BR102016030441A2 - Sistema de controle de temperatura de gabinete de turbina eólica de passo - Google Patents

Sistema de controle de temperatura de gabinete de turbina eólica de passo Download PDF

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Abstract

"sistema de controle de temperatura de gabinete de turbina eólica de passo" um sistema de controle de temperatura de turbina eólica para manter a temperatura de um dispositivo de armazenamento de energia, o sistema de controle de temperatura tem uma resistência de ruptura, para transmitir calor ao dispositivo de armazenamento de energia e uma fonte de alimentação que faz com que uma corrente flua na resistência de ruptura

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA DE GABINETE DE TURBINA EÓLICA DE PASSO" CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A invenção refere-se a aperfeiçoamentos em sistemas de controle de temperatura para um dispositivo de armazenamento de energia e circuito de controle. Particularmente, mas não exclusivamente, ela se refere a um sistema de controle de temperatura para manter a temperatura de um dispositivo de armazenamento emergencial de energia e a circuitos de controle usados para alimentar e controlar um motor de passo para controle emergencial de passo de uma lâmina de rotor de uma turbina eólica.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0002] Turbinas eólicas com lâminas de rotor montadas em um rotor podem usar lâminas pivotantes de rotor para limitar a velocidade rotacional das lâminas do rotor para evitar danos estruturais à turbina eólica quando ocorrem fortes ventos ou para interromper a rotação. Alinhando-se as lâminas do rotor para dentro ou para fora do vento, o torque rotacional experimentado pelas lâminas do rotor é controlado, e a velocidade de rotação e a energia gerada pela turbina eólica pode ser ajustada e mantida dentro dos limites operacionais. É comum usar motores de corrente alternada (AC) para os assim chamados acionamentos de passo de turbinas eólicas para ajustar o ângulo de ataque de cada lâmina de rotor. Atualmente há uma tendência para motores de corrente contínua (DC) e consequentemente circuitos intermediários para conversão de frequência para corrente contínua são usados para fornecimento de corrente contínua aos acionamentos de passo. Entretanto, isto acarreta a necessidade de controle de voltagem quando carga alimenta energia de volta para o circuito intermediário, para evitar danos causados por sobrecarga. Algumas vezes os chamados picadores de frenagem, também chamados de unidades de frenagem, são usados para esse propósito. Estes picadores de frenagem compreendem uma resistência, devido à sua função aqui chamada de resistência de frenagem, para atuar como uma carga adicional para cada motor de corrente contínua.
[0003] Em situações em que é importante que o rotor seja parado ou tenha sua velocidade limitada de outro modo, como quando a turbina eólica está se aproximando de sobrecarga ou de um limite de segurança estrutural, é importante que os mecanismos de controle de passo sejam funcionais durante pelo menos um período de tempo que é necessário para colocar todas as lâminas de rotor em uma posição assim chamada de embandeiramento, na qual as lâminas do rotor irão pará-lo. Consequentemente, tornou-se prática padrão fornecer estes mecanismos de controle de passo com fontes de alimentação de emergência, de modo que a turbina eólica possa reduzir a velocidade do rotor mesmo no caso de uma perda de energia ou outra falha. [0004] Uma fonte de alimentação de emergência é geralmente fornecida sob a forma de um condensador.
[0005] Abaixo de uma certa temperatura, a resistência interna dos capacitores aumenta significativamente. Como resultado, uma proporção da energia descarregada pelo capacitor em caso de uma emergência seria desperdiçada na forma de calor. Na melhor das hipóteses isto representa uma ineficiência da fonte de alimentação de reserva, na pior das hipóteses, a saída reduzida do capacitor possa não ser suficiente para adequadamente modificar o passo das lâminas de rotor, eventualmente resultantes danos à turbina eólica. Como turbinas eólicas são empregadas em uma faixa de ambientes e de climas, o controle de temperatura dos capacitores de reserva é um problema sério. Uma solução da técnica anterior era descarregar o dispositivo emergencial de energia, de modo a se aquecer por sua própria resistência interna.
[0006] Outra solução da técnica anterior foi a de equipar turbinas eólicas com aquecedores, comumente aquecedores de ventilador, que operam para manter componentes internos importantes uma temperatura ótima. Além de ocuparem espaço e adicionarem peso, esses aquecedores de ventiladores tradicionais são conhecidos sofrer de histerese quando do controle de temperatura. Além disso, eles baseiam-se em energia de corrente alternada. Como muitas turbinas eólicas modernas usam motores de corrente contínua e circuitos conversores de frequência intermediária de corrente contínua, estes ventiladores tradicionais não podem ser empregados sem modificações/adições dispendiosas e complicadas ao projeto da turbina eólica. Para atender aos requisitos de segurança elétrica, tais modificações para o uso de um aquecedor de corrente alternada incluem o roteamento de uma linha neutra através do gabinete de passo, causando custos adicionais.
[0007] Além disso, aumentando-se o número de partes da turbina eólica, o custo e a complexidade de instalação e de manutenção são aumentados.
[0008] Consequentemente, a capacidade de fornecer calor para o mecanismo de controle de passo, ao mesmo tempo em que minimiza a necessidade de componentes adicionais é desejável. Como é a capacidade de fornecer calor para outros componentes do mecanismo de controle de passo, como o circuito de controle.
[0009] Um objetivo da presente invenção é mitigar algumas das deficiências da técnica anterior mencionadas acima.
DECLARAÇÕES DA INVENÇÃO
[0010] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecida uma turbina eólica que compreende uma fonte de alimentação, um dispositivo de armazenamento de energia, um motor elétrico e uma resistência de ruptura, sendo que o motor elétrico está em contato elétrico ocasional com a resistência de ruptura de modo que uma primeira corrente flui através da resistência de ruptura e o excesso de energia cinética do motor elétrico trabalhando em um modo gerador é convertido em calor, e onde a fonte de alimentação está configurada para fazer com que uma segunda corrente flua através da resistência de ruptura de tal modo que a resistência de ruptura produza calor, e a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia são dispostos de tal maneira que a resistência de ruptura fornece calor ao dispositivo de armazenamento de energia.
[0011] Fornecendo-se um novo modo de uso da resistência de ruptura como uma fonte de calor para o dispositivo de armazenamento de energia, a utilidade dos componentes existentes da turbina eólica é otimizada. A resistência de ruptura pode também ser usada para manter a temperatura de outros importantes componentes da turbina eólica. Além disso, a necessidade de elementos aquecedores adicionais independentes é eliminada juntamente com suas desvantagens associadas. Aquecedores de ventilador de corrente alternada convencionais são conhecidos por sofrerem de histerese e requerem circuitos adicionais. Removendo-se esses elementos, o número total de peças do conjunto de turbina eólica é reduzido, economizando espaço, peso, e diminuindo o custo e a complexidade da instalação e manutenção.
[0012] De preferência, a turbina eólica compreende adicionalmente um circuito de controle disposto em relação à resistência de ruptura, de modo que a resistência de ruptura fornece calor ao circuito de controle. Isso ajuda a impedir que a condensação interfira com a operação do circuito de controle assim como prevenir outros danos associados a baixas temperaturas.
[0013] De preferência, a resistência, dispositivo de armazenamento de energia e o circuito de controle são alojados em um invólucro. Isto ajuda a conter a saída de calor da resistência de ruptura e definir o ambiente térmico local do dispositivo de armazenamento de energia e do circuito de controle, permitindo que a temperatura seja controlada com mais precisão. Como acima, todos os componentes são alimentados por corrente contínua, e não há necessidade de rotear uma linha neutra através do invólucro, como é o caso para aquecedores de ventilador alimentados por corrente alternada convencionais. Ao remover essa restrição, permite-se a maximização adicional da eficiência da fiação da turbina eólica, bem como oferece-se as vantagens de menos partes, conforme discutido acima. Adicionalmente, colocando a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia no mesmo invólucro permite o acesso mais fácil a ambos para manutenção, bem como economiza-se espaço no local onde a resistência de ruptura seria de outra forma instalada, onde o espaço é mais valioso. Geralmente, a resistência de ruptura em uma turbina eólica está localizada em um local bem ventilado para dissipar o calor produzido pela resistência de ruptura o mais rápido possível. A invenção, todavia, percebeu que uma resistência de ruptura raramente é utilizada, de modo que, quando as propriedades da resistência de ruptura selecionada são adequadamente escolhidas, os requisitos de ventilação se tornam desprezíveis.
[0014] De preferência, há um ventilador configurado para distribuir o fluxo de ar dentro do invólucro. O ventilador pode ser alimentado pela mesma fonte de alimentação que alimenta a resistência de ruptura e aumenta a eficiência de aquecimento pela distribuição de ar aquecido por todo o invólucro.
[0015] De preferência, há meios de chaveamento entre o motor elétrico e a resistência de ruptura. Isto permite que a resistência de ruptura seja chaveada para o circuito intermediário conversor de corrente alternada do motor elétrico, retirando energia cinética em excesso sob a forma de corrente elétrica, e dissipando-a na forma de calor.
[0016] De preferência, há meios de chaveamento entre a fonte de alimentação e a resistência de ruptura. Isto permite que a resistência de ruptura seja alimentada com uma corrente sob demanda, gerando calor usado para regular a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia e/ou o circuito de controle.
[0017] O meio de chaveamento pode ser fornecido por um dentre relé mecânico, relé de estado sólido e tiristor.
[0018] De preferência, há um processador em comunicação com a fonte de alimentação, onde o processador é configurado para controlar a saída da fonte de alimentação para a resistência de ruptura. O processador permite um controle fino da magnitude e temporização da corrente fornecida à resistência de ruptura. Consequentemente, a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia e do circuito de controle pode ser precisamente mantida ou alterada, de acordo com comandos do processador.
[0019] De preferência, existe um sensor de temperatura em comunicação com o processador, onde o sensor de temperatura é configurado para monitorar a temperatura de pelo menos um dentre o dispositivo de armazenamento de energia, o invólucro e o conjunto de circuitos de controle. Isto permite que a temperatura exata dos diferentes componentes seja monitorada de forma precisa. Em conjunto com o processador, isto cria um circuito de realimentação que modula a e calibra a saída da fonte de alimentação para a resistência de ruptura e a alteração resultante na temperatura dos componentes.
[0020] De preferência, o dispositivo de armazenamento de energia é um dispositivo de armazenamento de energia de reserva de um motor de passo, configurado de modo a permitir o controle emergencial do passo de uma lâmina de rotor de uma turbina eólica.
[0021] De preferência, o dispositivo de armazenamento de energia é um condensador. Condensadores têm uma ampla gama de temperaturas operacionais e podem suportar uma mudança durante longos períodos antes de perda substancial. Adicionalmente, elas são rapidamente e facilmente recarregado pela saída de energia da turbina eólica. Isto os torna uma fonte confiável de reserva de energia, especialmente para aplicações remotas.
[0022] De preferência, o dispositivo de armazenamento de energia é um ultracondensador. Ultracondensadores ter uma gama extremamente ampla de temperaturas operacionais cobrindo a faixa de -40 °C a 60 °C.
[0023] De preferência, a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia é mantida acima de -20 °C. Acima desta temperatura, a resistência interna dos ultracondensadores é gerenciável e não afeta excessivamente sua capacidade de saída.
[0024] Alternativamente, o dispositivo de armazenamento de energia é mantido acima de -10°C. Acima desta temperatura, substancialmente toda a energia armazenada no ultracondensador pode ser enviada, com perda mínima. Isto significa que menos energia é gasta para que se tenha recarga do condensador, e a eficiência de energia global da turbina eólica aumenta.
[0025] Alternativamente, o dispositivo de armazenamento de energia é mantido acima de 0 °C.
[0026] Alternativamente, o dispositivo de armazenamento de energia é mantido dentro da faixa de 15 °C a 20 °C.
Cláusulas numeradas: 1. Turbina eólica que compreende uma fonte de alimentação, um dispositivo de armazenamento de energia, um motor elétrico e uma resistência de ruptura; onde o motor elétrico está em contato elétrico ocasional com a resistência de ruptura de modo que uma primeira corrente flua através da resistência de ruptura e o excesso de energia cinética do motor elétrico seja convertido em calor, e; onde a fonte de alimentação está configurada para fazer com que uma segunda corrente flua através da resistência de ruptura de tal modo que a resistência de ruptura produza calor, e a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia estão dispostos de tal maneira que a resistência de ruptura forneça calor ao dispositivo de armazenamento de energia. 2. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 1, que compreende adicionalmente um circuito de controle disposto em relação à resistência de ruptura, de modo que a resistência de ruptura forneça calor ao circuito de controle. 3. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 1, em que a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia estão alojados em um invólucro. 4. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 3, em que o invólucro também aloja o circuito de controle do acionamento de passo. 5. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 3 ou 4, que compreende adicionalmente um ventilador configurado para distribuir fluxo de ar dentro do invólucro. 6. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, que compreende adicionalmente meios de chaveamento entre a fonte de alimentação e a resistência de ruptura. 7. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 6, em que os meios de chaveamento são um dentre um relé mecânico, relé de estado sólido e tiristor. 8. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, que compreende adicionalmente um processador em comunicação com a fonte de alimentação, onde o processador é configurado para controlar a saída da fonte de alimentação para a resistência de ruptura. 9. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 8, que compreende adicionalmente um sensor de temperatura em comunicação com o processador, em que o sensor de temperatura é configurado para monitorar pelo menos uma dentre a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia, do invólucro, e do circuito de controle. 10. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, em que o dispositivo de armazenamento de energia é um dispositivo de armazenamento de energia de reserva de um motor de passo, configurado de modo a permitir o controle emergencial do passo de uma lâmina de rotor de uma turbina eólica. 11. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, em que o dispositivo de armazenamento de energia é um condensador. 12. Turbina eólica, de acordo com a cláusula 11, em que o armazenamento de energia é um ultracondensador. 13. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, em que a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia é mantida acima de -20 °C. 14. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das cláusulas 1-12, em que a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia é mantida acima de -10 °C. 15. Método para controlar a temperatura de um dispositivo de armazenamento de energia em uma turbina eólica, sendo que o método compreende as etapas de; fornecer uma turbina eólica que compreende um motor elétrico, uma resistência de ruptura e um dispositivo de armazenamento de energia, onde o motor elétrico está em contato elétrico ocasional com a resistência de ruptura de modo que uma primeira corrente flua através da resistência de ruptura e converta o excesso de energia cinética do motor elétrico em calor, e fornecer adicionalmente um sistema de aquecimento que compreende uma fonte de alimentação configurada para fazer com que uma segunda corrente flua através da resistência de ruptura, produzindo assim calor, e dispondo a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia de modo que a resistência de ruptura possa fornecer calor para o dispositivo de armazenamento de energia. 16. Método, de acordo com a cláusula 15, que compreende adicionalmente o fornecimento de um circuito de controle e dispor o circuito de controle em relação à resistência de ruptura, de modo que a resistência de ruptura possa fornecer calor para o circuito de controle. 17. Método, de acordo com a cláusula 15 ou 16, que compreende adicionalmente; suprimento da resistência de ruptura com uma corrente que use a fonte de alimentação, e fornecimento de calor a partir da resistência de ruptura para o dispositivo de armazenamento de energia. 18. Método, de acordo com a cláusula 16 e 17, que compreende adicionalmente o fornecimento de calor a partir da resistência de ruptura para os circuitos de controle. 19. Método, de acordo com as cláusulas 15-18, que compreende adicionalmente meios de chaveamento entre o motor elétrico e a resistência de ruptura. 20. Método, de acordo com a cláusula 16, em que os meios de chaveamento são um dentre um relê mecânico, relê de estado sólido e tiristor. 21. Método, de acordo com as cláusulas 15-20, que compreende adicionalmente as etapas de dispor pelo menos a resistência de ruptura e dispositivo de armazenamento de energia dentro de um invólucro. 22. Método, de acordo com a cláusula 21, que compreende adicionalmente as etapas de fornecer um ventilador, e distribuir o fluxo de ar no interior do invólucro. 23. Método, de acordo com as cláusulas 14-22, que compreende adicionalmente as etapas de fornecer um processador em comunicação com a fonte de alimentação, e controlar a saída da fonte de alimentação pelo processador. 24. Método, de acordo com a cláusula 23, que compreende adicionalmente as etapas de fornecer um sensor de temperatura em comunicação com o processador e em contato térmico com o dispositivo de armazenamento de energia, medir a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia usando o sensor de temperatura e controlar a saída da fonte de alimentação em resposta à temperatura medida. 25. Método, de acordo com a cláusula 15-24, que compreende adicionalmente as etapas de fornecer um condensador como o dispositivo de armazenamento de energia. 26. Método, de acordo com a cláusula 25, que compreende adicionalmente as etapas de fornecer um ultracondensador como o dispositivo de armazenamento de energia. 27. Método, de acordo com as cláusulas 15-26, que compreende adicionalmente as etapas de manter a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia acima de -20 °C. 28. Método, de acordo com as cláusulas 15-26, que compreende adicionalmente as etapas de manter a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia acima de -10 °C. 29. Turbina eólica substancialmente como descrito aqui com referência às figuras relevantes em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0027] Modalidades da presente invenção serão agora descritas, somente a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, em que: [0028] A figura 1 é uma vista esquemática de uma turbina eólica de acordo com uma modalidade da invenção.
[0029] A Figura 2 mostra um fluxograma do método de acordo com uma modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE
[0030] A fim de se fornecer um sistema de controle de temperatura de turbina eólica que seja capaz de manter a temperatura de um dispositivo de armazenamento de energia de emergência, ao mesmo tempo em que minimiza a necessidade de componentes adicionais, é fornecido um sistema de controle de temperatura de turbina eólica de acordo com a presente invenção.
[0031] A figura 1 mostra uma vista esquemática de uma turbina eólica 10. A turbina eólica 10 compreende pelo menos um motor elétrico 15, uma fonte de alimentação 30, uma resistência de ruptura 40, e um dispositivo de armazenamento de energia 50.
[0032] O motor elétrico 15 é um motor elétrico convencional de corrente contínua para girar as lâminas do rotor de uma turbina eólica ao redor de seu eixo longitudinal. Durante fortes rajadas de vento, as lâminas do rotor podem ser aceleradas e, por sua vez, acionar o motor elétrico ao invés do motor elétrico acionar as lâminas do rotor. Neste caso o motor elétrico, quando a carga acelera o motor elétrico, entra em modo gerador e gera eletricidade por um curto período de tempo em uma maneira conhecida. No modo de gerador, caso a energia excessiva não possa ser dissipada, tensões maiores que a tensão de fornecimento podem surgir, causando danos ao circuito. Portanto é comum, no caso de tal situação ser detectada, conectar as chamadas resistência de ruptura ao motor elétrico 15, as quais dissipam o excesso de energia em forma de calor, dessa forma reduzindo a tensão produzida pelo motor elétrico 15 no modo gerador.
[0033] A fonte de alimentação 30 é uma fonte de alimentação conhecida. Em uma outra modalidade, a fonte de alimentação 30 compreende uma fonte de energia armazenada, por exemplo, uma batería ou um condensador. Como tal, qualquer meio adequado para fornecer uma corrente para a resistência de ruptura 40 pode ser empregado. Tais fontes de alimentação 30 são conhecidas na técnica.
[0034] Tanto o motor elétrico 15 e a fonte de alimentação 30 são configurados para fornecer uma corrente para a resistência de ruptura 40.
[0035] A resistência de ruptura 40 é configurado para produzir calor quando alimentada por uma corrente. Ficará evidente, ao versado na técnica, que no contexto da invenção, o termo "resistência de ruptura" é intercambiável com "resistência de carga", "resistência de atenuação", "resistência de absorção" e "resistência de travagem".
[0036] A resistência de ruptura 40 pode ser chaveada no circuito conversor intermediário do motor elétrico 15 para filtrar surtos ou excesso de energia pela conversão da energia elétrica em calor. Em aplicações anteriores, o aquecimento por resistência de ruptura é um efeito colateral secundário, indesejado e é ventilado como resíduo de aquecimento ao meio-ambiente por meio de dissipadores de calor.
[0037] O dispositivo de armazenamento de energia 50 é uma forma conhecida de dispositivo de armazenamento emergencial de energia. Em uma modalidade, o dispositivo de armazenamento de energia 50 é um condensador. Em uma modalidade preferencial, o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 é uma ultracondensador, com uma temperatura operacional ótima acima de -10 °C e uma temperatura operacional mínima de - 20 °C. O dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 está disposto juntamente com a resistência de ruptura 40 para permitir a transferência eficiente de calor a partir da resistência de ruptura 40 para um dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50. A resistência de ruptura 40 pode estar em contato térmico ou contato físico com o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50, ou ambos. Em uma modalidade, o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 encontra-se ao lado da resistência de ruptura 40. Em uma outra modalidade, o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 está próximo à resistência de ruptura 40. Em ainda uma outra modalidade, o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 fica pelo menos parcialmente envolto pela resistência de ruptura 40.
[0038] Opcionalmente, a turbina eólica compreende, ainda, um circuito de controle 55. O circuito de controle 55 está disposto junto com a resistência de ruptura 40, de modo a permitir a transferência eficiente de calor a partir da resistência de ruptura 40 para o circuito de controle 55. A resistência de ruptura 40 pode estar em contato térmico ou contato físico com o circuito de controle 55, ou ambos. Em uma modalidade, o circuito de controle 55 encontra-se ao lado da resistência de ruptura 40. Em uma outra modalidade, o circuito de controle 55 está muito próximo da resistência de ruptura 40. Em ainda uma outra modalidade, o circuito de controle 55 fica pelo menos parcialmente envolto pela resistência de ruptura 40.
[0039] Opcionalmente, a resistência de ruptura 40 está conectado eletricamente ao motor elétrico 15 pelos meios de chaveamento 16. Em uma modalidade preferencial, os meios de chaveamento 16 são um relé acionado mecanicamente. Em uma outra modalidade, os meios de chaveamento 16 são um relé de estado sólido. Em ainda uma outra modalidade, os meios de chaveamento 16 são um tiristor. Como tal, qualquer meio adequado para permitir a conexão elétrica seletiva da resistência de ruptura 40 ao motor elétrico 15 pode ser empregado. Esses meios de chaveamento 16 são conhecidos na técnica, [0040] Opcionalmente, a turbina eólica 10 compreende um invólucro 20. Em uma modalidade preferencial o invólucro 20 aloja a fonte de alimentação 30, a resistência de ruptura 40 e o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 e o circuito de controle 55. Em uma modalidade, o invólucro 20 é termicamente isolado. Ficará evidente, ao versado na técnica que no contexto da invenção, o invólucro 20 pode ser referido como um "gabinete de passo", "caixa de passo", "eixo do gabinete" ou uma "caixa de eixo".
[0041] Opcionalmente, a resistência de ruptura 40 está conectada eletricamente à fonte de alimentação 30 pelos meios de chaveamento 35. Em uma modalidade, os meios de chaveamento 35 estão alojados no invólucro 20. Em uma modalidade alternativa, os meios de chaveamento 35 estão localizados do lado de fora do invólucro 20. Em uma modalidade preferencial, os meios de chaveamento 35 são um relê acionado mecanicamente. Em uma outra modalidade, os meios de chaveamento 35 são um relê de estado sólido. Em ainda uma outra modalidade, os meios de chaveamento 35 são um tiristor. Como tal, qualquer meio adequado para permitir a conexão elétrica seletiva da resistência de ruptura 40 à fonte de alimentação pode ser empregado. Esses meios de chaveamento 35 são conhecidos na técnica. Em uma modalidade alternativa, a funcionalidade dos meios de chaveamento 35 e dos meios de chaveamento 16 é fornecida por um único meio de chaveamento.
[0042] Opcionalmente, a turbina eólica 10 compreende um ventilador 60. O ventilador 60 está alojado no invólucro 20, e está disposto para circular o ar no interior do invólucro 20. Em uma modalidade, o ventilador 60 é um ventilador de corrente contínua e é alimentado pela fonte de alimentação 30. Por essa razão um conversor DC/DC (não mostrado) pode adaptar a tensão DC de um circuito intermediário à tensão nominal do ventilador, por exemplo, converter a tensão intermediária DC para 24 Volts.
[0043] Opcionalmente, a turbina eólica 10 compreende um processador 70. Em uma modalidade, o processador 70 está alojado dentro do invólucro 20. Em uma modalidade alternativa, o processador 70 está situado fora do invólucro 20. O processador 70 está configurado para controlar a magnitude da saída da fonte de alimentação 30 para a resistência de ruptura 40. Em uma modalidade, o processador 70 é configurado adicionalmente para operar os meios de chaveamento 35.
[0044] Opcionalmente, a turbina eólica 10 compreende um sensor de temperatura 80. O sensor de temperatura 80 está configurado para medir a temperatura de pelo menos o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50, do invólucro 20 e do circuito de controle 55 e fornecer estes dados de temperatura para o processador 70. Em uma modalidade, o sensor de temperatura 80 mede a temperatura diretamente do dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50. Em uma modalidade alternativa, o sensor de temperatura 80 mede a temperatura do ar no interior do invólucro 20, proporcionando uma medição indireta da temperatura do dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50. O sensor de temperatura 80 mede continuamente em uma modalidade, e em outra modalidade, mede em intervalos. O processador 70 está configurado para receber estes dados de temperatura e calcular a saída da fonte de alimentação 30 para a resistência de ruptura 40 necessária para manter o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 e/ou o circuito de controle 55 a uma determinada temperatura. O processador 70 executa este cálculo de uma maneira conhecida. Em uma modalidade, o processador 70 é dotado de uma calibração entre a saída da fonte de alimentação 30 e a resultante alteração na temperatura detectada pelo sensor de temperatura 80. Em uma outra modalidade, esta calibração pode ser dinamicamente determinada pelo processador durante o uso. Em uma modalidade, o processador 70 emprega um mecanismo de loop de controle por retroalimentação. Em uma modalidade preferencial, o processador calcula a saída da fonte de alimentação 30 para a resistência de ruptura 40 necessária para manter o dispositivo de armazenamento emergencial de energia acima de -10°C. Em uma outra modalidade, o processador calcula a saída da fonte de alimentação 30 para a resistência de ruptura 40 necessária para manter o dispositivo de armazenamento emergencial de energia acima de -20°C. Consequentemente, o processador pode manter o dispositivo de armazenamento emergencial de energia em qualquer temperatura ou faixa de temperatura particularmente desejável.
[0045] Em uso, o motor elétrico 15 da turbina eólica, conforme explicado acima, pode ser acelerado de tempos em tempos e entrar em modo gerador. Em situações em que essa corrente é excessiva, excedente aos requisitos, ou quando há alguma outra razão para que a carga sobre o motor elétrico seja aumentada, a resistência de ruptura 40 é conectada ao circuito do motor elétrico 15 por meio de meios de chaveamento 16. Desta forma, a resistência de ruptura 40 absorve energia do motor elétrico e a dissipa como calor. Tais situações são relativamente raras mas, que ocorrem tipicamente somente uma vez por semana. Consequentemente, o risco de o dispositivo de armazenamento emergencial de energia, ou quaisquer outros componentes se superaquecerem pela resistência de ruptura 40 é muito baixo durante a operação normal da turbina eólica.
[0046] Independente do estado dos meios de chaveamento 16 e da conexão entre o motor elétrico 15 e a resistência de ruptura 40, na etapa S101, o sensor de temperatura 80 mede continuamente a temperatura do dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 e fornece os dados para o processador 70.
[0047] Na etapa S102 o processador 70 primeiro determina se calor adicional é necessário para manter o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 acima de uma temperatura desejada. Se na etapa S102, o processador 70 determinar que calor adicional é necessário, o processo prossegue para a etapa S113. Se o processador 70 determinar que nenhum calor adicional é necessário, o processo prossegue para a etapa S123.
[0048] Na etapa S113, o processador 70 calcula a magnitude de corrente para passar através da resistência de ruptura 40 e por quanto tempo esta corrente necessita fluir. Esse cálculo é realizado de maneira conhecida.
[0049] Na etapa S114, o processador 70 conecta a fonte de alimentação 30 à resistência de ruptura 40 pela operação dos meios de chaveamento 35, e define a saída da fonte de alimentação 30 para a corrente necessária na etapa S115. Será evidente para o versado na técnica que essas etapas podem ser executadas em qualquer ordem, ou podem ser combinadas em uma única etapa.
[0050] Na etapa S116, essa corrente passa através da resistência de ruptura 40, a qual produz calor através de aquecimento ôhmico. Ar quente circundando a resistência de ruptura é então distribuído por todo o invólucro 20 pelo ventilador 60, alimentado pela fonte de alimentação 30. O invólucro 20 ajuda a conter a saída de calor da resistência de ruptura e define o ambiente térmico locais do dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50, permitindo que a temperatura seja controlada com mais precisão, Como todos os componentes são alimentados por corrente contínua, não há necessidade de se rotear uma linha neutra através do invólucro 20, como é o caso para turbinas eólicas 10 convencionais que empregam aquecedores de ventilador alimentados com corrente alternada. A remoção dessa restrição permite que a eficiência da fiação da turbina eólica 10 seja adicionalmente maximizada, bem como oferece a vantagem de menos partes, conforme discutido acima. Adicionalmente, colocando a resistência de ruptura 40 e o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 no mesmo invólucro 20 permite-se o acesso mais fácil a ambos para manutenção, bem como economiza-se espaço no local onde a resistência de ruptura 40 seria de outra forma instalada, onde o espaço é mais valioso.
[0051] O calor é, portanto, fornecido ao dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50. Fornecendo-se este modo de uso secundário da resistência de ruptura 40 como uma fonte de calor para o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50, a utilidade dos componentes existentes da turbina eólica 10 é otimizada. Além do mais, isso elimina a necessidade de elementos aquecedores adicionais independente juntamente com suas desvantagens associadas. Aquecedores de ventilador de corrente alternada convencionais são conhecidos por sofrerem de histerese e requerem circuitos adicionais. Removendo-se esses elementos, o número total de peças do conjunto de turbina eólica 10 é reduzido, economizando espaço, peso, e diminuindo o custo e a complexidade da instalação e manutenção.
[0052] A sequência de etapas é então reinicializada para a etapa S101, onde o sensor de temperatura 80 continua a medir a temperatura do dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 e o processo é reiniciado. As etapas S101 a S116 formam um loop de controle fechado para manter a temperatura em um nível constante. Consequentemente, a temperatura do dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 pode ser precisamente mantida ou alterada de acordo com comandos do processador 70. [0053] Na etapa S123, após a decisão na etapa S102 em que nenhum aquecimento é necessário, o processador 70 desconecta a resistência de ruptura 40 da fonte de alimentação 30 mediante a operação dos meios de chaveamento 35.
[0054] Portanto, é fornecida uma turbina eólica 10 que compreende uma fonte de alimentação 30, um dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50, um motor elétrico 15 e uma resistência de ruptura 40, onde o motor elétrico 15 está em contato elétrico ocasional com a resistência de ruptura 40 de modo que uma primeira corrente flua através da resistência de ruptura 40 e a energia cinética em excesso do motor elétrico 15 seja convertida em calor, e onde a fonte de alimentação 30 está configurada para fazer com que uma segunda corrente flua através da resistência de ruptura 40 de tal modo que a resistência de ruptura 40 produza calor, e a resistência de ruptura 40 e o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50 estão dispostos de modo que a resistência de ruptura 40 forneça calor para o dispositivo de armazenamento emergencial de energia 50.
REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Turbina eólica caracterizada por compreender uma fonte de alimentação, um dispositivo de armazenamento de energia, um motor elétrico e uma resistência de ruptura; onde o motor elétrico está em contato elétrico ocasional com a resistência de ruptura de modo que uma primeira corrente flua através da resistência de ruptura e o excesso de energia cinética do motor elétrico seja convertido em calor, e; onde a fonte de alimentação está configurada para fazer com que uma segunda corrente flua através da resistência de ruptura de tal modo que a resistência de ruptura produza calor, e a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia estão dispostos de tal maneira que a resistência de ruptura forneça calor ao dispositivo de armazenamento de energia.
2. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender adicionalmente um circuito de controle disposto em relação à resistência de ruptura, de modo que a resistência de ruptura forneça calor ao circuito de controle.
3. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia estarem alojados em um invólucro.
4. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo invólucro também alojar o circuito de controle do acionamento de passo.
5. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada por compreender adicionalmente um ventilador configurado para distribuir fluxo de ar dentro do invólucro.
6. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender adicionalmente meios de chaveamento entre a fonte de alimentação e a resistência de ruptura.
7. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender adicionalmente um processador em comunicação com a fonte de alimentação, onde o processador está configurado para controlar a saída da fonte de alimentação para a resistência de ruptura.
8. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um sensor de temperatura em comunicação com o processador, em que o sensor de temperatura está configurado para monitorar pelo menos uma dentre a temperatura do dispositivo de armazenamento de energia, do invólucro, e do circuito de controle.
9. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo dispositivo de armazenamento de energia ser um dispositivo de armazenamento de energia de reserva de um motor elétrico de passo, configurado de modo a permitir o controle emergencial do passo de uma lâmina de rotor de turbina eólica.
10. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é um condensador.
11. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é um ultracondensador.
12. Método para controlar a temperatura de um dispositivo de armazenamento de energia em uma turbina eólica, caracterizado por compreender as etapas de; fornecer uma turbina eólica que compreende um motor elétrico, uma resistência de ruptura e um dispositivo de armazenamento de energia, onde o motor elétrico está em contato elétrico ocasional com a resistência de ruptura de modo que uma primeira corrente flua através da resistência de ruptura e converta o excesso de energia cinética do motor elétrico em calor, e fornecer adicionalmente um sistema de aquecimento que compreende uma fonte de alimentação configurada para fazer com que uma segunda corrente flua através da resistência de ruptura, produzindo assim calor, e dispondo a resistência de ruptura e o dispositivo de armazenamento de energia de modo que a resistência de ruptura possa fornecer calor para o dispositivo de armazenamento de energia.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente o fornecimento de um circuito de controle e dispor o circuito de controle em relação à resistência de ruptura, de modo que a resistência de ruptura possa fornecer calor para o circuito de controle.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente; suprimento da resistência de ruptura com uma corrente que use a fonte de alimentação e fornecimento de calor a partir da resistência de ruptura para o dispositivo de armazenamento de energia.
15. Método de acordo com as reivindicações 13 e 14, caracterizado por compreender adicionalmente o fornecimento de calor a partir da resistência de ruptura para os circuitos de controle.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 23/12/2016, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS