Fahnenstellung gebracht werden. be brought into a feathered position. Das dient nicht nur zum Schutz der Windenergieanlage vor Beschädigungen bei Starkwind, sondern auch als Schutzmaßnahme gegenüber einem Durchgehen der Anlage bei Ausfall wichtiger Betriebstechnik, insbesondere der Betriebssteuerungseinrichtung. This is not only to protect the wind turbine from damage in high winds, but also as a protective measure against a runaway of the system in case of failure of key operational art, in particular, the operation control device. Damit der Notbetrieb auch dann durchgeführt werden kann und die Windenergieanlage in ihren sicheren Zustand versetzt werden kann, wenn aufgrund einer Störung keine Verbindung mit dem Stromnetz mehr besteht, weist die Windenergieanlage eine eigene Reserveenergiespeichereinrichtung auf. This emergency operation can also be carried out and the wind turbine can be placed in their safe state when not connected to the mains, there is more because of errors, the wind power plant on its own backup energy storage device. Sie ist als eine Akkumulatoreinrichtung It is designed as an accumulator 10 10 ausgeführt, die von der Betriebssteuerungseinrichtung (nicht dargestellt) im normalen Betrieb geladen wird, so dass ausreichend Energie für einen Notbetrieb stets zur Verfügung steht. executed by the operation control device (not shown) is loaded in normal operation, with enough energy for an emergency is always available.
  • [0025] [0025]
    Damit die Blätter So that the leaves 3 3 des Rotors ihre Fahnenstellung auch dann erreichen können, wenn Teile der Windenergieanlage, insbesondere Teile der Steuerungseinrichtung, ausgefallen sind, ist ein autarker Betrieb erforderlich. of the rotor can also achieve their feathered position when parts of the wind turbine, in particular parts of the control means have failed, autonomous operation is required. Dazu ist der Stellmotor For this purpose, the servomotor 5 5 so geschaltet, dass die Blätter switched so that the leaves 3 3 auch im ungeregelten Betrieb des Stellmotors in open-loop operation of the servo motor 5 5 in einer sicheren Geschwindigkeit in ihre Fahnenstellung verfahren werden. are moved to a safe speed in their feathering.
  • [0026] [0026]
    Der Stellmotor The servomotor 5 5 ist als Doppelschlussmotor (sog. Compound-Motor) ausgebildet. is designed as a double-wound motor (so-called. A compound engine). Er umfasst einen Anker mit einer Ankerwicklung It comprises an armature having an armature winding 50 50 , einer Erregungswicklung (fortan als Reihenschlusswicklung , An excitation winding (henceforth as a series winding 51 51 bezeichnet) sowie einer Nebenschlusswicklung hereinafter) and a shunt winding 52 52 . , Der Anker ist über das Verstellgetriebe (nicht dargestellt) mechanisch so mit jeweils einem Blatt The armature (not shown) via the adjusting mechanism mechanically, each having a sheet 3 3 verbunden, dass der Anstellwinkel θ beim Betätigen des Stellmotors connected so that the angle of incidence θ upon actuation of the servo motor 5 5 verändert wird. is changed. Die Verstelleinrichtung The adjustment 4 4 umfasst ferner das bereits erwähnte Blattsteuerungsmodul further includes the previously mentioned blade control module 6 6 . , Es ist über eine Motordrossel It is a Throttle 64 64 und einen Gleichrichter and a rectifier 8 8 mit der Ankerwicklung with the armature winding 50 50 und der Reihenschlusswicklung and the series winding 51 51 verbunden. connected. Zur Energieversorgung sind an dem Blattsteuerungsmodul For power supply are on the blade control module 6 6 bis zu drei Phasen vom Stromnetz für den Normalbetrieb sowie die beiden Pole einer Akkumulatoreinrichtung up to three phases from the mains for normal operation as well as the two poles of an accumulator 10 10 für den Notbetrieb angeordnet. arranged for emergency use. Zum Umschalten zwischen Normalbetrieb und Notbetrieb dienen eine Mehrzahl von Schaltrelais To switch between normal operation and emergency serve a plurality of switching relays 61 61 . , In In 2 2 sind sie in der Stellung dargestellt, die sie im Notbetrieb einnehmen. they are shown in the position they occupy in emergency mode.
  • [0027] [0027]
    Ausgehend von dem positiven Pol U+ der Akkumulatoreinrichtung Starting from the positive terminal + U of the accumulator 10 10 fließt ein Ankerstrom durch eine Anlasseinrichtung armature current flows through a tempering device 65 65 umfassend einen Vorwiderstand sowie ein Überbrückungsrelais, einen Arbeitskontakt des Schaltrelais comprising a series resistor and a bypass relay, a normally open contact of relay switching 61 61 und eine Induktivität als Motordrossel and an inductor as an engine throttle 64 64 in die Ankerwicklung in the armature winding 50 50 des Stellmotors of the servomotor 5 5 . , Aus dieser fließt der Ankerstrom an einen Wechselstromanschluss eines in Diodentechnik ausgeführten Gleichrichters From this, the armature current flows to an AC connection of a rectifier diode technology exported to 8 8 , dessen anderer Wechselstromanschluss an das Blattsteuerungsmodul Whose other AC power connector on the blade control module 6 6 über einen im Notbetrieb geöffneten Schaltkontakt des Schaltrelais via an open in emergency mode switching contact of the switching relays 61 61 geführt ist. is performed. An den positiven und negativen Anschlüssen des Gleichrichters At the positive and negative terminals of the rectifier 8 8 ist die Reihenschlusswicklung is the series winding 51 51 angeschlossen. connected. Am negativen Anschluss ist weiter über einen Schaltkontakt des Schaltrelais At the negative terminal is further via a switching contact of the switching relay 61 61 und eine Speiseleitung and a feed line 9 9 der negative Anschluss U- der Akkueinrichtung the negative terminal of the battery device U- 10 10 angeschlossen. connected. Der Stromfluss (I A ) im Motorbetrieb ist durch gestrichelte Pfeile dargestellt. The current flow (I A) during engine operation is shown by dashed arrows.
  • [0028] [0028]
    Die Nebenschlusswicklung The shunt winding 52 52 ist mit einer Seite über einen Schaltkontakt des Schaltrelais is connected to one side via a switching contact of the switching relay 61 61 und einer aus Vorwiderstand und Überbrückungsrelais bestehenden Feldschwächungseinrichtung and consisting of series resistor and bypass relay field weakening device 66 66 mit dem positiven Anschluss U+ der Akkumulatoreinrichtung to the positive terminal of the accumulator U + 10 10 verbunden, während die andere Seite der Nebenschlusswicklung connected, while the other side of the shunt winding 52 52 über einen anderen Arbeitskontakt des Schaltrelais via another contact of the relay switching 61 61 mit dem negativen Anschluss U- der Akkumulatoreinrichtung to the negative terminal of the U-accumulator 10 10 und über einen im Notbetrieb geöffneten Arbeitskontakt mit dem Blattsteuerungsmodul and an open work in emergency contact with the blade control module 6 6 verbunden ist. is connected.
  • [0029] [0029]
    Beim Betätigen des Schaltrelais When operating the switching relays 61 61 fließt Strom vom Anschluss U+ der Akkumulatoreinrichtung current flows from terminal U + the accumulator 10 10 einerseits durch die Nebenschlusswicklung on the one hand through the shunt winding 52 52 und erzeugt damit einen Erregungsfluss und andererseits fließt ein (positiver) Ankerstrom über die Motordrossel and thus creates an exciting river and on the other flows (positive) armature current through the motor throttle 64 64 , die Ankerwicklung , The armature winding 50 50 und weiter über einen Ast des Gleichrichters and continue over a branch of the rectifier 8 8 als Erregungsstrom durch die Reihenschlusswicklung as an excitation current through the series winding 51 51 und schließlich zum anderen Anschluss U- der Akkumulatoreinrichtung and finally to the other terminal U of the accumulator 10 10 . , Die elektrischen Bauteile und die Auslegung des Stellmotors The electrical components and the design of the servomotor 5 5 sind so gewählt, dass sich eine gewünschte Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors are selected so that a desired adjustment of the servomotor 5 5 ergibt. results. Der Stellmotor The servomotor 5 5 bewegt beispielsweise das Rotorblatt for example, moves the rotor blade 3 3 mit einer Geschwindigkeit von 8°/Sek. at a rate of 8 ° / sec. in die Fahnenstellung. in the feathered position. Treten dabei Störungen auf, wie bspw. aerodynamische Lasten, die das Rotorblatt If this causes interference, such as. Aerodynamic loads that the rotor blade 3 3 in die Fahnenstellung zu verdrehen suchen, so wird der Stellmotor Search twisting in the feathered position, the actuator is 5 5 entlastet, wobei der Stellmotor relieved, wherein the servomotor 5 5 als generatorische Bremse wirken kann. can act as a regenerative brake. Die Flussrichtung des Ankerstroms I A dreht sich dabei um (durch einen ausgezogenen Pfeil in The flow direction of the armature current I A rotates about (by a solid arrow in 2 2 dargestellt), so dass der (negative) Ankerstrom durch die Motordrossel shown) so that the (negative) armature current by the engine throttle 64 64 über die Ankerwicklung via the armature winding 50 50 zu dem einen Wechselstromanschluss des Gleichrichters to an ac terminal of the rectifier 8 8 fließt. flows. Die den negativen Anschluss des Gleichrichters The negative terminal of the rectifier 8 8 mit diesem Wechselstromanschluss verbindende Diode fungiert hierbei nun als Freilaufeinrichtung with this AC outlet connecting diode now acts here as a freewheel device 7 7 und führt den Strom an der Reihenschlusswicklung and supplies the current to the series winding 51 51 vorbei über die Speiseleitung passing through the feed line 9 9 zum anderen Anschluss der Akkumulatoreinrichtung to the other terminal of the accumulator 10 10 . , Die Reihenschlusswicklung The series winding 51 51 ist damit beim generatorischen Bremsen überbrückt. is thus bridged with regenerative braking. Der wirksame Widerstand vermindert sich dadurch etwa auf die Hälfte. The effective resistance thus is reduced to about half. Der wirksame Widerstand für den Ankerstrom ist definiert als die Summe der Wicklungswiderstände (Ankerwicklung The effective resistance in the armature current is defined as the sum of the winding resistances (armature winding 50 50 , Reihenschlusswicklung , Series winding 51 51 ) im Stromkreis des Ankerstroms I A . ) In the electric circuit of the armature current I A. Die Reihenschlusswicklung The series winding 51 51 erzeugt keinen magnetischen Fluss mehr, auf die Ankerwicklung produces no magnetic flux more on the armature winding 50 50 wirkt nur noch der konstante, von der Nebenschlusswicklung affects only the constant of the shunt winding 52 52 bewirkte, Fluss ein (siehe caused a river (see 3 3 ). ). Die Drehzahl des Stellmotors The rotational speed of the servomotor 5 5 wird damit stabilisiert (siehe is stabilized so (see 4 4 ). ). Überdrehzahl und damit der Gefahr von Instabilitäten wird auf diese Weise entgegengewirkt. Overspeed and thus the risk of instability is countered this way.
  • [0030] [0030]
    Die Funktionsweise ist in dem elektrischen Ersatzschaltbild The operation is the electrical equivalent circuit 1 1 noch einmal anschaulich dargestellt. once again vividly. Im durch die Akkumulatoreinrichtung In the accumulator 10 10 versorgten Notbetrieb fließt ein konstanter Erregungsstrom durch die Nebenschlusswicklung powered emergency flows a constant excitation current through the shunt winding 52 52 und bewirkt einen konstanten Fluss durch die Ankerwicklung and causing a constant flow through the armature winding 50 50 . , Weiter fließt ein (im Motorbetrieb positiver) Anker strom I A über die Anlasseinrichtung Skip flows (in motor operation positive) armature current I A over the starting system 65 65 , die Motordrossel , The engine throttle 64 64 und die Reihenschlusswicklung and the series winding 51 51 , wobei die als Freilaufeinrichtung Wherein the freewheeling device 7 7 fungierende Diode sperrt, und schließlich durch die Ankerwicklung 50 zum negativen Anschluss U- der Akkumulatoreinrichtung acting diode blocks, and finally through the armature winding 50 to the negative terminal of the accumulator U 10 10 . , Dieser Stromfluss ist wiederum durch gestrichelte Pfeile dargestellt. This current flow is again indicated by broken arrows. Wird der Stellmotor If the servomotor 5 5 aufgrund von auf die Blätter due to the leaves 3 3 einwirkenden aerodynamischen Kräften entlastet, so dass der Stellmotor action of the aerodynamic forces relieved, so that the servomotor 5 5 als generatorische Bremse wirkt, so dreht sich die Stromrichtung und der Ankerstrom wird negativ. acts as a regenerative brake, then turns the current direction and the armature current is negative. Dies ist durch die durchgezogenen Pfeile symbolisiert. This is symbolized by the solid arrows. Für den nun negativen Ankerstrom wirkt die als Freilaufeinrichtung For now negative armature current acts as the freewheeling device 7 7 fungierende Diode nicht mehr sperrend, sondern leitend, so dass der Ankerstrom unter Umgehung der Reihenschlusswicklung acting no longer blocking diode, but conductive so that the armature current bypassing the series winding 51 51 durch die als Freilaufeinrichtung by a freewheel device 7 7 fungierende Diode geleitet wird. acting diode is passed. Der Stromfluss durch die Reihenschlusswicklung The current flow through the series winding 51 51 geht bis auf einen geringen, durch die Schwellenspannung der Diode und den Widerstand der Reihenschlusswicklung goes down to a low, by the threshold voltage of the diode and the resistance of the series winding 51 51 bestimmten Wert zurück. certain value. Auf die Ankerwicklung The armature winding 50 50 wirkt damit nur noch der Fluss ein, der durch die Nebenschlusswicklung acts so that only one of the river flowing through the shunt winding 52 52 erzeugt wird. is generated.
  • [0031] [0031]
    Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die im elektrischen Ersatzschaltbild gemäß It should again be noted that in accordance with the electrical equivalent circuit 1 1 zusätzlich vorgesehene, als Freilaufeinrichtung additionally provided, as a freewheel device 7 7 fungierende Diode üblicherweise bereits vorhanden ist, nämlich als Teil des Gleichrichters acting diode already exists normally, that is, as part of the rectifier 8 8 , der zur Versorgung der Reihenschlusswicklung Which to supply the series winding 51 51 im wechselstromversorgten Normalbetrieb dient. used in AC powered normal operation. Dies hat den besonderen Vorteil, dass für die Erfindung kein zusätzliches Bauelement benötigt wird. This has the particular advantage that for the invention, no additional component is needed. Gewünschtenfalls können aber selbstverständlich zusätzliche Dioden vorgesehen sein, z. B. in Reihenschaltung zu der als Freilaufeinrichtung fungierenden Diode. If desired, it can be provided for. Example in series to the functioning as freewheel diode course, additional diodes. Damit kann die Schwellenspannung und so der durch die Reihenschlusswicklung Thus, the threshold voltage and so by the series winding 51 51 fließende Strom beeinflusst werden. current flowing can be influenced.
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Classifications
International ClassificationH02P3/12, H02P7/06, F03D1/06, F03D7/02, H02P3/22
Cooperative ClassificationF03D7/0224, F05B2270/107, F05B2260/70, F05B2270/1074, Y02E10/723, F05B2270/1075, Y02E10/721, F05B2260/76
European ClassificationF03D7/02D2
Legal Events
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