專利名稱：帶有一個轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置的風(fēng)能設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有一個轉(zhuǎn)子的風(fēng)能設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知的風(fēng)能設(shè)備一般具有一個帶有三個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子直接或間接與一個發(fā)電機(jī)耦合用于產(chǎn)生電功率。此外發(fā)電機(jī)可以與電網(wǎng)運(yùn)行商的電網(wǎng)耦合用于輸送產(chǎn)生的電功率。
在同類的風(fēng)能設(shè)備中，轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計成角度可調(diào)整的。用這種方式例如在出現(xiàn)大風(fēng)時可以調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片的定位，這樣可以減少從風(fēng)中吸收的能量。為了調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片，同類的風(fēng)能設(shè)備設(shè)計成，對于所有三個轉(zhuǎn)子葉片設(shè)有至少一個葉片調(diào)整系統(tǒng)。優(yōu)選的是，已知的風(fēng)能設(shè)備設(shè)計成，對于每一個轉(zhuǎn)子葉片設(shè)有至少一個轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置，其中此外轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置具有一個帶有一個直流電機(jī)的葉片調(diào)整驅(qū)動裝置，該直流電機(jī)通過一個變流器與電網(wǎng)耦合。一般，驅(qū)動電機(jī)相對高的轉(zhuǎn)速通過一個有很高傳動比的減速機(jī)構(gòu)傳遞到一個慢速轉(zhuǎn)動的驅(qū)動小齒輪上，該驅(qū)動小齒輪與一個直接與轉(zhuǎn)子葉片連接的齒圈嚙合。此外轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整轉(zhuǎn)子具有一個控制裝置，通過該控制裝置調(diào)節(jié)葉片調(diào)整驅(qū)動裝置。
出于安全原因和為了保護(hù)風(fēng)能設(shè)備必須保證，風(fēng)能設(shè)備在任何時候和在任何運(yùn)行故障時都可以降速運(yùn)行。
一般，已知的風(fēng)能設(shè)備通過轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動到所謂的旗幟位置來降速運(yùn)行。轉(zhuǎn)子葉片從風(fēng)中轉(zhuǎn)出稱之為旗幟位置，這樣例如對于一面旗幟只給風(fēng)提供一個最小的作用面積，并且從而不能再從風(fēng)中獲得用于維持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動所需的能量，并且由此風(fēng)能設(shè)備停機(jī)或者至少進(jìn)入一個非常慢的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。
一個運(yùn)行故障可以例如是電網(wǎng)故障。在這樣一種情況下，電網(wǎng)運(yùn)行商可以預(yù)先規(guī)定，為了保護(hù)電網(wǎng)，風(fēng)能設(shè)備在一個確定的時間范圍內(nèi)必須從電網(wǎng)上分開。通過把風(fēng)能設(shè)備從電網(wǎng)上分開，產(chǎn)生的功率也必然不能再輸送到電網(wǎng)內(nèi)，這可能很快會導(dǎo)致嚴(yán)重的超速狀態(tài)。因此風(fēng)能設(shè)備為了其自身的保護(hù)尤其在電網(wǎng)故障時必須可以降速運(yùn)行。
然而電網(wǎng)故障的后果是，電的葉片調(diào)整驅(qū)動裝置也不再能從電網(wǎng)上獲得電能，并且風(fēng)能設(shè)備不能再通過轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整來降速運(yùn)行。然而為了能通過轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動到旗幟位置來保證使風(fēng)能設(shè)備降速運(yùn)行，在已知的風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置內(nèi)另外設(shè)有一個直流電壓源，該直流電壓源在電網(wǎng)故障時直接與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合，這樣在任何時候都能確保葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的供電。
然而所述已知風(fēng)能設(shè)備的缺點(diǎn)是，由于直流電壓源與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的直接耦合，僅僅可能的是，轉(zhuǎn)子葉片不受調(diào)節(jié)地、通常朝著旗幟位置的方向轉(zhuǎn)動。用于精確調(diào)整一個希望的轉(zhuǎn)子葉片角度或者尤其一個轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整速度的調(diào)節(jié)行為在同類的風(fēng)能設(shè)備發(fā)生運(yùn)行故障時是不可能的。
這意味著，在電網(wǎng)故障時，風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片必然始終轉(zhuǎn)動到制動位置或旗幟位置上，并且風(fēng)能設(shè)備通常相對突然地降速運(yùn)行。風(fēng)能設(shè)備的突然停機(jī)始終也意味著高載荷的出現(xiàn)，高的載荷必須在設(shè)備的尺寸設(shè)計中給予考慮，并且從而必然導(dǎo)致高的設(shè)備成本。
另外設(shè)備強(qiáng)制的降速運(yùn)行對于運(yùn)行商也始終意味著經(jīng)濟(jì)損失。所述損失特別令人氣憤，例如當(dāng)電網(wǎng)故障僅僅持續(xù)非常短的時間時，因為設(shè)備的降速運(yùn)行和重新啟動一般比電網(wǎng)故障持續(xù)明顯更長的時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，進(jìn)一步拓展一種已知的風(fēng)能設(shè)備，以使在正常運(yùn)行時，但是尤其在不同運(yùn)行故障例如電網(wǎng)故障時，能最優(yōu)化地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片角度。
這個目的的不同方面通過一種按權(quán)利要求1和10的風(fēng)能設(shè)備來解決。
按權(quán)利要求1的風(fēng)能設(shè)備具有一個帶有至少一個角度可調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。此外它還包括一個可以直接或間接與轉(zhuǎn)子耦合用于產(chǎn)生電功率并且可以直接或間接與一個電網(wǎng)耦合用于輸送電功率的發(fā)電機(jī)以及至少一個用于調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片角度的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置，其中在多個轉(zhuǎn)子葉片情況下，一般每個風(fēng)能設(shè)備有三個葉片，每個轉(zhuǎn)子葉片可以設(shè)有一個轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置。
此外轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置包括至少一個帶有至少一個通過一個變流器與電網(wǎng)耦合的直流電機(jī)的葉片調(diào)整驅(qū)動裝置、一個與變流器耦合的控制裝置和一個直流電壓源，通過所述控制裝置對葉片調(diào)整驅(qū)動裝置進(jìn)行控制和/或調(diào)節(jié)，所述直流電壓源在電網(wǎng)故障時保證葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的供電。
需要指出的是，下面不再區(qū)分控制與調(diào)節(jié)，因為用本發(fā)明既可以控制又可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置。即術(shù)語控制裝置也始終包括調(diào)節(jié)葉片角度的功能。
按本發(fā)明規(guī)定，直流電壓源既可以直接與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合又可以間接通過變流器與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合，其中直流電壓源優(yōu)選間接通過變流器與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合，并且變流器設(shè)計成使其既能轉(zhuǎn)換來自電網(wǎng)的交流電壓又能轉(zhuǎn)換來自直流電壓源的直流電壓。
按本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是，葉片調(diào)整驅(qū)動裝置在電網(wǎng)故障時也可以通過控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。在電網(wǎng)故障并且從而與其相關(guān)的必要性時設(shè)備降速運(yùn)行，轉(zhuǎn)子葉片不再立刻或者不受調(diào)節(jié)地轉(zhuǎn)動到旗幟位置上，而是存在這樣的可能性，即轉(zhuǎn)子葉片例如慢慢地用預(yù)先確定的調(diào)整速度轉(zhuǎn)動到旗幟位置上。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)備不是突然停機(jī)，而是可以柔和地降速運(yùn)行。
直流電壓源與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置直接耦合的始終可能的選擇方案的優(yōu)點(diǎn)是，對于變流器失效的情況，出于安全原因和為了保護(hù)設(shè)備可以保證，風(fēng)能設(shè)備通過把轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動到旗幟位置來降速運(yùn)行。
已知的是，在風(fēng)能設(shè)備中，其葉片調(diào)整驅(qū)動裝置具有一個交流電機(jī)來代替一個直流電機(jī)，直流電壓源與變流器耦合。然而這種不同類型的風(fēng)能設(shè)備的缺點(diǎn)是，在變流器發(fā)生功能故障時，例如由于雷擊，轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置同時失效并且從而不能在緊急情況時使風(fēng)能設(shè)備降速運(yùn)行。
因此在葉片調(diào)整驅(qū)動裝置內(nèi)使用一個直流電機(jī)被認(rèn)為是特別有利的，因為直流電機(jī)即使在變流器不能工作時也可以與直流電壓源直接耦合，并且從而確保，轉(zhuǎn)子葉片在任何情況下都能轉(zhuǎn)動到旗幟位置上，以使風(fēng)能設(shè)備降速運(yùn)行。
如上面已經(jīng)提到的，在現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)能設(shè)備在電網(wǎng)故障時只能以如下方式降速運(yùn)行，即通過轉(zhuǎn)子葉片強(qiáng)制轉(zhuǎn)動到旗幟位置上。然而轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)制轉(zhuǎn)動導(dǎo)致，設(shè)備相對突然地降速運(yùn)行，由此在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生很高的載荷。
由于這種可能性，按本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備受調(diào)節(jié)地降速運(yùn)行，所述高載荷可以減小，以使在設(shè)備尺寸設(shè)計時在尺寸方面不必考慮這種高載荷，并且從而設(shè)備可以用有利的方式更廉價地制造出來。
此外轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)動到旗幟位置時的同步性可以通過上級的控制裝置確保。也就是說，轉(zhuǎn)子葉片可以同步轉(zhuǎn)動到旗幟位置上，由此又在設(shè)備內(nèi)實現(xiàn)了更小的載荷。
此外本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)備在電網(wǎng)故障時不必降速運(yùn)行，而是有這樣的可能性，在電網(wǎng)故障時按本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一個確定的時間范圍內(nèi)借助于此外可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片角度保持恒定或者用其他希望的方式調(diào)節(jié)。因此可以用有利的方式在一個短暫的電網(wǎng)故障時維持設(shè)備的運(yùn)行，由此減小了經(jīng)濟(jì)損失，該經(jīng)濟(jì)損失否則在馬上停止設(shè)備運(yùn)行的情況下產(chǎn)生。
在本發(fā)明的一種有利的結(jié)構(gòu)中，在電網(wǎng)故障時，可以通過控制裝置借助于一個運(yùn)行干擾模式對按本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整過程進(jìn)行控制。
在此運(yùn)行干擾模式可以儲存在設(shè)備內(nèi)，但是也存在這樣的可能性，該模式在出現(xiàn)運(yùn)行故障時才在控制裝置內(nèi)產(chǎn)生，或者運(yùn)行干擾模式例如由一個運(yùn)行管理計算機(jī)輸入控制裝置，該運(yùn)行管理計算機(jī)調(diào)節(jié)設(shè)備或者整個風(fēng)場(Windpark)的整個運(yùn)行過程。
通過運(yùn)行干擾模式可以確定，葉片調(diào)整過程的調(diào)節(jié)在運(yùn)行故障時應(yīng)該看上去是怎樣的。在此運(yùn)行干擾模式可以編程，以使它能區(qū)分不同的運(yùn)行故障并且執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。例如可以在運(yùn)行干擾模式中儲存，在電網(wǎng)的單相或多相有故障時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一段確定的時間內(nèi)保持恒定，并且風(fēng)能設(shè)備在這段時間結(jié)束并且電網(wǎng)故障繼續(xù)維持之后才降速運(yùn)行。
在運(yùn)行干擾模式中例如也可以儲存，在變流器故障時，電池直接接到葉片調(diào)整驅(qū)動裝置上。此外在運(yùn)行干擾模式中也可以儲存在手動緊急停機(jī)時的工作步驟，因為在這兒為了提高人員安全性設(shè)備必須盡最大可能轉(zhuǎn)換到無電壓狀態(tài)。為此在運(yùn)行干擾模式中例如可以儲存，設(shè)備盡可能快地、但是也要盡可能保護(hù)設(shè)備地、在一個受調(diào)節(jié)的葉片調(diào)整速度下停機(jī)。
按本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備按本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，在風(fēng)能設(shè)備停機(jī)和同時電網(wǎng)缺席時，葉片調(diào)整驅(qū)動裝置通過與直流電壓源的間接耦合可以通過控制裝置控制，用于啟動設(shè)備，其中電網(wǎng)缺席既可以理解為電網(wǎng)故障也可以理解為有意的電網(wǎng)斷開。
在另一種有利的結(jié)構(gòu)中規(guī)定，直流電壓源是一個電池。電池的優(yōu)點(diǎn)是，它是一個通用的蓄電池，該蓄電池能提供用于驅(qū)動直流電機(jī)所需的能量。
但是也存在這樣的可能性，使用所謂的超卡普斯(Ultracaps)作為直流電壓源，在這種情況下涉及的是一些高能量密度的緊湊的電容器，這些電容器能儲存用于驅(qū)動直流電機(jī)所需的能量。
但是也可以想象的是，設(shè)有一個直流發(fā)電機(jī)，該直流發(fā)電機(jī)優(yōu)選通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，就是說通過其動能來驅(qū)動。為此發(fā)電機(jī)的一個主動件旋轉(zhuǎn)地與風(fēng)轉(zhuǎn)子(優(yōu)選與轉(zhuǎn)子輪轂)耦合，另一個主動件與機(jī)器吊艙(Maschinengondel)固定地耦合。只要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，在發(fā)電機(jī)端子上就能獲得一個取決于轉(zhuǎn)速的直流電壓，該直流電壓在可能必需的變換后(例如升壓器(Hochsetzsteller))可以接到變流器中間電路或者直接接到葉片調(diào)整驅(qū)動裝置上。
為了供電，葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的直流電機(jī)在正常運(yùn)行時通過一個變流器與電網(wǎng)運(yùn)行商的交流電網(wǎng)連接，其中變流器把來自電網(wǎng)的交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能。按本發(fā)明變流器另外構(gòu)造成能轉(zhuǎn)換輸入的直流電能，以使直流電機(jī)可以通過變流器受調(diào)節(jié)地運(yùn)行。
按本發(fā)明的一種有利的結(jié)構(gòu)，變流器可以設(shè)計成使它具有一個整流器，通過該整流器將從電網(wǎng)輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖的直流電壓，它還具有一個直流電壓中間電路，該直流電壓中間電路的目的是，對整流器和直流電機(jī)之間的電壓濾波。直流電壓中間電路基本上用作緩沖器，為了平衡瞬間的負(fù)荷要求(電壓突然出現(xiàn))。
但是因為為了直流電機(jī)受調(diào)節(jié)地工作，直流電能需要變化的電流和電壓值，變流器另外具有一個帶有有源開關(guān)的直流調(diào)節(jié)器，其中有源開關(guān)可通過控制裝置接通。通過相應(yīng)地控制有源開關(guān)，用這種方式可以將中間電路內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換成可調(diào)整的直流電能，該直流電能設(shè)計成使直流電機(jī)用一個希望的調(diào)整速度將轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動到希望的角度位置上。
按另一種有利的結(jié)構(gòu)，在直流調(diào)節(jié)器內(nèi)的有源開關(guān)可以是一個IGBT-大功率晶體管。IGBT-大功率晶體管的巨大優(yōu)點(diǎn)是，它可根據(jù)需要接通和斷開。所述優(yōu)點(diǎn)使通過變流器可以受調(diào)節(jié)地驅(qū)動直流電機(jī)，而不管變流器與電網(wǎng)還是與直流電壓源耦合。
在本發(fā)明的另一種有利的結(jié)構(gòu)中規(guī)定，直流電壓源與變流器通過直流電壓中間電路耦合。例如可以通過二極管耦入，在此在直流電壓源和直流電壓中間電路之間的電壓差必須相應(yīng)適配，以避免各單個部件受載。所述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，直流電壓源一方面在電網(wǎng)故障時支持直流電壓中間電路。另一方面盡管有電網(wǎng)故障，用這種方式為變流器提供必需的能量用于受調(diào)節(jié)地驅(qū)動直流電機(jī)。
按另一種結(jié)構(gòu)規(guī)定，轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置具有一個角度傳感器，該角度傳感器測量轉(zhuǎn)子葉片的實際角度，并把測得的實際值傳給控制裝置。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，控制裝置或一個與控制裝置耦合的運(yùn)行管理計算機(jī)借助于測得的值也在考慮其它的設(shè)備參數(shù)的情況下可以得出轉(zhuǎn)子葉片角度，該轉(zhuǎn)子葉片角度使得一個最佳的運(yùn)行過程并且從而與之相關(guān)的一個最佳的能量受益成為可能。
此外設(shè)有角度傳感器提供這樣的可能性，控制并且必要時修正由控制裝置預(yù)先確定的角度。
到目前為止所述的措施涉及運(yùn)行故障的解決方案，所述運(yùn)行故障在轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置的供電中可能出現(xiàn)。其目的是，例如在電網(wǎng)故障時，可以受調(diào)節(jié)地調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片。因此要考慮一個在風(fēng)能設(shè)備運(yùn)行時可能出現(xiàn)的重要問題。
然而用于轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整的裝置是相對復(fù)雜的，可能影響轉(zhuǎn)子葉片的受調(diào)節(jié)的調(diào)整的其它故障也是可以想象的，這樣原則上始終存在優(yōu)化需求。
下面要闡述另一種補(bǔ)充解決方案，用該補(bǔ)充解決方案能優(yōu)化轉(zhuǎn)子葉片的受調(diào)節(jié)的調(diào)整，并且尤其是在另一種與供電系統(tǒng)無關(guān)地出現(xiàn)的故障的情況下能保證轉(zhuǎn)子葉片的受調(diào)節(jié)的調(diào)整。
兩個在本發(fā)明范疇內(nèi)闡述的補(bǔ)充解決方案允許單獨(dú)也允許組合使用，可以最佳地控制和/或調(diào)節(jié)設(shè)備，并且在出現(xiàn)不同的運(yùn)行故障時保持運(yùn)行能力。重要目的通過簡單的方式實現(xiàn)，即這樣設(shè)計一種風(fēng)能設(shè)備，以使能補(bǔ)償出現(xiàn)的運(yùn)行故障，并且設(shè)備只有在真正嚴(yán)重的運(yùn)行故障時才必須降速運(yùn)行。
按另一種補(bǔ)充解決方案規(guī)定，轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置具有至少兩個角度傳感器，其中控制裝置設(shè)計成使它在一個角度傳感器失效時切換到另一個角度傳感器。
在本發(fā)明的有利結(jié)構(gòu)中，第一角度傳感器例如可以設(shè)置在葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的直流電機(jī)的電機(jī)軸上，其中此外電機(jī)軸形成轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的驅(qū)動端或者所謂的“快速”端(由于較高的旋轉(zhuǎn)速度)。
有利的是，第二角度傳感器直接設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片軸或者在一個與葉片軸承的齒部嚙合的小齒輪上。也就是說，第二角度傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置的所謂輸出端或轉(zhuǎn)子葉片端或“慢速”端上。
設(shè)有至少一個另外的角度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是，測量的葉片角度可以互相比較，并且從而在測量值互相有很大偏差時，可以發(fā)現(xiàn)一個傳感器可能損壞或者例如葉片驅(qū)動裝置可能失效(斷裂)。然后在這樣一種情況下，控制裝置可以切換到第二角度傳感器，以確保在任何時刻都可以測得實時的葉片角度。
特別有利的是，兩個補(bǔ)充解決方案組合使用。用這種方式實現(xiàn)一個高保障的、在正常運(yùn)行時也優(yōu)化地受調(diào)節(jié)的設(shè)備。
但是最后描述的解決方案也可以單獨(dú)實現(xiàn)，即不僅僅在一個要求保護(hù)的風(fēng)能設(shè)備上，該風(fēng)能設(shè)備具有一個帶有一個直流驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置。使用一個或多個角度傳感器也可以順利地在其它轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置中實現(xiàn)，該轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置例如具有一個交流驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)部分通過后面的說明公開，并且部分通過該說明補(bǔ)充或者在本發(fā)明的實際應(yīng)用中得出。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的一個實施例。不言而喻的是，在沒有離開本發(fā)明范圍的情況下，可以使用其它實施方式，并且可以改變，如由附屬的各權(quán)利要求所定義的。


其中圖1一個風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的正視圖，圖2一個轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置的示意圖；具體實施方式
圖1示出一個帶有一個塔柱11的風(fēng)能設(shè)備10，一個轉(zhuǎn)子12設(shè)置在該塔柱上端。轉(zhuǎn)子12包括一個轉(zhuǎn)子輪轂13以及三個設(shè)置在輪轂13上的轉(zhuǎn)子葉片14。
轉(zhuǎn)子葉片14與轉(zhuǎn)子輪轂13可旋轉(zhuǎn)地連接并且可以分別繞著其縱軸線進(jìn)行調(diào)整，以便調(diào)整轉(zhuǎn)子12從風(fēng)中吸收的能量。轉(zhuǎn)子葉片14與轉(zhuǎn)子輪轂13的連接通過軸承例如四點(diǎn)支承滾動軸承或滾球式回轉(zhuǎn)支承來實現(xiàn)，其中軸承組件具有一個內(nèi)齒，轉(zhuǎn)子葉片固定在所述軸承組件上。
轉(zhuǎn)子葉片14的調(diào)整通過未詳細(xì)示出的帶有一個葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置來進(jìn)行，其中葉片調(diào)整驅(qū)動裝置具有一個驅(qū)動小齒輪，該驅(qū)動小齒輪設(shè)置成使它與軸承的內(nèi)齒嚙合。此外葉片調(diào)整驅(qū)動裝置具有一個驅(qū)動電機(jī)，該驅(qū)動電機(jī)通過一個減速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動小齒輪耦合，這樣驅(qū)動小齒輪可以通過驅(qū)動電機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。因為驅(qū)動小齒輪與軸承組件的內(nèi)齒嚙合，轉(zhuǎn)子葉片固定在該軸承組件上，所以轉(zhuǎn)子葉片可以用這種方式借助于驅(qū)動電機(jī)來調(diào)整。
圖2示意地示出一個帶有一個葉片調(diào)整驅(qū)動裝置20的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置。所示的葉片調(diào)整驅(qū)動裝置20具有一個驅(qū)動小齒輪21、一個減速機(jī)構(gòu)22以及一個驅(qū)動電機(jī)23，其中該驅(qū)動電機(jī)在所示的實施例中是一個直流電機(jī)。
直流電機(jī)23可以通過一個變流器24與電網(wǎng)運(yùn)行商的電網(wǎng)25耦合，其中電網(wǎng)25提供三相交流電能。在變流器24和電網(wǎng)25之間設(shè)有附加的開關(guān)元件26，由此使變流器24并且從而轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置從電網(wǎng)25上分開成為可能。
變流器24的目的是，將從電網(wǎng)輸入的交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，該直流電能可以驅(qū)動直流電機(jī)。為了這個目的，變流器24包括一個整流器27、一個直流電壓中間電路28和一個直流調(diào)節(jié)器30。
整流器27具有有源開關(guān)，其中在所示的例子中是IGBT-大功率晶體管，該IGBT-大功率晶體管通過一個控制裝置33可接通和斷開，其中控制裝置33與一個運(yùn)行管理計算機(jī)34耦合，該運(yùn)行管理計算機(jī)監(jiān)控和調(diào)節(jié)風(fēng)能設(shè)備的整個運(yùn)行過程。使用有源開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是，從電網(wǎng)25輸入的交流電能經(jīng)過控制裝置33借助于脈沖寬度調(diào)制方法(Pulsweitenmodulationsverfahren)通過有源開關(guān)相應(yīng)的接通和斷開來修正，這樣產(chǎn)生了帶有預(yù)定參數(shù)的直流電能，該直流電能驅(qū)動直流電機(jī)23有針對性地用于調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片到一個預(yù)定的位置上。
在電網(wǎng)25發(fā)生故障時或者對于因故意打開開關(guān)元件26使電網(wǎng)25與風(fēng)能設(shè)備10斷開的情況下，直流電機(jī)23與一個電池31耦合，以確保直流電機(jī)23的供電。
電池31與直流電機(jī)23的耦合可以用兩種方式實現(xiàn)一方面，直流電機(jī)23可以通過一個開關(guān)元件35直接與電池31連接。另外電池也31也可以間接通過變流器24與直流電機(jī)23耦合。為此進(jìn)行開關(guān)元件35的切換，由此直流電機(jī)23與變流器24連接。同時通過閉合開關(guān)36，使直流電壓中間電路28與電池31耦合，由此直流電機(jī)23的供電通過變流器24來維持。
電池31的間接連接的優(yōu)點(diǎn)是，從電池31供給的直流電能可以借助于變流器24來修正，以使直流電機(jī)23可以受調(diào)節(jié)地運(yùn)行，并且從而也可以進(jìn)行一個受調(diào)節(jié)的葉片調(diào)整。
電池31與直流電機(jī)23的直接耦合只能使轉(zhuǎn)子葉片不受調(diào)節(jié)地轉(zhuǎn)動，例如從風(fēng)中轉(zhuǎn)出進(jìn)入到一個所謂的旗幟位置上，由此風(fēng)能設(shè)備強(qiáng)制地降速運(yùn)行。直接耦合只在下述情況下使用，即當(dāng)通過變流器24不能進(jìn)行轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整時，例如當(dāng)變流器24不能再工作時。僅僅出于安全相關(guān)的原因才設(shè)有電池31與直流電機(jī)23的直接耦合，即為了保證，在變流器故障時，始終還能使風(fēng)能設(shè)備通過轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動到旗幟位置來降速運(yùn)行。
然而開關(guān)元件35優(yōu)選設(shè)計成使在失電狀態(tài)下接通電池31與直流電機(jī)23的直接耦合。通過這種所謂的可靠結(jié)構(gòu)，例如在雷擊既破壞了電網(wǎng)供電又破壞了變流器后，也能保證機(jī)器安全停機(jī)。
此外在圖2中示意地示出一個第一角度傳感器37和一個第二角度傳感器38，其中第一角度傳感器37設(shè)置在葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的直流電機(jī)的電機(jī)軸上，并且第二角度傳感器38構(gòu)成為小齒輪，該小齒輪與一個設(shè)置在葉片根部上的未示出的齒圈相嚙合。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能設(shè)備(10)，包括一個具有至少一個角度可調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片(14)的轉(zhuǎn)子(12)、一個可以直接或間接與轉(zhuǎn)子(12)耦合用于產(chǎn)生電功率并且可以直接或間接與一個電網(wǎng)(25)耦合用于輸送電功率的發(fā)電機(jī)、至少一個用于調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片(14)的角度的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置，該轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置包括至少一個帶有至少一個通過一個變流器(24)與電網(wǎng)(25)耦合的直流電機(jī)(23)的葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)、一個與變流器(24)耦合的控制裝置(33)和一個直流電壓源(31)，通過所述控制裝置對葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)進(jìn)行控制和/或調(diào)節(jié)，所述直流電壓源在電網(wǎng)(25)故障時保證葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)的供電，其特征在于直流電壓源(31)可以直接與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)耦合或者間接通過變流器(24)與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)耦合，其中直流電壓源(31)可以優(yōu)選間接通過變流器(24)與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)耦合，并且變流器(24)設(shè)計成既能轉(zhuǎn)換來自電網(wǎng)(25)的交流電壓又能轉(zhuǎn)換來自直流電壓源(31)的直流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于直流電壓源(31)與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)的直接耦合只在變流器(24)失效時進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于在直流電壓源(31)與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)間接耦合時，葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)可通過控制裝置(33)借助于一個可儲存在控制裝置(33)內(nèi)的、可在控制裝置(33)內(nèi)產(chǎn)生的或者可輸入控制裝置(33)的運(yùn)行干擾模式進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于在設(shè)備(10)停機(jī)同時電網(wǎng)(25)發(fā)生故障并且直流電壓源(31)與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)間接耦合時，葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)可以通過控制裝置(33)控制，用于啟動設(shè)備(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于所述直流電壓源(31)是一個電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于所述變流器(24)具有一個整流器(27)、一個直流電壓中間電路(28)和一個帶有至少一個有源開關(guān)的直流調(diào)節(jié)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于所述有源開關(guān)是一個IGBT。
8.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于直流電壓源(31)可以與直流電壓中間電路(28)耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置具有至少一個角度傳感器(37、38)，該角度傳感器測量轉(zhuǎn)子葉片(14)的實際角度并傳給控制裝置(33)。
10.優(yōu)選根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置具有至少兩個角度傳感器(37、38)，其中控制裝置(33)設(shè)計成使控制裝置在一個角度傳感器(37、38)失效時切換到另一個角度傳感器(37、38)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)能設(shè)備(10)，其特征在于葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)具有一個驅(qū)動端和一個輸出端或轉(zhuǎn)子葉片端，其中一個角度傳感器(37、38)設(shè)置在葉片調(diào)整驅(qū)動裝置(20)的驅(qū)動端上，而另一個設(shè)置在輸出端或轉(zhuǎn)子葉片端上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能設(shè)備，包括一個具有至少一個角度可調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子、一個可以直接或間接與轉(zhuǎn)子耦合用于產(chǎn)生電功率并且可以直接或間接與一個電網(wǎng)耦合用于輸送電功率的發(fā)電機(jī)、至少一個用于調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片角度的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置，該轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整裝置包括至少一個帶有至少一個通過一個變流器與電網(wǎng)耦合的直流電機(jī)的葉片調(diào)整驅(qū)動裝置、一個與變流器耦合的控制裝置和一個直流電壓源，通過所述控制裝置對葉片調(diào)整驅(qū)動裝置進(jìn)行控制和/或調(diào)節(jié)，所述直流電壓源在電網(wǎng)故障時保證葉片調(diào)整驅(qū)動裝置的供電，其中，直流電壓源可以直接與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合或者間接通過變流器與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合。直流電壓源可以優(yōu)選間接通過變流器與葉片調(diào)整驅(qū)動裝置耦合，并且變流器設(shè)計成既能轉(zhuǎn)換來自電網(wǎng)的交流電壓又能轉(zhuǎn)換來自直流電壓源的直流電壓。
文檔編號F03D9/02GK1836102SQ200480023454
公開日2006年9月20日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者K·勃蘭特, J·措伊默 申請人:再生動力系統(tǒng)股份公司