BR102021000571A2

BR102021000571A2 - Método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica e sistema de controle de passo para aplicar um torque de frenagem do motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica

Info

Publication number: BR102021000571A2
Application number: BR102021000571-8A
Authority: BR
Inventors: Jeffrey Alan Melius; Michael Lawton Rodin; Fernando Arturo Ramirez Sanchez
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2021-07-27
Also published as: CN113153634A; EP3855015A1; CA3105043A1; US20210231100A1; US11156206B2

Abstract

método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica e sistema de controle de passo para aplicar um torque de frenagem do motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica. um sistema e método são fornecidos para aplicar um torque de frenagem do motor de passo a uma pá do rotor. por conseguinte, do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência é iniciado. o motor de passo do sistema de controle de passo tendo uma ausência de corrente de alimentação durante a transição. um curto circuito é estabelecido através da armadura do motor de passo de modo a estabelecer um fluxo de corrente. a corrente é gerada pelo motor de passo em resposta à rotação da pá do rotor em torno do eixo de passo quando o motor de passo tem a ausência de corrente de alimentação. em resposta ao fluxo de corrente sendo gerado, gerar um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo de modo a permitir que a pá do rotor se mova livremente para uma orientação menos carregada em relação a uma orientação original para proteger a turbina eólica de danos.

Description

MÉTODO PARA APLICAR UM TORQUE DE FRENAGEM DE MOTOR DE PASSO A UMA PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA E SISTEMA DE CONTROLE DE PASSO PARA APLICAR UM TORQUE DE FRENAGEM DO MOTOR DE PASSO A UMA PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere em geral a turbinas eólicas e, mais particularmente, a sistemas e métodos para aplicar um torque de frenagem de motor de passo a uma pá do rotor da turbina eólica.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A energia eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpas e ecologicamente corretas atualmente disponíveis, e as turbinas eólicas têm recebido cada vez mais atenção a esse respeito. Uma turbina eólica moderna normalmente inclui uma torre, um gerador, uma caixa de engrenagens, uma nacela e uma ou mais pás do rotor. A nacela inclui um conjunto do rotor acoplado à caixa de engrenagens e ao gerador. O conjunto do rotor e a caixa de engrenagens são montados em uma estrutura de suporte localizada dentro da nacela. As uma ou mais pás do rotor capturam a energia cinética do vento usando princípios de aerofólio conhecidos. As pás do rotor transmitem a energia cinética na forma de energia rotacional de modo a girar um eixo acoplando as pás do rotor a uma caixa de engrenagens, ou se não for usada uma caixa de engrenagens, diretamente ao gerador. O gerador então converte a energia mecânica em energia elétrica e a energia elétrica pode ser transmitida a um conversor e/ ou um transformador alojado dentro da torre e subsequentemente implantado em uma rede elétrica. Os sistemas modernos de geração de energia eólica normalmente assumem a forma de um parque eólico com vários desses geradores de turbina eólica que são operáveis para fornecer energia a um sistema de transmissão que fornece energia a uma rede elétrica.

[003] Normalmente, as pás do rotor são giradas ou inclinadas em torno de um eixo de passo por meio de um sistema de controle de passo que é acionado por um motor de passo que é alimentado por um conversor de potência de passo. No entanto, em vários cenários, como uma falha do conversor de potência de passo, pode ser necessário alimentar o sistema de controle de passo por meio de uma fonte de energia alternativa. Durante a transição do conversor de potência de passo para a fonte de energia alternativa, pode haver um período durante o qual não há torque aplicado pelo motor de passo. Como tal, a gravidade e/ ou inércia pode causar uma rotação descontrolada da pá do rotor para uma orientação carregada indesejável. Isso, por sua vez, pode resultar em uma condição de sobrecarga da pá do rotor, levando à falha do componente e/ ou da turbina eólica.

[004] Além da condição de sobrecarga, a rotação descontrolada da pá do rotor para a orientação carregada indesejável também pode resultar no motor de passo gerando uma corrente elétrica. Esta corrente elétrica pode fluir para a fonte de energia alternativa e interferir com a alimentação do sistema de controle de passo pela fonte de energia alternativa. Como tal, pode ser desejável controlar a rotação de uma pá do rotor durante a transição entre o conversor de potência de passo e a fonte de energia alternativa.

[005] Assim, a técnica está continuamente buscando sistemas novos e aprimorados para restringir a rotação descontrolada da pá do rotor para uma orientação carregada indesejável durante a transição para a fonte de energia alternativa. Por conseguinte, a presente invenção é direcionada a sistemas e métodos para aplicar um torque de frenagem do motor de passo à pá do rotor.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[006] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na seguinte descrição, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[007] Em um aspecto, a presente invenção é direcionada a um método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica. A turbina eólica pode incluir um sistema de controle de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor para girar a pá do rotor em torno de um eixo de passo. O método pode incluir iniciar uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência. O motor de passo do sistema de controle de passo pode ter uma ausência de uma corrente de alimentação durante a transição. O método também pode incluir estabelecer um curto circuito através de uma armadura do motor de passo, de modo a estabelecer um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo. O fluxo de corrente pode ser gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor em torno do eixo de passo quando o motor de passo tem ausência de corrente de alimentação. Em resposta ao fluxo de corrente sendo gerado, o método também pode incluir gerar um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo de modo a permitir que a pá do rotor se mova livremente para uma orientação menos carregada para proteger a turbina de danos.

[008] Em uma forma de realização, a rotação da pá do rotor é uma rotação de passo para potência (pitch-to-power).

[009] Em uma forma de realização adicional, a geração do torque de frenagem na direção única pode resistir à rotação de passo para potência da pá do rotor e o movimento para uma orientação menos carregada pode incluir uma rotação de passo para embandeiração (pitch-to-feather) da pá do rotor.

[010] Em uma forma de realização, estabelecer o curto circuito através da armadura do motor de passo também pode incluir bloquear, por meio de um interruptor unidirecional, o caminho do fluxo de corrente do primeiro terminal para o segundo terminal.

[011] Em uma forma de realização adicional, iniciar a transição do sistema de controle de passo pode incluir a abertura de um contator acoplando de forma operacional o motor de passo a um conversor de energia do sistema de controle de passo. A abertura do contator também pode iniciar um fluxo de potência de uma fonte de energia alternativa para o interruptor unidirecional.

[012] Em uma outra forma de realização, o interruptor unidirecional pode ser um interruptor eletromecânico.

[013] Em uma forma de realização, o interruptor unidirecional pode ser um interruptor eletrônico. Em tais formas de realização, por exemplo, o interruptor eletrônico pode incluir um retificador controlado de silício acoplado de forma operacional a um circuito acionador de portão.

[014] Em uma forma de realização, o método também pode incluir a implementação da transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência, acoplando de forma operacional o motor de passo à fonte de energia alternativa.

[015] Em uma forma de realização, estabelecer o curto circuito através da armadura do motor de passo também pode incluir o acoplamento operacional de um primeiro condutor do interruptor unidirecional ao primeiro terminal do motor de passo. O método também pode incluir o acoplamento operacional de um segundo condutor do interruptor unidirecional a um campo em série do motor de passo. O acoplamento ao campo em série pode estabelecer um torque de frenagem variável que aumenta com um torque resultante da rotação da pá do rotor.

[016] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um sistema para aplicar um torque de frenagem de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica por meio de um sistema de controle de passo. O sistema de controle de passo pode incluir um motor de passo do sistema de controle de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor da turbina eólica. O motor de passo pode ter uma ausência de corrente de alimentação durante uma transição de um primeiro modo operacional do sistema de controle de passo para um modo operacional de emergência do sistema de controle de passo. O sistema pode incluir um primeiro acoplamento entre o motor de passo e um conversor de potência de passo quando o sistema de controle de passo está no primeiro modo operacional. A abertura do primeiro acoplamento pode iniciar uma transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência. O sistema também pode incluir um segundo acoplamento entre o motor de passo e uma fonte de energia alternativa quando o motor de passo está no modo operacional de emergência. Além disso, o sistema pode incluir um curto circuito através de uma armadura do motor de passo. O curto circuito pode estabelecer um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo. O fluxo de corrente pode ser gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor em torno do eixo de passo quando o motor de passo tem ausência de corrente de alimentação. O motor de passo pode ser configurado para gerar um torque de frenagem em uma direção única em resposta à corrente gerada pela rotação da pá do rotor. O torque de frenagem pode permitir que a pá do rotor se mova livremente para uma orientação menos carregada para proteger a pá do rotor de danos. Deve ser entendido que o sistema pode incluir ainda qualquer uma das características adicionais aqui descritas.

[017] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo unidirecional a uma pá do rotor de uma turbina eólica. A turbina eólica pode ter um sistema de controle de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor para girar a pá do rotor em torno de um eixo de passo. O método pode incluir girar a pá do rotor em torno do eixo de passo em um passo para potência. O método também pode incluir a abertura de um contator acoplando de forma operacional um motor de passo do sistema de controle de passo a um conversor de potência de passo para iniciar uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência. Além disso, o método pode incluir o estabelecimento de um curto circuito unidirecional através de uma armadura do motor de passo. O método pode incluir ainda gerar, por meio do motor de passo, uma corrente em resposta à rotação de passo para potência da pá do rotor. A corrente gerada pelo motor de passo pode fluir através do curto circuito de volta para o motor de passo. Em resposta à corrente gerada pela rotação de passo para potência da pá do rotor, o método também pode incluir gerar um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo. O torque de frenagem pode resistir à rotação de passo para potência da pá do rotor e permite uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor. Deve ser entendido que o método pode incluir ainda qualquer uma das características e/ ou etapas adicionais aqui descritas.

[018] Estas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão melhor compreendidos com referência à seguinte descrição e reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram formas de realização da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[019] Uma invenção completa e capacitadora da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, dirigida a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às figuras anexas, nas quais:

- A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção;
- A Figura 2 ilustra uma perspectiva, vista interna de uma forma de realização de uma nacela de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção;
- A Figura 3 ilustra um diagrama de fios de uma forma de realização de um sistema de controle de passo de acordo com a presente invenção;
- A Figura 4 ilustra um diagrama de fios de uma forma de realização de um sistema de controle de passo de acordo com a presente invenção;
- A Figura 5 ilustra um diagrama de fluxo de uma forma de realização de um método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção; e
- A Figura 6 ilustra um diagrama de fluxo de uma forma de realização de um método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo unidirecional a uma pá do rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção.

[020] O uso repetido de caracteres de referência na presente especificação e desenhos pretende representar as mesmas características ou elementos análogos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[021] Agora será feita referência em detalhes às formas de realização da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não como limitação da invenção. Na verdade, será evidente para os técnicos no assunto que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo ou do espírito da invenção. Por exemplo, os recursos ilustrados ou descritos como parte de uma forma de realização podem ser usados com outra forma de realização para produzir ainda uma forma de realização adicional. Assim, pretende-se que a presente invenção cubra tais modificações e variações que caiam no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

[022] Conforme usado neste documento, os termos “primeiro”, “segundo” e “terceiro” podem ser usados indistintamente para distinguir um componente de outro e não se destinam a significar a localização ou importância dos componentes individuais.

[023] Os termos “acoplado”, “fixo”, “fixado a” e semelhantes referem-se a acoplamento direto, fixação ou ancoragem, bem como acoplamento indireto, fixação ou ancoragem por meio de um ou mais componentes ou recursos intermediários, a menos que de outra forma especificado aqui.

[024] A linguagem aproximada, conforme usada aqui ao longo do relatório descritivo e reivindicações, é aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que poderia variar permissivamente sem resultar em uma mudança na função básica à qual está relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como “cerca de”, “aproximadamente” e “substancialmente”, não devem ser limitados ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor, ou a precisão dos métodos ou máquinas para construir ou fabricar os componentes e/ ou sistemas. Por exemplo, a linguagem aproximada pode se referir a estar dentro de uma margem de 10 por cento.

[025] Aqui e ao longo do relatório descritivo e reivindicações, as limitações de faixa são combinadas e trocadas, tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas nelas, a menos que o contexto ou linguagem indique o contrário. Por exemplo, todos os intervalos divulgados neste documento incluem os pontos finais, e os pontos finais são independentemente combináveis entre si.

[026] Geralmente, a presente invenção é direcionada a sistemas e métodos para aplicar um torque de frenagem de motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica. Em particular, a presente invenção inclui um sistema e método que pode resistir a uma rotação da pá do rotor em direção a uma orientação carregada indesejável quando um motor de passo de um sistema de controle de passo não é alimentado. Especificamente, a presente invenção pode incluir o início de uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência. Esta transição pode incluir a comutação da fonte de energia do sistema de controle de passo de um conversor de potência de passo para uma fonte de energia alternativa. Durante a transição, nenhuma corrente pode estar fluindo para o motor de passo de uma fonte externa e o motor de passo pode ser incapaz de gerar um torque para controlar a rotação da pá do rotor em torno de um eixo de passo. Como tal, um curto circuito pode ser estabelecido através de uma armadura do motor de passo. O curto circuito pode permitir que uma corrente gerada pelo motor não alimentado em resposta à rotação descontrolada da pá do rotor flua de volta para um de pelo menos dois enrolamentos de campo do motor de passo. Em resposta ao fluxo de corrente, o motor de passo pode gerar um torque de frenagem em uma direção única. O torque de frenagem pode resistir à rotação da pá do rotor para a orientação carregada indesejável (por exemplo, passo para potência), embora permitindo uma rotação para uma orientação menos carregada (por exemplo, passo para embandeiração). Resistir à rotação para uma orientação mais carregada pode proteger a pá do rotor e a turbina eólica de danos devido à sobrecarga.

[027] Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica (100) de acordo com a presente invenção. Como mostrado, a turbina eólica (100) geralmente inclui uma torre (102) que se estende de uma superfície de suporte (104), uma nacela (106), montada na torre (102) e um rotor (108) acoplado à nacela (106). O rotor (108) inclui um cubo giratório (110) e pelo menos uma pá do rotor (112) acoplada e se estendendo para fora do cubo (110). Por exemplo, na forma de realização ilustrada, o rotor (108) inclui três pás do rotor (112). No entanto, em uma forma de realização alternativa, o rotor (108) pode incluir mais ou menos de três pás do rotor (112). Cada pá do rotor (112) pode ser espaçada em torno do cubo (110) para facilitar a rotação do rotor (108) para permitir que a energia cinética seja transferida do vento para energia mecânica utilizável e, subsequentemente, energia elétrica. Por exemplo, o cubo (110) pode ser rotativamente acoplado a um gerador elétrico (118) (Figura 2) posicionado dentro da nacela (106) para permitir que a energia elétrica seja produzida.

[028] Com referência agora à Figura 2, uma vista interna simplificada de uma forma de realização da nacela (106) da turbina eólica (100) mostrada na Figura 1 é ilustrado. Como mostrado, o gerador (118) pode ser acoplado ao rotor (108) para produzir energia elétrica a partir da energia rotacional gerada pelo rotor (108). Por exemplo, como mostrado na forma de realização ilustrada, o rotor (108) pode incluir um eixo do rotor (122) acoplado ao cubo (110) para rotação com o mesmo. O eixo do rotor (122) pode ser rotativamente suportado por um mancal principal (144). O eixo do rotor (122) pode, por sua vez, ser acoplado rotativamente a um eixo de alta velocidade (124) do gerador (118) através de uma caixa de engrenagens (126) conectada a uma estrutura de suporte da placa base (136) por um ou mais braços de torque (142). Como é geralmente entendido, o eixo do rotor (122) pode fornecer uma entrada de baixa velocidade e alto torque para a caixa de engrenagens (126) em resposta à rotação das pás do rotor (112) e do cubo (110). A caixa de engrenagens (126) pode então ser configurado para converter a entrada de alta velocidade e alto torque em uma saída de alta velocidade e baixo torque para acionar o eixo de alta velocidade (124) e, assim, o gerador (118).

[029] Com referência agora às Figuras 2 a 4, em uma forma de realização, cada pá do rotor (112) também pode incluir um sistema de controle de passo (120) configurado para girar cada pá do rotor (112) em torno de seu eixo de passo (116). Cada sistema de controle de passo (120) também pode incluir um motor de passo (128), uma caixa de engrenagens de acionamento de passo (130), e um pinhão de acionamento de passo (132). Em tais formas de realização, o (s) motor (es) (128) podem ser acoplados à (s) caixa (s) de engrenagens de acionamento de passo (130) de modo que o (s) motor (es) (128) transmita força mecânica à caixa de engrenagens de acionamento de passo (s) (130). Da mesma forma, a (s) caixa (s) de engrenagens de passo (130) podem ser acopladas ao (s) pinhão (ões) de transmissão de passo (132) para rotação dos mesmos. O (s) pinhão (ões) de acionamento de passo (132) podem, por sua vez, estar em engate rotacional com um rolamento de passo (134) acoplado entre o cubo (110) e uma pá do rotor correspondente (112) de modo que a rotação do (s) pinhão (ões) de acionamento de passo (132) cause a rotação de passo rolamento (s) (134). Assim, em tais formas de realização, a rotação do (s) motor (es) de passo (128) aciona a (s) caixa (s) de engrenagens (130) e o (s) pinhão (ões) de transmissão de passo (132), girando assim o (s) rolamento (s) de passo (134) e a (s) pá (s) do rotor (112) em torno do eixo de passo (116).

[030] Em uma forma de realização, como mostrado particularmente nas Figuras 3 e 4, o (s) motor (es) (128) podem ser de forma operacional acoplados a um conversor de potência de passo (146). Em pelo menos uma forma de realização, o acoplamento entre o (s) motor (es) (128) e o conversor de potência de passo (146) pode ser um primeiro acoplamento (148). O primeiro acoplamento (148) pode, em uma forma de realização, ser um contator, um relé, um interruptor, um controlador manual ou qualquer outro dispositivo adequado para comutação de energia elétrica. O conversor de potência de passo (146) fornece uma corrente de alimentação para o (s) motor (es) de passo (128) quando o (s) sistema (s) de controle de passo (120) está em pelo menos um primeiro modo operacional.

[031] Em uma forma de realização adicional, como mostrado, o (s) motor (es) (128) pode (m) ser acoplado (s) de forma operacional a uma fonte de energia alternativa (150). Em pelo menos uma forma de realização, o acoplamento entre o (s) motor (es) (128) e a fonte de energia alternativa (150) pode ser um segundo acoplamento (152). O segundo acoplamento (152) pode, em uma forma de realização, ser um contator, um relé, um interruptor, um controlador manual ou qualquer outro dispositivo adequado para comutação de energia elétrica. A fonte de energia alternativa (150) pode ser um banco de bateria, um banco de capacitor, um gerador de backup e/ ou outra fonte de energia adequada para fornecer uma corrente de alimentação para o (s) motor (es) (128) durante uma indisponibilidade da corrente de alimentação de conversor de passo de potência (146). Como tal, a fonte de energia alternativa (150) fornece uma corrente de alimentação para o (s) motor (es) de passo (128) quando o (s) sistema (s) de controle de passo (120) estão em um modo operacional de emergência.

[032] Em pelo menos uma forma de realização, o (s) sistema (s) de controle de passo (120) podem ser transicionados do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência em resposta a uma falha associada com a corrente de alimentação fornecida pelo conversor de potência de passo (146). Em outras palavras, em uma forma de realização, uma falha pode residir dentro do conversor de potência de passo (146) ou dentro de uma rede de energia acoplada ao mesmo, o que pode exigir a transição para o modo operacional de emergência. A transição pode ser iniciada abrindo o primeiro acoplamento (148). Como a abertura do primeiro acoplamento (148) desacopla o (s) motor (es) (128) do conversor de potência (146), durante a transição do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência, o motor de passo (s) (128) pode ter uma ausência de corrente de alimentação. Em pelo menos uma forma de realização, o (s) motor (es) de passo (128) podem ter uma ausência de corrente de alimentação maior ou igual a 50 milissegundos (ms) (por exemplo, maior ou igual a 100 ms). Em uma forma de realização adicional, o (s) motor (es) de passo (128) pode (m) ter uma ausência de corrente de alimentação menor ou igual a 500 ms (por exemplo, menos que ou igual a (300) ms). Em uma forma de realização, a transição do (s) sistema (s) de controle de passo (120) do primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência pode ser concluída acoplando de forma operacional o (s) motor (es) de passo (128) à fonte de energia alternativa (150) por meio do segundo acoplamento (152).

[033] Deve ser apreciado que o atraso na transição do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência pode resultar em um período durante o qual nenhum torque é gerado pelo (s) motor (es) (128). Na ausência de um torque fornecido pelo motor (es) (128), a (s) pá (s) do rotor (112) podem girar livremente de forma descontrolada em resposta à inércia e/ ou forças externas (por exemplo, gravidade ou vento). Por exemplo, em uma forma de realização em que a (s) pá (s) do rotor (112) pode (m) estar girando em torno do eixo de passo (116) antes da abertura do primeiro acoplamento (148), a (s) pá (s) do rotor (112) podem continuar a rotação devido à inércia.
Em pelo menos uma forma de realização, esta rotação pode ser uma rotação em direção a uma orientação mais aerodinamicamente carregada (por exemplo, um passo para potência).

[034] Ainda com referência às Figuras 3 e 4, em uma forma de realização, o (s) motor (es) de passo (128) podem ser um motor DC com escova tendo dois enrolamentos de campo. Um dos enrolamentos de campo pode ser um enrolamento de campo de derivação (156) que é excitado independente de uma armadura (154) do motor de passo (128). O outro dos enrolamentos de campo pode ser um enrolamento de campo em série (158). O enrolamento de campo em série (158) pode ser excitado pelo fluxo de corrente através da armadura (154). A excitação do enrolamento de campo em série (158) pode ser o resultado da corrente de alimentação ou pode ser o resultado de uma corrente gerada pelo (s) motor (es) (128) em resposta a uma rotação não controlada (por exemplo, não intencional) da (s) pá (s) do rotor (112) em torno do eixo de passo (116).

[035] Conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4, o (s) sistema (s) de controle de passo (120) também pode incluir um curto circuito (160) através da armadura (154) do (s) motor (es) de passo (128). O curto circuito (160) pode estabelecer um fluxo de corrente entre um primeiro terminal (162) e um segundo terminal (164) do (s) motor (es) de passo (128). O fluxo de corrente pode ser gerado pelo (s) motor (es) (128) em resposta a uma rotação da (s) pá (s) do rotor (112) em torno do eixo de passo (116). O motor de passo pode, em uma forma de realização, ser configurada para gerar um torque de frenagem em uma direção única em resposta à corrente gerada pela rotação da (s) pá (s) do rotor (112). O torque de frenagem pode permitir que a (s) pá (s) do rotor (112) se movam livremente para uma pá menos carregada orientada a fim de proteger a (s) pá (s) do rotor (112) de danos.

[036] Em uma forma de realização, o (s) sistema (s) de controle de passo (120) pode (m) incluir um interruptor unidirecional (166) como um elemento do curto circuito (160). O interruptor unidirecional (166) pode ser acoplado de forma operacional entre o primeiro terminal (162) e o segundo terminal (164) do motor de passo (s) (128). O interruptor unidirecional (166) pode bloquear um caminho de fluxo de corrente do primeiro terminal (162) para o segundo terminal (164), enquanto permite um fluxo de corrente do segundo terminal (164) para o primeiro terminal (162). Em uma forma de realização, o fluxo de corrente bloqueado do primeiro terminal (162) para o segundo terminal (164) pode ser gerado pelo (s) motor (es) de passo (128) em resposta à rotação da (s) pá (s) do rotor (112) em direção a uma orientação menos carregada (por exemplo, um passo para embandeiração). Em uma forma de realização adicional, o fluxo de corrente que é permitido a passar através do interruptor unidirecional (166) do segundo terminal (164) para o primeiro terminal (162) pode ser gerado pelo (s) motor (es) (128) em resposta a uma rotação da (s) pá (s) do rotor (112) em direção a uma orientação mais carregada. Deve ser apreciado que o fluxo de corrente do segundo terminal (164) para o primeiro terminal (162) pode resultar nos motores de passo (128) gerando o torque de frenagem do motor de passo em uma direção única, enquanto permite que as pás do rotor (112) se movam livremente para a orientação menos carregada. Em outras palavras, em pelo menos uma forma de realização, o passo para potência não controlado da (s) pá (s) do rotor (112) pode gerar a corrente em uma bobina do (s) motor (es) (128) que, por sua vez, é utilizado pela outra bobina do (s) motor (es) de passo (128) para gerar o torque de frenagem do motor de passo para resistir ao passo para potência da (s) pá (s) do rotor (112).

[037] Em pelo menos uma forma de realização, o interruptor unidirecional (166) pode incluir um interruptor eletrônico. O interruptor eletrônico pode incluir um retificador controlado de silício (168) acoplado de forma operacional a um circuito acionador de portão (170). Em pelo menos uma forma de realização, abrir o primeiro acoplamento (148) após o início da transição do (s) sistema (s) de controle de passo (120) do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência pode iniciar um fluxo de potência da fonte de energia alternativa (150), através do primeiro acoplamento (148) e para o interruptor unidirecional (166). Em outras palavras, instantâneo com o desacoplamento do (s) motor (es) (128) do conversor de potência de passo (146), o interruptor unidirecional (166) pode ser acoplado e alimentado pela fonte de energia alternativa (150). Deve ser apreciado que em pelo menos uma forma de realização, o interruptor unidirecional (166) pode ser um interruptor eletromecânico.

[038] Como particularmente representado na Figura 4, em uma forma de realização, estabelecer o curto circuito (160) através da armadura (154) do (s) motor (es) de passo (128) pode incluir o acoplamento operacional de um primeiro condutor (172) do interruptor unidirecional (166) ao primeiro terminal (162) do (s) motor (es) de passo (128), e acoplar de forma operacional um segundo condutor (174) do interruptor unidirecional (166) ao campo em série (158) do (s) motor (es) (128). Deve ser apreciado que o acoplamento do interruptor unidirecional (166) ao campo em série (158) pode incorporar o campo em série (158) no curto circuito (160). Deve ser ainda apreciado que a incorporação do campo em série (158) no curto circuito (160) pode estabelecer um torque de frenagem variável que aumenta com um torque resultante da rotação da (s) pá (s) do rotor (112).

[039] Com referência agora à Figura 5, um diagrama de fluxo de uma forma de realização de um método (200) para aplicar um torque de frenagem do motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica é ilustrado. O método (200) pode ser implementado usando, por exemplo, o (s) sistema (s) de controle de passo (120) da presente invenção discutido acima com referências às Figuras 1 a 4. Figura 5 representa as etapas realizadas em uma ordem específica para fins de ilustração e discussão. Os técnicos no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, compreenderão que várias etapas do método (200), ou qualquer um dos métodos divulgados neste documento, podem ser adaptados, modificados, reorganizados, executados simultaneamente ou modificados de várias maneiras sem desviar do escopo da presente invenção.

[040] Como mostrado em (202), o método (200) pode incluir iniciar uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência. O motor de passo do sistema de controle de passo pode ter uma ausência de corrente de alimentação durante a transição. Como mostrado em (204), o método (200) pode incluir estabelecer um curto circuito através de uma armadura do motor de passo, de modo a estabelecer um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo. O fluxo de corrente pode ser gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor em torno do eixo de passo. Em resposta ao fluxo de corrente sendo gerado, o método (200) pode, como mostrado em (206), incluir a geração de um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo de modo a permitir que a pá do rotor se mova livremente para uma orientação menos carregada para proteja a pá do rotor de danos.

[041] Com referência agora à Figura 6, um diagrama de fluxo de outra forma de realização de um método (300) para aplicar um torque de frenagem de motor de passo unidirecional a uma pá do rotor de uma turbina eólica é ilustrado. O método (300) pode ser implementado usando, por exemplo, o (s) sistema (s) de controle de passo (120) da presente invenção discutido acima com referências às Figuras 1 a 4. Figura 6 representa as etapas realizadas em uma ordem específica para fins de ilustração e discussão. Os técnicos no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, compreenderão que várias etapas do método (300), ou qualquer um dos métodos divulgados neste documento, podem ser adaptados, modificados, reorganizados, executados simultaneamente ou modificados de várias maneiras sem desvio do escopo da presente invenção.

[042] Como mostrado em (302), o método (300) pode incluir girar a pá do rotor em torno do eixo de passo em um passo para potência. Como mostrado em (304), o método (300) pode incluir a abertura de um contator acoplando de forma operacional o motor de passo do sistema de controle de passo ao conversor de potência de passo para iniciar uma transição do mecanismo de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência. Como mostrado em (306), o método (300) pode incluir estabelecer um curto circuito unidirecional através de uma armadura do motor de passo. Como mostrado em (308), o método (300) pode incluir gerar, por meio do motor de passo, uma corrente em resposta à rotação de passo para potência da pá do rotor. A corrente gerada pelo motor de passo pode fluir através do curto circuito de volta para o motor de passo. Em resposta à corrente gerada pela rotação de passo para potência da pá do rotor, o método (300) pode, como mostrado em (310), incluir a geração de um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo. O torque de frenagem resiste à rotação de passo para potência a pá do rotor e permite uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor.

[043] Além disso, o técnico no assunto reconhecerá a intercambialidade de vários recursos de diferentes formas de realização. Da mesma forma, as várias etapas do método e recursos descritos, bem como outros equivalentes conhecidos para cada um de tais métodos e recursos, podem ser misturados e combinados por um técnico no assunto para construir sistemas e técnicas adicionais de acordo com os princípios desta invenção.
Claro, deve ser entendido que não necessariamente todos os objetos ou vantagens descritos acima podem ser alcançados de acordo com qualquer forma de realização particular. Assim, por exemplo, os técnicos no assunto reconhecerão que os sistemas e técnicas descritos neste documento podem ser incorporados ou realizados de uma maneira que atinja ou otimize uma vantagem ou grupo de vantagens como ensinado neste documento, sem necessariamente atingir outros objetos ou vantagens como podem ser ensinados ou sugeridos aqui.

[044] Esta descrição escrita usa exemplos para divulgar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, incluindo a fabricação e uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a execução de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Esses outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

[045] Outros aspectos da invenção são fornecidos pelo assunto das seguintes cláusulas.

[046] Cláusula 1. Um método para aplicar um torque de frenagem do motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica, a turbina eólica tendo um sistema de controle de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor para girar a pá do rotor em torno de um eixo de passo, o método compreendendo: uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência, um motor de passo do sistema de controle de passo tendo uma ausência de corrente de alimentação durante a transição; estabelecer um curto circuito através de uma armadura do motor de passo de modo a estabelecer um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo, em que o fluxo de corrente é gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor sobre o eixo de passo quando o motor de passo tem a ausência de corrente de alimentação; e em resposta ao fluxo de corrente sendo gerado, gerar um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo de modo a permitir que a pá do rotor se mova livremente para uma orientação menos carregada em relação a uma orientação original para proteger a pá do rotor de danos.

[047] Cláusula 2. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a rotação da pá do rotor é uma rotação de passo para potência.

[048] Cláusula 3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a geração do torque de frenagem na direção única resiste à rotação de passo para potência da pá do rotor, e em que o movimento para uma orientação menos carregada compreende uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor.

[049] Cláusula 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que estabelecer o curto circuito através da armadura do motor de passo compreende ainda bloquear, por meio de um interruptor unidirecional, o caminho do fluxo de corrente do primeiro terminal para o segundo terminal.

[050] Cláusula 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que iniciar a transição do sistema de controle de passo compreende a abertura de um contator acoplando de forma operacional o motor de passo a um conversor de energia do sistema de controle de passo, em que a abertura do contator fornece um sinal para fechar o interruptor unidirecional.

[051] Cláusula 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o interruptor unidirecional compreende um interruptor eletromecânico.

[052] Cláusula 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o interruptor unidirecional compreende um interruptor eletrônico.

[053] Cláusula 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o interruptor eletrônico compreende um retificador controlado de silício acoplado de forma operacional a um circuito acionador de portão.

[054] Cláusula 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo ainda: completar a transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência acoplando de forma operacional o motor de passo ao armazenamento de energia alternativo.

[055] Cláusula 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que estabelecer o curto circuito através da armadura do motor de passo compreende ainda: acoplar de forma operacional um primeiro condutor de um interruptor unidirecional ao primeiro terminal do motor de passo; e acoplar de forma operacional um segundo condutor do interruptor unidirecional a um campo em série do motor de passo, em que o acoplamento ao campo em série estabelece um torque de frenagem variável que aumenta com um torque resultante da rotação da pá do rotor.

[056] Cláusula 11. Sistema de controle de passo para aplicar um torque de frenagem do motor de passo a uma pá do rotor de uma turbina eólica, o sistema de controle de passo compreendendo: um motor de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor da turbina eólica, o motor de passo tendo uma ausência de fornecer corrente durante uma transição de um primeiro modo operacional do sistema de controle de passo para um modo operacional de emergência do sistema de controle de passo; um primeiro acoplamento entre o motor de passo e um conversor de potência de passo quando o sistema de controle de passo está no primeiro modo operacional, em que a abertura do primeiro acoplamento inicia uma transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência; um curto circuito através de uma armadura do motor de passo, em que o curto circuito estabelece um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo, em que o fluxo de corrente é gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor em torno do eixo de passo quando o motor de passo tem a ausência de corrente de alimentação, em que o motor de passo é configurado para gerar um torque de frenagem em uma direção única em resposta à corrente gerada pela rotação da pá do rotor, o torque de frenagem permitindo a pá do rotor a se mover livremente para uma orientação menos carregada para proteger a pá do rotor de danos; e um segundo acoplamento entre o motor de passo e um armazenamento de energia alternativo quando o motor de passo está no modo operacional de emergência.

[057] Cláusula 12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o curto circuito compreende ainda um interruptor unidirecional acoplado de forma operacional entre o primeiro terminal e o segundo terminal do motor de passo, o interruptor unidirecional bloqueando um caminho de fluxo de corrente do primeiro terminal para o segundo terminal.

[058] Cláusula 13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o interruptor unidirecional compreende um interruptor eletrônico.

[059] Cláusula 14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o interruptor eletrônico compreende um retificador controlado de silício acoplado de forma operacional a um circuito acionador de portão.

[060] Cláusula 15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o primeiro acoplamento é um primeiro contator acoplando de forma operacional ao retificador controlado de silício ao armazenamento de energia alternativo após o início da transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência.

[061] Cláusula 16. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a rotação da pá do rotor é uma rotação de passo para potência, em que o torque de frenagem resiste à rotação de passo para potência, e em que o movimento para uma orientação menos carregada é uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor.

[062] Cláusula 17. Método para aplicar um torque de frenagem de motor de passo unidirecional a uma pá do rotor de uma turbina eólica, a turbina eólica tendo um sistema de controle de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor para girar a pá do rotor em torno de um eixo de passo, o método compreendendo: girar a pá do rotor em torno do eixo de passo em um passo para potência; abrir um contator acoplando de forma operacional um motor de passo do sistema de controle de passo a um conversor de potência de passo para iniciar uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência; estabelecer um curto circuito unidirecional através de uma armadura do motor de passo; gerar, através do motor de passo, uma corrente em resposta à rotação de passo para potência da pá do rotor, em que a corrente gerada pelo motor de passo flui através do curto circuito de volta para o motor de passo; e em resposta à corrente gerada pela rotação de passo para potência da pá do rotor, gerando um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo, em que o torque de frenagem resiste a rotação de passo para potência da pá do rotor e permite uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor.

[063] Cláusula 18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que estabelecer o curto circuito compreende ainda: ativar um interruptor unidirecional acoplado de forma operacional entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo, o interruptor unidirecional bloqueando o caminho do fluxo de corrente do primeiro terminal para o segundo terminal.

[064] Cláusula 19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o interruptor unidirecional compreende um retificador controlado de silício acoplado de forma operacional a um circuito de controle de portão.

[065] Cláusula 20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a abertura do contator acopla de forma operacional o retificador controlado de silício ao armazenamento de energia alternativo.

Claims

MÉTODO PARA APLICAR UM TORQUE DE FRENAGEM DE MOTOR DE PASSO A UMA PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA, a turbina eólica tendo um sistema de controle de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor para girar a pá do rotor em torno de um eixo de passo, o método caracterizado por compreender:
iniciar uma transição do sistema de controle de passo de um primeiro modo operacional para um modo operacional de emergência, um motor de passo do sistema de controle de passo tendo uma ausência de corrente de alimentação durante a transição;
estabelecer um curto circuito através de uma armadura do motor de passo de modo a estabelecer um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo, em que o fluxo de corrente é gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor sobre o eixo de passo quando o motor de passo tem a ausência de corrente de alimentação; e
em resposta ao fluxo de corrente sendo gerado, gerando um torque de frenagem em uma direção única com o motor de passo de modo a permitir que a pá do rotor se mova livremente para uma orientação menos carregada em relação a uma orientação original para proteger a pá do rotor de danos.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela rotação da pá do rotor ser uma rotação de passo para potência.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por gerar o torque de frenagem na direção única resiste à rotação de passo para potência da pá do rotor, e em que o movimento para uma orientação menos carregada compreende uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por estabelecer o curto circuito através da armadura do motor de passo compreender ainda bloquear, por meio de um interruptor unidirecional, o caminho do fluxo de corrente do primeiro terminal para o segundo terminal.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por iniciar a transição do sistema de controle de passo compreender a abertura de um contator acoplando de forma operacional o motor de passo a um conversor de energia do sistema de controle de passo, em que a abertura do contator fornece um sinal para fechar o interruptor unidirecional.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado pelo interruptor unidirecional compreender um interruptor eletromecânico.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado pelo interruptor unidirecional compreender um interruptor eletrônico.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo interruptor eletrônico compreender um retificador controlado de silício acoplado de forma operacional a um circuito acionador de portão.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por compreender ainda:
completar a transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência acoplando de forma operacional o motor de passo ao armazenamento de energia alternativo.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por estabelecer o curto circuito através da armadura do motor de passo compreender ainda:
acoplar de forma operacional um primeiro condutor de um interruptor unidirecional ao primeiro terminal do motor de passo; e
acoplar de forma operacional um segundo condutor do interruptor unidirecional a um campo em série do motor de passo, em que o acoplamento ao campo em série estabelece um torque de frenagem variável que aumenta com um torque resultante da rotação da pá do rotor.
SISTEMA DE CONTROLE DE PASSO PARA APLICAR UM TORQUE DE FRENAGEM DO MOTOR DE PASSO A UMA PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA, o sistema de controle de passo caracterizado por compreender:
um motor de passo acoplado de forma operacional à pá do rotor da turbina eólica, o motor de passo tendo uma ausência de corrente de alimentação durante uma transição de um primeiro modo operacional do sistema de controle de passo para um modo operacional de emergência do sistema de controle de passo;
um primeiro acoplamento entre o motor de passo e um conversor de potência de passo quando o sistema de controle de passo está no primeiro modo operacional, em que a abertura do primeiro acoplamento inicia uma transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência;
um curto circuito através de uma armadura do motor de passo, em que o curto circuito estabelece um fluxo de corrente entre um primeiro terminal e um segundo terminal do motor de passo, em que o fluxo de corrente é gerado pelo motor de passo em resposta a uma rotação da pá do rotor em torno do eixo de passo quando na ausência de corrente de alimentação do motor de passo, em que o motor de passo é configurado para gerar um torque de frenagem em uma direção única em resposta à corrente gerada pela rotação da pá do rotor, o torque de frenagem permitindo a pá do rotor a se mover livremente para uma orientação menos carregada para proteger a pá do rotor de danos; e
um segundo acoplamento entre o motor de passo e um armazenamento de energia alternativo quando o motor de passo está no modo operacional de emergência.
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo curto circuito compreender ainda um interruptor unidirecional acoplado de forma operacional entre o primeiro terminal e o segundo terminal do motor de passo, o interruptor unidirecional bloqueando um caminho de fluxo de corrente do primeiro terminal para o segundo terminal.
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo interruptor unidirecional compreender um interruptor eletrônico.
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo interruptor eletrônico compreender um retificador controlado de silício acoplado de forma operacional a um circuito acionador de portão e em que o primeiro acoplamento ser um primeiro contator acoplando de forma operacional o retificador controlado de silício ao armazenamento de energia alternativo após o início da transição do sistema de controle de passo do primeiro modo operacional para o modo operacional de emergência.
SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pela rotação da pá do rotor ser uma rotação de passo para potência, em que o torque de frenagem resiste à rotação de passo para potência e em que o movimento para uma orientação menos carregada é uma rotação de passo para embandeiração da pá do rotor.