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Stromerzeugungsanlage mit Windkraftmaschine.
Stromerzeugungsanlagen mit Windkraftmaschinen sind bekannt. Diese Anlagen sind zwecks Aufrechterhaltung der Stromabgabe bei Windstille mit Akkumulatoren augerüstet und daher zur Erzeugung von Gleichstrom eingerichtet. Diese Stromart ist für rauhe Betriebe, insbesonders landwirtschaftliche, wenig geeignet. Durch mechanische Regelungsvorrichtungen am Windrad wird trotz der stark veränderlichen Windgeschwindigkeit eine Vergleichmässigung seiner Drehzahl erstrebt. Tiotzdem schwankt die Drehzahl innerhalb weiter Grenzen und das bedingt besondere Vorkehrungen zur Vergleichmässigung der Spannung.
Weiters sind Vorkehrungen nötig, um zu verhindern, dass bei Windstille die Akkumulatorenbatterie Strom in die Dynamo zurückschickt und sie'als Motor antreibt und um die elektrischen Einrichtungen gegen. Überlastung infolge von Windstössen zu schützen. Die zahlreichen, empfindlichen Hilfsvorrichtungen von derartigen Gleichstromanhigen bedürfen der aufmersamen Übeiwachung und Wartung. Es ist daher ein Maschinenhaus nötig und das bedingt eine Kraftübeitragung mit langer, senk@@chter Welle.
Sämtliche dieser Nachteile werden der Erfindung gemäss dadurch vermieden, dass der Stromerzeuger der Anlage aus einem Ein- oder Mehrphaseninduktionsgenerator besteht, der an ein von anderen Maschinen gespeistes Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist. D ; e
Einschaltung des Generators erfolgt bei Erreichung der synchronen Drehzahl selbsttätig durch eine eigena@tige Vorrichtung, die bei Unterschreitung der synchronen Drehzahl auch das Abschalten des Generators vom Netze bewirkt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Fig. i veranschaulicht das Schema einer Stromerzeugungsanlage mit einem Windradantrieb. Die
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Ein- oder Mehrphasennetz 12 angeschlossen. Auf der Hilfswelle 7. itzt eine Vorrichtung x von später zu erläuternder Bauart, die bei Erreichen der synchronen Drehzahl das selbsttätige Einschalten des Generators und bei Unterschreiten der synchronen Drehzahl das selbsttätige Abschalten des Generators vom Netze bewirkt. Auf der Hilfswelle 7 sitzt weiters ein Schwungrad y das. zweckmässig mit der Vorrichtung x zusammengebaut werden kann.
Das Schwungrad hat den Zweck, den Energieinhalt auftretender Windstösse aufzunehmen ; es ist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel als Dremsscheibe ausgebildet und mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten, an sich bekannten Bremseinrichtung versehen.
Die Vo richtung x besteht aus einem Fliehkraftkontaktapparat beliebiger Bauart, der elektrisch mit dem Ständer oder Läufer des Induktionsgenerators mittelbar oder unmittelbar verbunden ist. In der Fig. 2 ist die Vorrichtung x mit der Ständerwicklung 20 des
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sind über Schleifringe 39 und biegsame Litzen 31 zu den Kontaktklötzen 35 des'Fliehkraftkontaktapparates geführt. Die Klötze 35 sind an den längeren Armen der zweiarmigen
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angeordnet, die einen isolierten Kontaktring 38 trägt. An den kürzeren Armen der Hebel 36 greifen Zugfedern 39 an, die mit ihren Enden in zweckentsprechender Weise verankert sind.
Die Zugfedern sind derart eingestellt, dass beim Erreichen der kritischen Windgeschwindigkeit, d. i. beim Erreichen der synchronen Drehzahl, die an den Kontaktklötzen wilkende Fliehkraft die Gegenkraft der Federn 39 übersteigt. Die Kontaktklötze ) a werden also gegen den Kontaktring 38 gedrückt, wodurch die Ständerwicklung 20 eingeschaltet und der Generator zur Stromabgabe bereitgestellt wird.
Der Fliehkraftkontaktapparat kann auch so ausgebildet werden, dass das Einschalten der Ständerwicklung nicht plötzlich, sondern über einen ein-oder mehrstufigen Schutz-
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Kontaktbrücke 41, die die Ständerwicidung ss-über die'Ein-'oder mehrstuagt-n Schutz- widerstände 42 einschaltet.
Die Anordnung nach Fig. 4 ist insbesondere für grosse Maschinen geeignet. Die Ständerwicklung 20 liegt in Sternschaltung dauernd am Netze 12. Die Läuferwicklung 60 ist als aufgelöste Sternwicklung gezeichnet. Ihre Enden 51, 52, 53 sind dauernd miteinander verbunden ; die Enden 54, JJ, 66 sind, ohne dass Schleifringe erforderlich wären, durch biegsame Litzen 6 6, 8., 6- ? zu den Kontaktklötzen 35 des Fliehkraftkontaktapparates geführt. Der Fliehkraftkontaktapparat weist bei dieser Anordnung dieselbe Konstruktion auf, wie der vorher beschriebene.
Seine Zugfedern sind so eingestellt, dass bei kritischer Windgeschindigkeit, d. i.'bei Erreichen der synchtonen'Drehzahl, die an den Kontaktklötzen wirkende Fliehkraft die Gegenkraft der Federn : 59'überwiegt. Es wird also im gegebenen Falle durch den Fliehkraftkontaktapparat die Läuferwicklung geschlossen und der Generator zur Stromabgabe bereitgestellt,
Der-Generator 10 arbeitet bei den vorher beschriebenen Anlagen zwangläung Im Parallelbetriebe mit den Synehrongeneratoren des Netzes 12. Diese liefern den zur Erregung der Stromverbraucher und zur Eigenerregung des Induktionsgenerators erforderlichen Blindstrom.
Die Wirkbelastung des Netzes verteilt sich auf die Synchrongeneratoren und den Induktionsgenerator, entsprechend der Abgabe der die Generatoren antreibenden Kraftmaschinen.
Bei einer bestimmten kritischen Windgeschwindigkeit ist die Abgabe des Windrades gleich den Verlusten im ganzen Maschinensatz, Der Generator läuft dann bei synchroner Drehzahl, deren Wert durch die Frequenz des-Netzes und die Polzahl der Wicklung bestimmt ist und liefert weder Wirkstrom, noch entnimmt er solchen, Überschreitet die Windgeschwindigkeit den kritischen Wert, so wird Wirkstrom ins Netz geliefert. Der Generator läuft dabei übersynchron und nimmt eine umso höhere Drehzahl an, je grösser die Abgabe des Windrad, es ist. -
Unterschreitet die Windgeschwindigkeit den kritischen Wert, so wird Wirkstrom dem Netze entnommen. In diesem Falle würde der Generator bei nicht vorhandener Vorrichtung x als Motor laufen und zusammen mit dem Winde das Windrad antreiben.
Dies wird aber durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung x verhindert, da durch sie der Generator vom Netze abgeschaltet wird und somit weder als Generator, noch als Motor läuft.
Die geschilderten Vorgänge spielen sich in einem engen Drehzahlbereich ab, denn die Schlüpfung beträgt nur einen geringen Teil der synchronen Drehzahl. Das Netz übernimmt die Rolle eines Geschwindigkeitsreglers. Die Spannung ist durch das Netz festgelegt und unterliegt nicht der Regelung.
Der ganze Maschinensatz muss auch gegen das Durchgehen geschützt werden, das eintreten kann, wenn bei genügender Windgeschwindigkeit die Spannung an den Generatorklemmen Null wird. Das ist z. B. der Fall, wenn Kurzschluss in der Zuführungsleitung entsteht oder wenn die Zuführungsleitung durch irgendwelche Ursache abgeschaltet wird.
Der erforderliche Schutz wird dadurch erzielt, dass man entweder alle drehenden Teile so bemisst, dass sie die Durchgehgeschwindigkeit aushalten ; fe-ner in bekannter Weise durch
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bewirken. Erfindungsgemäss kann zur Verhinderung des Durchgehen des Maschinensatzes auch eine Bremseinrichtung vorgesehen werden, die bei Entlastung des Generators durch Zurückgehen der Spannung an den Generatorklemmen wirksam wird.
Diese Bremsung kann mechanisch oder elektrisch durchgeführt werden. Mechanisch z. B. dadurch, dass eine Bremsscheibe (vgl. das als Bremsscheibe ausgebildete Schwungrad in Fig. r) und eine auf dieselbe entsprechend einwirkende Bremseinrichtung (Bremsbänder, Brembacken vorgesehen wird, deren Betätigung durch eine von der Klemmenspannung des Generators beeinflusste elektrische Auslösevorrichtung erfolgt. Diese mechanische Bremse ist
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Bremsstromkreis durch ein Ruhestromrelais, welches von der Klemmenspannung des Generators abhängig ist, geschlossen wird. Bei normalem Betriebe bleibt in diesem Falle der Bremsstromkreis geöffnet und bei Verschwinden der Spannung wird durch Ansprechen des Relais der Bremsstromkreis geschlossen und die Bremse wirksam.
Die vorstehend beschriebene Anlage besitzt unter anderem folgende Vorzüge : Sie
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wird in einfachster Weise gelöst. Die erforderlichen Hilfseinrichtungen sind einfach und kräftig, sie bedürfen keinerlei Überwachung und Wartung. Es ist nicht nötig, ein Maschinenhaus zu errichten, sondern die ganze Anlage kann am Turme aufgestellt werden. Dadurch wird die lange, senkrechte Transmissionswelle vom Windrad ins Maschinenhaus vermieden und der Anschluss an die Leitung vereinfacht. Der Anschluss der Stromverbraucher kann an einem günstig gelegenen Punkte des Überlandnetzes erfolgen. Die Anschlussleitung braucht nicht zum Windrade geführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Stromerzeugunganlage mit Windkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Stromerzeuger aus einem Ein-oder Mehrphaseninduktionsgenerator M) besteht, der an ein von anderen Maschinen gespeistes Ein-oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, wobei die Ständerwicklung (20) oder Läuferwicklung (5Ö) des Induktionsgenerators beim Durchgang durch die synchrone Drehzahl durch eine-Schaltvorrichtung (z. B. tachometrische Schaltvorrichtung x) selbsttätig eingeschaltet und bei Unterschreitung der synchronen Drehzahl selbsttätig ausgeschaltet wird.
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Power generation plant with wind power machine.
Power generation plants with wind power machines are known. These systems are equipped with accumulators in order to maintain the power output when there is no wind and are therefore set up to generate direct current. This type of current is not very suitable for rough farms, especially agricultural ones. By means of mechanical control devices on the wind turbine, an equalization of its speed is sought despite the strongly variable wind speed. Nevertheless, the speed fluctuates within wide limits and this requires special precautions to equalize the voltage.
Furthermore, precautions are necessary to prevent the accumulator battery from sending current back into the dynamo when there is no wind and driving it as a motor and to counteract the electrical equipment. To protect overload due to gusts of wind. The numerous, sensitive auxiliary devices of such DC operators require careful monitoring and maintenance. A nacelle is therefore necessary and this requires a force contribution with a long, vertical shaft.
According to the invention, all of these disadvantages are avoided in that the power generator of the system consists of a single or multi-phase induction generator which is connected to a single or multi-phase network fed by other machines. D; e
When the synchronous speed is reached, the generator is switched on automatically by an independent device that also switches off the generator from the mains if the synchronous speed is not reached.
An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the drawing. Fig. I illustrates the scheme of a power generation plant with a wind turbine drive. The
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Single or multi-phase network 12 connected. On the auxiliary shaft 7. itzt a device x of the type to be explained later, which causes the generator to be switched on automatically when the synchronous speed is reached and the generator to be automatically switched off from the network when the speed falls below the synchronous speed. On the auxiliary shaft 7 there is also a flywheel y which can be conveniently assembled with the device x.
The purpose of the flywheel is to absorb the energy content of gusts of wind that occur; In the embodiment shown in the drawing, it is designed as a Drems disk and is provided with a braking device known per se, not shown in detail in the drawing.
The Vo direction x consists of a centrifugal contact apparatus of any type, which is electrically or indirectly connected to the stator or rotor of the induction generator. In Fig. 2, the device x is with the stator winding 20 of the
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are guided via slip rings 39 and flexible strands 31 to the contact blocks 35 of the centrifugal force contact apparatus. The blocks 35 are on the longer arms of the two-armed
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arranged, which carries an insulated contact ring 38. Tension springs 39 which are anchored with their ends in an appropriate manner act on the shorter arms of the lever 36.
The tension springs are adjusted so that when the critical wind speed is reached, i.e. i. when the synchronous speed is reached, the centrifugal force acting on the contact blocks exceeds the counterforce of the springs 39. The contact blocks) a are thus pressed against the contact ring 38, as a result of which the stator winding 20 is switched on and the generator is made available for outputting current.
The centrifugal contact apparatus can also be designed in such a way that the stator winding is not switched on suddenly, but via a single or multi-stage protective
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Contact bridge 41, which switches on the stator winding via the 'one' or multi-stage n protective resistors 42.
The arrangement according to FIG. 4 is particularly suitable for large machines. The stator winding 20 is permanently connected to the network 12 in a star connection. The rotor winding 60 is shown as a broken-up star winding. Their ends 51, 52, 53 are permanently connected to one another; the ends 54, JJ, 66 are, without the need for slip rings, through flexible strands 6 6, 8., 6-? led to the contact blocks 35 of the centrifugal contact apparatus. In this arrangement, the centrifugal contact apparatus has the same construction as that previously described.
Its tension springs are set in such a way that at critical wind speeds, i.e. i.e. 'when the synchronous' speed is reached, the centrifugal force acting on the contact blocks outweighs the counterforce of the springs: 59'. In the given case, the rotor winding is closed by the centrifugal contact apparatus and the generator is provided for the output of current,
In the systems described above, the generator 10 works in parallel with the Synehrongenerators of the network 12. These supply the reactive current required to excite the power consumers and to self-excite the induction generator.
The active load on the network is distributed between the synchronous generators and the induction generator, according to the output of the prime mover driving the generators.
At a certain critical wind speed, the output of the wind turbine is equal to the losses in the entire machine set, the generator then runs at a synchronous speed, the value of which is determined by the frequency of the network and the number of poles of the winding and neither supplies nor draws any active current, If the wind speed exceeds the critical value, active current is supplied to the grid. The generator runs over-synchronously and assumes a higher speed, the greater the output of the wind turbine it is. -
If the wind speed falls below the critical value, active current is taken from the network. In this case the generator would run as a motor if the device x was not available and would drive the wind turbine together with the winch.
However, this is prevented by the device x described above, since it disconnects the generator from the network and thus runs neither as a generator nor as a motor.
The processes described take place in a narrow speed range, because the slip is only a small part of the synchronous speed. The network takes on the role of a speed regulator. The voltage is determined by the network and is not subject to regulation.
The entire machine set must also be protected against runaway, which can occur if the voltage at the generator terminals is zero when the wind speed is sufficient. This is e.g. B. the case if a short circuit occurs in the supply line or if the supply line is switched off due to any cause.
The necessary protection is achieved by either dimensioning all rotating parts so that they can withstand the speed of passage; fe-ner in a known manner
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effect. According to the invention, a braking device can also be provided to prevent the machine set from running away, which becomes effective when the load on the generator is reduced by reducing the voltage at the generator terminals.
This braking can be carried out mechanically or electrically. Mechanically z. B. in that a brake disc (cf. the flywheel designed as a brake disc in Fig. R) and a correspondingly acting braking device (brake bands, brake jaws) is provided, which is actuated by an electrical release device influenced by the terminal voltage of the generator Brake is
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The braking circuit is closed by a closed-circuit relay, which is dependent on the terminal voltage of the generator. In normal operation, the brake circuit remains open in this case and when the voltage disappears, the relay closes the brake circuit and the brake is activated.
The system described above has the following advantages, among others: You
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is solved in the simplest way. The necessary auxiliary devices are simple and powerful, they do not require any monitoring or maintenance. It is not necessary to build a machine house; the entire system can be set up on the tower. This avoids the long, vertical transmission shaft from the wind turbine to the nacelle and simplifies the connection to the line. The connection of the electricity consumers can be made at a conveniently located point in the overland network. The connection cable does not need to be led to the wind turbine.
PATENT CLAIMS: I. Power generation plant with a wind power machine, characterized in that its power generator consists of a single or multi-phase induction generator M) which is connected to a single or multi-phase network fed by other machines, the stator winding (20) or rotor winding (5Ö ) of the induction generator when passing through the synchronous speed is automatically switched on by a switching device (e.g. tachometric switching device x) and automatically switched off when the synchronous speed is not reached.