DE10253811A1 - Drive for electric displacement of vanes of windpower installation consisting of vanes, whose impact angle to wind can be adjusted by DC double shunt motor, possibly mechanical gearbox - Google Patents

Drive for electric displacement of vanes of windpower installation consisting of vanes, whose impact angle to wind can be adjusted by DC double shunt motor, possibly mechanical gearbox Download PDF

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Abstract

The drive for displacement of vanes of windpower installation, whose vane impact angle to wind is adjustable by DC double shunt motor, possibly mechanical gearbox, at least one field rectifier (4), and at least single-phase inverter (6).The side shunt coil (5) of DC motor is operated independently of inverter coupled circuit combination, consisting of armature coil (2) of series shunt coil (3) and field rectifier. The DC motor is pref. operated by pulsed inverter. Independent claim is included for application of invented drive.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die zum Verstellen der Flügel einer Windkraftanlage genutzt wird. Als Antrieb wird ein Gleichstrom-Doppelschlussmotor (19) eingesetzt. Erfindungsgemäß wird der Gleichstrom-Doppelschlussmotor (19) mit einem leistungselektronischen Wechselrichter (6), vorzugsweise einem Pulswechselrichter (6), betrieben, wobei sich die durch die transformatorische Kopplung von Reihenschluss- und Nebenschlusswicklung (5) möglichen Überspannungen nicht auswirken können. Die Erfindung betrifft darüber hinaus Verfahren, die diese Vorrichtung verwenden.The invention relates to a drive device that is used to adjust the blades of a wind turbine. A DC double-circuit motor ( 19 ) used. According to the invention, the DC double-circuit motor ( 19 ) with a power electronic inverter ( 6 ), preferably a pulse inverter ( 6 ), operated by the transformer coupling of series and shunt winding ( 5 ) cannot affect possible overvoltages. The invention also relates to methods using this device.

Nach dem Stand der Technik werden die Flügel von Windkraftanlagen im Winkel so gestellt, dass sich die Windkraftanlage bezüglich Drehzahl, Drehmoment und abgegebene Leistung optimal den örtlich vorherrschenden Windverhältnissen anpasst. Dieser Vorgang wird auch als „Pitchen" bezeichnet; der zugeordnete Antrieb für die Flügelverstellung heißt „Pitchantrieb". Oft wird dieser Pitchantrieb mit elektrischen Antrieben realisiert. Die Flügelverstellung ist dabei extrem sicherheitskritisch, da bei einem falsch eingestellten Flügelwinkel eine unzulässig hohe Drehzahl der Windkraftanlage erreicht werden kann, die zur mechanischen Beschädigung der Windkraftanlage führt. In der Regel werden die Antriebssysteme deshalb auf eine maximale Zuverlässigkeit ausgelegt. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Drehgeber redundant ausgeführt. Von besonderer Bedeutung ist, dass der Antrieb auch bei Störungen, wie zum Beispiel Netzausfall, die Flügel in eine sichere Position fahren können muss (Sicherheitsfahrt, bei der die Anlage aerodynamisch abgebremst wird). Aus diesem Grund ist ein Speicher für elektrische Energie, in der Regel ein Akkumulator, in der Windkraftanlage enthalten, der die für die Sicherheitsfahrt notwendige, netzunabhängige elektrische Energie liefert.According to the state of the art the wings of wind turbines at an angle so that the wind turbine in terms of Speed, torque and power output optimally match the prevailing location wind conditions adapts. This process is also referred to as "pitching"; the associated drive for the Wing adjustment is called "pitch drive". Often this is Pitch drive realized with electric drives. The wing adjustment is extremely safety-critical, since an incorrectly set one wing angle an impermissibly high Speed of the wind turbine can be achieved, which leads to mechanical damage the wind turbine leads. As a rule, the drive systems are therefore maximized reliability designed. For this purpose, encoders become redundant, for example executed. It is particularly important that the drive even in the event of faults, such as power failure, the wings in a safe position can drive must (safety run, during which the system brakes aerodynamically becomes). For this reason, there is a store for electrical energy in the Usually an accumulator included in the wind turbine, which the for the Safety trip supplies the necessary, grid-independent electrical energy.

Als Motoren werden deshalb oft Asynchronmotoren eingesetzt. Sie erlauben mit einem einfachen, von dem Akkumulator gespeisten, Wechselrichter (6) ohne funktionsfähigem Drehgeber durch eine U/f-Steuerung eine Sicherheitsfahrt. Mehr Sicherheit bieten, insbesondere mit einer Reihenschlusscharakteristik, Gleichstrommotoren. Sie erlauben eine Sicherheitsfahrt ohne empfindliche leistungselektronische Komponenten, indem der Gleichstrommotor über mechanisch oder leistungselektronische Schalter mit dem Akkumulator verbunden wird. Kritisch ist dabei die Drehzahl- Drehmomentcharakteristik der Reihenschlussmaschine; im Leerlauf können unzulässig große Verstellgeschwindigkeiten des Flügelwinkels auftreten. Als ein weiterer Nachteil der Gleichstrom-Doppelschlussmaschine gestaltet sich allerdings der Normalbetrieb mit Stromrichter oder Pulswechselrichter (6) schwieriger, wenn ein 4-Quadranten-Betrieb des Antriebs möglich sein muss. 4-Quadranten-Betrieb meint, dass der Antrieb in beiden Drehrichtungen mit positivem und negativem Drehmoment betrieben wird. Eine Gleichstrom-Reihenschlussmaschine erlaubt zunächst nur einen 2-Quadranten-Betrieb, da der Ankerstrom stets das gleiche Vorzeichen wie die Reihenschlusswicklung (3) hat. Für einen 4-Quadranten-Betrieb wird in der Regel ein Feldgleichrichter (4) eingesetzt, durch den das Vorzeichen des Reihenschlussstroms unabhängig von dem Vorzeichen der Ankerwicklung wird. Ein weiterer Nachteil der Reihenschlussmaschine ist, dass im Leerlauffall eine Schätzung der mechanischen Drehzahl ω aus den elektrischen Größen Motorspannung und Motorstrom nur eingeschränkt möglich ist. Es gilt für den stationären Fall die folgende, vereinfachte Spannungsgleichung, bei der aus Gründen der Übersicht die Feldgleichrichtung nicht berücksichtigt wird:

Figure 00020001
Asynchronous motors are therefore often used as motors. With a simple inverter powered by the accumulator, they allow 6 ) A safety run without a functional encoder thanks to a V / f control. Offer more safety, especially with a series connection characteristic, DC motors. They allow a safety run without sensitive power electronic components by connecting the DC motor to the battery via mechanical or power electronic switches. The speed-torque characteristic of the series machine is critical; impermissibly high adjustment speeds of the sash angle can occur when idling. Another disadvantage of the DC double-circuit machine is normal operation with a converter or pulse inverter ( 6 ) more difficult if 4-quadrant operation of the drive must be possible. 4-quadrant operation means that the drive is operated in both directions of rotation with positive and negative torque. A DC series connection machine initially only allows 2-quadrant operation, since the armature current always has the same sign as the series connection winding ( 3 ) Has. For 4-quadrant operation, a field rectifier ( 4 ) is used, by which the sign of the series current is independent of the sign of the armature winding. Another disadvantage of the series connection machine is that, when idling, the mechanical speed ω can only be estimated to a limited extent from the electrical variables motor voltage and motor current. The following simplified voltage equation applies to the stationary case, for which the field rectification is not taken into account for reasons of clarity:
Figure 00020001

Im Leerlauffall ist der Ankerstrom iα gleich Null, so dass die Drehzahl nur durch eine Division durch Null zu bestimmen ist.When idling, the armature current i α is zero, so that the speed can only be determined by a division by zero.

Erfindungsgemäß werden die Nachteile durch den speziellen Einsatz einer Gleichstrom-Doppelschlussmaschine vermieden. Durch die zusätzliche Nebenschlusswicklung (5) ändert sich das Betriebsverhalten des Motors und die maximale Leerlaufdrehzahl ist eindeutig begrenzt. Für einen 4-Quadranten-Betrieb sind beim Gleichstrom-Doppelschlussmotor (19) bezüglich der Feldgleichrichtung beide Erregerwicklungen zu berücksichtigen. Allerdings verbietet sich der Einsatz eines zweiten Feldgleichrichters, da die beiden Erregerwicklungen transformatorisch gekoppelt sind und speziell in der Nebenschlusswicklung (5) aufgrund der hohen Windungszahl sehr hohe Spannungen induziert werden können, die einen Feldgleichrichter (4) zerstören können. Die Nebenschlusswicklung (5) muss deshalb unabhängig von der Schal tungskombination aus Ankerwicklung und Reihenschlusswicklung (3) mit Feldgleichrichter (4) betrieben werden.According to the invention, the disadvantages are avoided by the special use of a DC double-lock machine. Due to the additional shunt winding ( 5 ) the operating behavior of the engine changes and the maximum idling speed is clearly limited. For 4-quadrant operation, the DC double-circuit motor ( 19 ) to consider both field windings with regard to field rectification. However, the use of a second field rectifier is forbidden, since the two field windings are transformer-coupled and especially in the shunt winding ( 5 ) due to the high number of turns, very high voltages can be induced, which a field rectifier ( 4 ) can destroy. The shunt winding ( 5 ) must therefore be independent of the circuit combination of armature winding and series winding ( 3 ) with field rectifier ( 4 ) operate.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Nebenschlusswicklung (5) zwischen zwei Strängen eines dreiphasigen Pulswechselrichters (6) geschaltet werden, während die Schaltungskombination aus Ankerwicklung und Reihenschlusswicklung (3) mit Feldgleichrichter (4) zwischen dem dritten Strang des Pulswechselrichters und einen bereits für die Nebenschlusswicklung (5) benutzten Strang geschaltet wird. Die Richtung des Flussaufbaus durch die Reihenschlusswicklung (3) ist konstant und die gleiche Richtung des Flussaufbaus kann für die Nebenschlusswicklung (5) eingestellt werden. Hohe, induzierte Spannungen in der Nebenschlusswicklung (5) werden so vermieden, da die Freilaufdioden des Wechselrichters die Spannung an der Nebenschlusswicklung (5) auf den Betrag der Zwischenkreisspannung begrenzen.In an advantageous embodiment, the shunt winding ( 5 ) between two strands of a three-phase pulse inverter ( 6 ) are switched while the combination of armature winding and series winding ( 3 ) with field rectifier ( 4 ) between the third strand of the pulse-controlled inverter and one already for the shunt winding ( 5 ) used string is switched. The direction of the river structure through the series winding ( 3 ) is constant and the same direction of flux formation can be used for the shunt winding ( 5 ) can be set. High induced voltages in the shunt winding ( 5 ) are avoided because the freewheeling diodes of the inverter connect the voltage to the shunt winding ( 5 ) limit to the amount of the DC link voltage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Schaltungskombination aus Ankerwicklung und Reihenschlusswicklung (3) mit Feldgleichrichter (4) zwischen zwei Strängen des Pulswechselrichters geschaltet werden, während die Nebenschlusswicklung (5) zwischen dem dritten Strang und dem negativen, positiven oder dem Mittenpotential geschaltet wird. Auch hier kann eine einheitliche Richtung des Flussaufbaus der beiden Erregerwicklungen sichergestellt werden. Ebenfalls wird auch hier die Spannung durch die Freilaufdioden des Pulswechselrichters auf zulässige Werte begrenzt.In a further advantageous embodiment, the circuit combination of armature winding and series winding ( 3 ) with field rectifier ( 4 ) are switched between two strings of the pulse-controlled inverter, while the shunt winding ( 5 ) is switched between the third strand and the negative, positive or center potential. Here, too, a uniform direction of the river structure of the two excitation windings can be ensured. The voltage is also limited to permissible values by the freewheeling diodes of the pulse-controlled inverter.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Nebenschlusswicklung (5) unabhängig vom Pulswechselrichter (6) mit einem getrennten Netzteil oder einer anderen Gleichspannungsquelle versorgt. Durch die Spannungseinprägung werden Überspannungen sicher vermieden.In a further advantageous embodiment, the shunt winding ( 5 ) regardless of the pulse inverter ( 6 ) powered by a separate power supply or another DC voltage source. Overvoltages are safely avoided by the voltage injection.

Durch die Trennung der Nebenschlusswicklung (5) von der Schaltungskombination aus Ankerwicklung und Reihenschlusswicklung (3) mit Feldgleichrichter (4) ergeben sich weitere Möglichkeiten, die in Windkraftanlagen vorteilhaft verwendet werden können. Der durch die Nebenschlusswicklung (5) aufgebaute Fluss kann unabhängig vom aktuellen Spannungsbedarf der Ankerwicklung eingestellt werden. Beispielsweise kann der durch die Nebenschlusswicklung (5) erzeugte Fluss auf einen Mindestwert begrenzt werden. Somit kann auch im Leerlauffall aus der Ankerspannung ein Schätzwert für die mechanische Drehzahl bestimmt werden. Dieser Schätzwert erlaubt eine sensorlose Drehzahlregelung des Motors oder eine zuverlässige Überwa chung des eingesetzten Drehgebers. Durch diese Redundanz kann ein Drehgeber eingespart werden und es ergibt sich ein Preisvorteil.By separating the shunt winding ( 5 ) of the circuit combination of armature winding and series winding ( 3 ) with field rectifier ( 4 ) there are other possibilities that can be used advantageously in wind turbines. The by the shunt winding ( 5 ) established flux can be set independently of the current voltage requirement of the armature winding. For example, the shunt winding ( 5 ) generated flow can be limited to a minimum value. In this way, an estimate for the mechanical speed can also be determined from the armature voltage in the event of no load. This estimate allows sensorless speed control of the motor or reliable monitoring of the encoder used. This redundancy means that an encoder can be saved and there is a price advantage.

Die Qualität der Drehzahlschätzung kann weiter verbessert werden, indem durch ein Rechenwerk der an der Nebenschlusswicklung (5) wirksamen Spannung ein Testsignal überlagert wird. Die drehzahlabhängigen Auswirkungen des Testsignals auf die Ankerspannung und den Ankerstrom lassen sich mit mathematischen Modellen, wie digitale Filter, Beobachter, Kalman-Filter, Fourier-Analyse oder Korrelationverfahren hochgenau bestimmen und lassen so einen Rückschluss auf die aktuelle mechanische Drehzahl des Motors zu. Für die Doppelschlussmaschine gilt im stationären Fall folgende vereinfachte Ankerspannungsgleichung:

Figure 00040001
The quality of the speed estimate can be further improved by using an arithmetic logic unit on the shunt winding ( 5 ) a test signal is superimposed on the effective voltage. The speed-dependent effects of the test signal on the armature voltage and the armature current can be determined with great precision using mathematical models such as digital filters, observers, Kalman filters, Fourier analysis or correlation methods, thus allowing a conclusion to be drawn about the current mechanical speed of the motor. The following simplified armature voltage equation applies to the double-lock machine:
Figure 00040001

Der Faktor k2 ist dabei vom Erregerfluss der Nebenschlusswicklung (5) abhängig, so dass bei einer geeigneten Vorgabe für die Nebenschlusswicklung (5) eine Division durch Null sicher vermieden wird.The factor k 2 is the excitation flow of the shunt winding ( 5 ) dependent, so that with a suitable specification for the shunt winding ( 5 ) division by zero is safely avoided.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Zeichnung zu entnehmen.Further advantageous embodiments can be seen in the drawing.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment illustrated the invention and show:

1 Den schematischen Aufbau eines Windkraftanlage. 1 The schematic structure of a wind turbine.

2 Eine Realisierung des Pitchantriebes mit einem Gleichstrom-Reihenschlussmotor nach dem Stand der Technik. 2 A realization of the pitch drive with a direct current series motor according to the state of the art.

3 Einen Pitchantrieb mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor, der an einem dreiphasigem Pulswechselrichter (6) angeschlossen wird. 3 A pitch drive with a DC shunt motor, which is connected to a three-phase pulse inverter ( 6 ) is connected.

4 Eine andere Ausführungsform des Pitchantriebs mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und dreiphasigem Pulswechselrichter (6). 4 Another embodiment of the pitch drive with DC shunt motor and three-phase pulse inverter ( 6 ).

5 Eine andere Ausführungsform des Pitchantriebs mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und unabhängiger Spannungsquelle. 5 Another embodiment of the pitch drive with DC shunt motor and independent voltage source.

6 Eine Ausführungsform des Pitchantriebs mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und sensorloser Drehzahlregelung. 6 An embodiment of the pitch drive with DC shunt motor and sensorless speed control.

7 Eine Ausführungsform des Pitchantriebs mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und Drehgeberüberwachung. 7 An embodiment of the pitch drive with DC shunt motor and encoder monitoring.

8 Eine Ausführungsform des Pitchantriebs mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor bei der Sicherheitsfahrt mit Akkumulator. 8th An embodiment of the pitch drive with DC shunt motor during the safety run with an accumulator.

1 zeigt den schematischen Aufbau einer Windkraftanlage, bei der die Einbaulage des Pitchantriebes gekennzeichnet ist. Mit diesem Antrieb wird der Anstellwinkel der Flügel im Wind variiert. 1 shows the schematic structure of a wind turbine, in which the installation position of the pitch drive is marked. With this drive the angle of attack of the wing is varied in the wind.

2 zeigt die Schaltung für einen Pitchantrieb mit Gleichstrom-Reihenschlussmotor nach dem Stand der Technik. Er kann wie in der Zeichnung dargestellt mit einem Pulswechselrichter (6) oder alternativ mit einem netzgeführten Stromrichter oder anderen leistungselektronischen Schaltungen gespeist werden. Die für den 4-Quadrantenbetrieb notwendige Feldgleichrichtung wird vorteilhafterweise mit einem Feldgleichrichter (4), z. B. einer Brückenschaltung bestehend aus 4 Dioden, realisiert. Es sind aber auch andere Verfahren nach dem Stand der Technik zur Gleichrichtung möglich. 2 shows the circuit for a pitch drive with DC series motor according to the prior art. As shown in the drawing, it can be operated with a pulse inverter ( 6 ) or alternatively can be fed with a mains-operated converter or other power electronic circuits. The field rectification required for 4-quadrant operation is advantageously carried out using a field rectifier ( 4 ), e.g. B. a bridge circuit consisting of 4 diodes. However, other prior art methods for rectification are also possible.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und dreiphasigem Pulswechselrichter (6). Die beiden Erregerwicklungen haben hier einen gemeinsamen Bezugspunkt am Pulswechselrichter (6). Die dargestellte Schaltung bietet die Möglichkeit eines 4-Quadrantenbetriebs, da die PWM des Pulswechselrichter (6) so vorgegeben werden kann, dass der Erregerfluss von der Richtung her mit der der Reihenschlusswicklung (3) übereinstimmt. Vorzugsweise wird der Betrag der Erregerspannung für die Nebenschlusswicklung (5) gleich dem Betrag der Ankerspannung gewählt. Alternativ zum Pulswechselrichter (6) können netzgeführte Stromrichter oder andere leistungselektronische Schaltungen eingesetzt werden. 3 shows a device according to the invention with a DC shunt motor and a three-phase pulse inverter ( 6 ). The two field windings have a common reference point on the pulse inverter ( 6 ). The circuit shown offers the possibility of 4-quadrant operation, since the PWM of the pulse inverter ( 6 ) can be specified so that the excitation flow from the direction of that of the series winding ( 3 ) matches. Preferably, the amount of excitation voltage for the shunt winding ( 5 ) selected equal to the amount of armature voltage. As an alternative to the pulse inverter ( 6 ) mains-operated converters or other power electronic circuits can be used.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und dreiphasigem Pulswechselrichter (6). Die beiden Erregerwicklungen haben hier keinen gemeinsamen Bezugspunkt am Pulswechselrichter (6). Die dargestellte Schaltung bietet die Möglichkeit eines 4-Quadrantenbetriebs, da die PWM des Pulswechselrichter (6) so vorgegeben werden kann, dass der Erregerfluss von der Rich tung her mit der der Reihenschlusswicklung (3) übereinstimmt. Vorzugsweise wird der Betrag der Erregerspannung für die Nebenschlusswicklung (5) gleich dem Betrag der Ankerspannung gewählt. Alternativ zum Pulswechselrichter (6) können netzgeführte Stromrichter oder andere leistungselektronische Schaltungen eingesetzt werden. 4 shows a Vorrich invention with a DC shunt motor and three-phase pulse inverter ( 6 ). The two field windings do not have a common reference point on the pulse inverter ( 6 ). The circuit shown offers the possibility of 4-quadrant operation, since the PWM of the pulse inverter ( 6 ) can be specified in such a way that the excitation flow from the direction of that of the series winding ( 3 ) matches. Preferably, the amount of excitation voltage for the shunt winding ( 5 ) selected equal to the amount of armature voltage. As an alternative to the pulse inverter ( 6 ) mains-operated converters or other power electronic circuits can be used.

5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und dreiphasigem Pulswechselrichter (6). Die Nebenschlusswicklung (5) wird hier unabhängig vom Pulswechselrichter (6) für die Reihenschlusswicklung (3) mit einer eigenen Spannungs- oder Stromquelle betrieben. Die Schaltung bietet die Möglichkeit eines 4-Quadrantenbetriebs, da der Erregerfluss der Nebenschlusswicklung (5) in Übereinstimmung mit dem Erregerfluss der Reihenschlusswicklung (3) eingestellt werden kann. 5 shows a device according to the invention with a DC shunt motor and a three-phase pulse inverter ( 6 ). The shunt winding ( 5 ) is independent of the pulse inverter ( 6 ) for series winding ( 3 ) operated with its own voltage or current source. The circuit offers the possibility of 4-quadrant operation, since the excitation flow of the shunt winding ( 5 ) in accordance with the excitation flow of the series winding ( 3 ) can be set.

6 zeigt eine Anordnung für die sensorlose Regelung des Gleichstrom-Nebenschlussmotors. Ein Rechenwerk (15) erfasst die Istwerte von der, über der Reihenschlusswicklung (3) und Ankerwicklung abfallenden, Spannung und von dem Ankerstrom und bestimmt mittels mathematischer Modelle, Beobachter, Kalman-Filter, usw. einen Schätzwert für die mechanische Drehzahl und mit diesem Drehzahlschätzwert wird der Drehzahlregler beaufschlagt. Vereinfacht wird die Drehzahlschätzung durch eine geeignete Vorgabe des Erregerflussanteils, der durch die Nebenschlusswicklung (5) hervorgerufen wird. Der Fall, bei der der Gesamt-Erregerfluss verschwindet und bei der die Schätzung der Drehzahl problematisch ist, kann so vermieden werden. Vorteilhafterweise kann durch das Rechenwerk (12) ein Testsignal, z. B. eine Gleichspannung mit überlagertem Sinus aufgeschaltet werden und im Rechenwerk (15) beispielsweise mit einem Korrelationsverfahren ausgewertet werden. 6 shows an arrangement for the sensorless control of the DC shunt motor. A calculator ( 15 ) records the actual values from the, over the series winding ( 3 ) and armature winding falling, voltage and from the armature current and determines by means of mathematical models, observers, Kalman filters, etc. an estimate for the mechanical speed and this speed estimate is applied to the speed controller. The speed estimate is simplified by a suitable specification of the excitation flux component, which is generated by the shunt winding ( 5 ) is caused. The case in which the total excitation flow disappears and in which the estimation of the speed is problematic can be avoided. The arithmetic unit ( 12 ) a test signal, e.g. B. a DC voltage with superimposed sine can be applied and in the arithmetic unit ( 15 ) can be evaluated using a correlation method, for example.

7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 6, allerdings wird der Drehzahlschätzwert des Rechenwerks (16) nicht für eine sensorlose Regelung benutzt, sondern für eine Überwachung des an der Gleichstrom-Nebenschlussmaschine (2) angekoppelten Dreh- bzw. Drehzahlgebers. Ein defekter Dreh- bzw. Drehzahlgebers kann so festgestellt werden und dieser Fehler an eine übergeordnete Steuerung ausgwertet werden. Die in 6 und 7 zum Einsatz kommenden Rechenwerke können analog oder digital realisiert und in einem gemeinsamen Rechenwerk kombiniert werden. 7 shows an arrangement similar to 6 , however the speed estimate of the calculator ( 16 ) not used for sensorless control, but for monitoring the DC shunt machine ( 2 ) connected rotary or speed encoder. A defective encoder or speed sensor can be determined and this error can be evaluated to a higher-level control. In the 6 and 7 Arithmetic units used can be implemented in analog or digital form and combined in a common arithmetic unit.

8 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gleichstrom-Nebenschlussmotor und dreiphasigem Pulswechselrichter (6), bei der der Gleichstrom-Nebenschlussmotor mittels Schütze (8), (9) vom Pulswechselrichter (6) abgekoppelt werden und alternativ mit einer Notstromversorgung (10) verbunden werden kann. 8th shows a device according to the invention with a DC shunt motor and a three-phase pulse inverter ( 6 ) in which the DC shunt motor is equipped with contactors ( 8th ), ( 9 ) from the pulse inverter ( 6 ) can be disconnected and alternatively with an emergency power supply ( 10 ) can be connected.

(1)(1)
Gleichspannungsquelle des WechselrichtersDC voltage source of the inverter
(2)(2)
Ankerwicklung des Gleichstrommotorsarmature winding of the DC motor
(3)(3)
ReihenschlusswicklungSeries winding
(4)(4)
FeldgleichrichterField Rectifier
(5)(5)
NebenschlusswicklungShunt winding
(6)(6)
Wechselrichterinverter
(7)(7)
Vom Wechselrichter unabhängige Gleichspannungsquellefrom Inverter independent DC voltage source
(8)(8th)
Schütz zum Trennen von Motor und WechselrichterContactor to disconnect of motor and inverter
(9)(9)
Schütz zum Trennen von Motor und GleichspannungsquelleContactor to disconnect of motor and DC voltage source
(10)(10)
Netzunabhängige GleichspannungsquelleMains-independent DC voltage source
(11)(11)
GleichspannungsquelleDC voltage source
(12)(12)
Rechenwerk zur Generierung des Testsignalscalculator to generate the test signal
(13)(13)
Stromreglercurrent regulator
(14)(14)
DrehzahlreglerSpeed governor
(15)(15)
Rechenwerk zur Drehzahlschätzungcalculator for speed estimation
(16)(16)
Rechenwerk zur Drehzahlschätzung und Geberüberwachungcalculator for speed estimation and encoder monitoring
(17)(17)
Drehgeberencoders
(18)(18)
Flügel der WindkraftanlageWing of the Wind turbine
(19)(19)
Antrieb zur Pitchverstellungdrive for pitch adjustment

Claims (9)

1) Antriebsvorrichtung für eine Windkraftanlage, bestehend aus mindestens einem Flügel (18), dessen Anstellwinkel zum Wind mit einem Gleichstrom-Doppelschlussmotor (19), gegebenenfalls einem mechanischen Getriebe, mindestens einem Feldgleichrichter (4) und einem mindestens einphasigen Wechselrichter (6) variiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschlusswicklung (5) des Gleichstrom-Doppelschlussmotors (19) unabhängig von der mit dem Wechselrichter (6) verbundenen Schaltungskombination, bestehend aus der Ankerwicklung (2), der Reihenschlusswicklung (3) sowie dem mindestens einen Feldgleichrichter (4), betrieben wird. 1 ) Drive device for a wind turbine, consisting of at least one wing ( 18 ), the angle of attack to the wind with a DC double-circuit motor ( 19 ), possibly a mechanical gearbox, at least one field rectifier ( 4 ) and an at least single-phase inverter ( 6 ) can be varied, characterized in that the shunt winding ( 5 ) of the DC double-circuit motor ( 19 ) regardless of that with the inverter ( 6 ) connected circuit combination, consisting of the armature winding ( 2 ), the series winding ( 3 ) and the at least one field rectifier ( 4 ), is operated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsanschluss der Nebenschlusswicklung (5) und ein Anschluss der Schaltungskombination, bestehend aus der Ankerwicklung, der Reihenschlusswicklung (3) sowie dem mindestens einen Feldgleichrichter (4), mit einem gemeinsamen Strang des Wechselrichters (6) verbunden werden.Device according to claim 1, characterized in that a winding connection of the shunt winding ( 5 ) and a connection of the circuit combination, consisting of the armature winding, the series winding ( 3 ) and the at least one field rectifier ( 4 ), with a common string of the inverter ( 6 ) get connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschlusswicklung (5) unabhängig von der Schaltungskombination, bestehend aus der Ankerwicklung, der Reihenschlusswicklung (3) sowie dem mindestens einen Feldgleichrichter (4), mit einem Strang des Wechselrichters (6) verbunden ist.Device according to claim 1, characterized in that the shunt winding ( 5 ) regardless of the circuit combination, consisting of the armature winding, the series winding ( 3 ) and the at least one field rectifier ( 4 ), with one string of the inverter ( 6 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschlusswicklung (5) unabhängig von der Schaltungskombination, bestehend aus der Ankerwicklung, der Reihenschlusswicklung (3) sowie dem mindestens einen Feldgleichrichter (4), mit einer vom Wechselrichter (6) unabhängigen Spannungsquelle (7) versorgt wird.Device according to claim 1, characterized in that the shunt winding ( 5 ) regardless of the circuit combination, consisting of the armature winding, the series winding ( 3 ) and the at least one field rectifier ( 4 ), with one from the inverter ( 6 ) independent voltage source ( 7 ) is supplied. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen des Gleichstromnebenschlussmotors durch Schal ter, insbesondere Schütze (8), (9), von dem Wechselrichter (6) getrennt und mit netzunabhängigenelektrischen Energiespeichern (10), insbesondere Akkumulatoren, verbunden werden, wobei im netzunabhängigen Betrieb die Nebenschlusswicklung (5) und die Schaltungskombination, bestehend aus der Ankerwicklung, der Reihenschlusswicklung (3) und gegebenenfalls dem mindestens einen Feldgleichrichter (4), parallel geschaltet werden.Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the windings of the DC shunt motor by switch ter, in particular contactors ( 8th ), ( 9 ), from the inverter ( 6 ) separately and with mains-independent electrical energy storage ( 10 ), in particular accumulators, are connected, the shunt winding ( 5 ) and the circuit combination, consisting of the armature winding, the series winding ( 3 ) and possibly the at least one field rectifier ( 4 ), can be connected in parallel. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Nebenschlusswicklung (5) wirksamen Erregerspannung durch ein Rechenwerk (12) ein Testsignal überlagert wird, und dass die Auswirkungen von diesem Testsignal mittels eines weiteren Rechenwerkes (15) erfasst und für eine Schätzung der mechanischen Drehzahl des Gleichstrom-Doppelschlussmotors (19) genutzt wird.Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the on the shunt winding ( 5 ) effective excitation voltage through an arithmetic unit ( 12 ) a test signal is superimposed and that the effects of this test signal by means of a further arithmetic unit ( 15 ) recorded and for an estimate of the mechanical speed of the DC double-circuit motor ( 19 ) is being used. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gewonnene Schätzwert der mechanischen Drehzahl des Gleichstrom-Doppelschlussmotors (19) in einem Rechenwerk (15) für die Drehzahlregelung (14) des Gleichstrom-Doppelschlussmotors (19) genutzt wird.Apparatus according to claim 6, characterized in that the estimated value of the mechanical speed of the DC double-circuit motor ( 19 ) in an arithmetic unit ( 15 ) for speed control ( 14 ) of the DC double-circuit motor ( 19 ) is being used. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gewonnene Schätzwert der mechanischen Drehzahl des Gleichstrom-Doppelschlussmotors (19) in einem Rechenwerk (16) für eine Überwachung eines Drehzahl- oder Drehwinkelgeber verwendet wird.Apparatus according to claim 7, characterized in that the estimated value of the mechanical speed of the DC double-circuit motor ( 19 ) in an arithmetic unit ( 16 ) is used for monitoring a speed or angle encoder. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zum Einsatz kommen.Method, characterized in that devices according to one or more of claims 1 to 8 are used.
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