CN101096941A - 具有机舱的风能装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有机舱的风能装置，机舱的方位朝向通过调节设备电动机驱动地可调节，该调节设备具有至少一个具有齿轮箱的异步电动机和至少一个保持制动器，其中提供了用于异步电动机的控制单元，其将出现在异步电动机上的力矩限制到预定的最大值。

Description

具有机舱的风能装置
技术领域
本发明涉及具有机舱的风能装置，机舱的定向可通过调节设备是电动机驱动可调的。
背景技术
用于风能装置的机舱的电动机驱动的方位驱动装置是公知的。根据Erich Hau，Windkraftanlagen，第三版，Springer-Verlag，第309页和后面的页，方位驱动装置也设计为方位调节系统。这个系统的基本目标视为是转子和机舱朝着风向的自动定向。E.Hau就这一点指出方位驱动装置是风能装置中的自动结构部件，其构成了从机舱至塔头的渐变部，从结构的视点看。简单地说，这种调节设备使机舱与转子一起绕着塔的纵轴线旋转。在调节设备中，能够一方面区别致动驱动器和另一方面区别测径器或旋转限制器。致动驱动器具有电动机、齿轮箱和电制动器。
从DE 199 20 504 C2，可以知道一种用于风能装置的跟踪系统。在方位驱动装置系统中，在机舱的休息时间期间致动驱动器不时地或持续地在调节设备上产生保持力矩。这通过提供三相异步电动机作为致动驱动器来实现，直流电流施加至所述三相异步电动机以产生保持力矩。
从DE 100 23 440C1，已知一种方位驱动装置，其中致动驱动器滑道状地启动并又在机舱的调节期间停止。为此目的，致动驱动器实现为三相异步电动机，其由频率可变的三相电流驱动。
从DE 103 07 929 A1，已知一种方位驱动装置，其中为了保护致动驱动器，通过安全离合器或安全摩擦离合器将其紧固。其背景技术是在跟踪期间，通常保持制动器处于啮合状态以确保跟踪运动必要的阻尼。为此原因，驱动器尺寸设计为使得它们能克服制动器的保持力。尽管被制动器所阻尼，在风能装置的操作期间由于出现在电动机上的高偏航力矩而产生的负荷峰值，这会导致所涉及部件的损伤或毁坏。为了保护致动驱动器，因此设置：其紧固具有用于牢固地夹紧驱动器的摩擦表面，夹紧力被设计为使得对于给定的机械应力，驱动器在紧固时可移动。
所谓的俯仰角(pitch)装置、风能装置是已知的，其能通过转子叶片绕着其纵轴线的旋转来调节转子叶片的攻角。为此目的，转子叶片可移动地安装在转子轮毂上，其中转子叶片绕着其纵向方向的定向通过一个或多个电动机来改变。以本发明的精神，并不区别用于俯仰角驱动器和用于风向跟踪的调节设备。两种调节设备可相对于其旋转轴线转动机舱或转子叶片的位置。在机舱中，旋转轴线通常等同于塔的纵轴线，而在俯仰角驱动器中，旋转轴线与转子叶片的纵轴线重合。忽略关于尺寸的这些几何差别，调节驱动器具有相同的功能和非常相似的结构设计。
发明内容
本发明基于提供一种用于风能装置的调节设备的目的，其允许了简单结构并且其避免在调节设备的定尺寸中过高转矩的任何设计。
根据本发明，这个目标由具有根据独立权利要求1的特征的风能装置来解决。本发明的其它有利实施例、实现和方面来自于从属权利要求、说明书和附图。
根据本发明的风能装置具有机舱，其方位定向通过调节设备电动机驱动地可调节的。该方位定向决定了机舱和转子的定向。调节设备具有至少一个电动机，优选地具有齿轮箱和至少一个保持制动器。具有齿轮箱的电动机用作定位机舱在风中的位置的致动驱动器。而且，本发明涉及用于转子叶片的调节驱动器，由此转子叶片能绕着其纵轴线移动。甚至在这里，可再设置齿轮箱和保持制动器。
设置控制单元用于电动机。控制单元将出现在电动机上的力矩限制到预定的最大值。优选地，提供异步电动机作为所述电动机。这样，预定的最大值优选地小于电动机的电动机极限转矩(breakdowntorque)。根据本发明，提供了用于电动机的控制单元，其控制用于转矩的预定最大值。这种控制单元的具体优点是齿轮箱仅取决于转矩的最大值而定尺寸。在使用异步电动机时，在转速高于同步速度时，出现异步电动机的磁场减弱(field weakening)，这会导致力矩降低。由于根据本发明的控制单元，通过使用更强的电动机可能获得在超同步速度下较小的磁场减弱。更强电动机的使用产生了更高的极限转矩，在没有转矩限制之下这将使齿轮箱超载。只有使用根据本发明的转矩限制，使用这种电动机变得是可能的。另外，电制器用作行车制动器(service brake)，其定尺寸为转矩的最大值且可将其保持。上述最大保持力矩，电制器的滑动是容许的。
优选地，在机舱或转子叶片的调节操作期间，控制单元将由电动机所产生的转矩限制至第一预定转矩值。第一预定转矩值适合地小于或等于据此齿轮箱定尺寸的转矩的最大值。
为了保持机舱或转子叶片，还设置了控制单元，为此目的，关闭液压和/或电制器。由电制器所产生的用于保持的转矩被限制至第二预定转矩值。优选地，第二预定转矩值又小于或等于用于转矩的最大值。
在调节设备的一个优选实施中，设置两个或两个以上异步电动机，它们能由一个控制单元共同地驱动。该控制单元还优选地形成为使得其驱动异步电动机以及电制器和/或液压保持制动器。所述保持制动器能以液压制动器实现。用于调节驱动器和保持制动器共同的控制单元允许可靠地驱动它们而彼此匹配。
为了在调节操作中抑制运动的动态性，控制单元优选地在调节操作期间不完全地开启液压制动器。
在一个优选的实施中，电动机的齿轮箱定尺寸为最大值并且异步电动机被定尺寸为使得其极限转矩明显较大。
附图说明
下面将借助于用于机舱方位定向的例子来解释本发明的方法的一个优选实施例。
图1示出了方位驱动装置从侧面的剖视图，
图2示出了三相异步电动机的力矩对转速的路线的示意图，和
图3示出了在以限定的最大力矩驱动时力矩对转速的路线的示意图。
具体实施方式
图1示出了机器载体10的切开截面图，其具有发电机和转子在机舱侧的主动轮传动装置。机器载体10可旋转地安装在塔11上，为此目的设置了具有小齿状突起的回转接头12。三相异步电动机14设置入机器载体10，其设置有齿轮箱15。在偏航轴承(yaw bearing)的外侧布置有制动盘16，其部分地被测径器18所覆盖。测径器18沿着制动盘18的周边均匀地分布并且大致覆盖大约270°的角度。测径器18通过在机舱侧设置于机器载体10上的中心液压单元所液压地致动。测径器18“失效保护”地安装，以使得制动器仅在制动系统正常操作时打开。异步电动机14被动地通风并位于作为转矩转换器的多级行星齿轮箱的快速轴上。定向系统也能具有数个带有齿轮箱的异步电动机。
图2示出了三相异步电动机的转矩对转速路线的示意图。图2所示的路线示出了电动机所产生的转矩作为转速的函数。对于三相异步电动机而言，转矩/转速特性曲线的线路本身是公知的。对于了解本发明，重要的是由齿轮箱确定的最大许可转矩限制了异步电动机的选择。例如，当许可最大转矩设置为数值Mgetr22时，对于方位系统而言三相异步电动机的选择由此受到限制。在图2所示的例子中，那么只可能选择具有特性曲线24的电动机。在这种电动机中，发电机和电动机极限转矩的数值低于最大许可齿轮箱力矩。因而，齿轮箱的最大力矩决定了三相异步电动机的选择。因此，不能考虑使用具有特性曲线26的“更强”三相异步电动机，因为其发电机极限转矩28在其数量上大于齿轮箱的最大允许力矩。但是力矩对转速的特性曲线26的发电机极限转矩28和力矩对转速的特性曲线24的发电机极限转矩30是驱动力由例如风阵驱动入超同步区域的最大出现转矩。因为风能装置的方位调节系统也必须对于这种负荷情况定尺寸，高的需求导致了对于齿轮箱的最大力矩。这样，和通常那样，所示出的三相异步电动机的电动机极限转矩32和34分别地小于发电机极限转矩30和28。
图3示出了在根据本发明驱动时相应的力矩特性曲线36、38，与已知的力矩对转速特性曲线24、26相比较。与图2所示的转矩相反，转矩的数值这里甚至以相对的转速表示。如同能从图3看出的，转矩对于转速而言限制在n1和n2之间的范围内。对于超出这个范围的转速，即对于小于n1的转速和大于n2的转速，在考虑转速的旋转方向时，转矩下降。这是由于三相异步电动机的尺寸并且相应于也表示在特性曲线24和26中的磁场减弱区域，其中力矩下降。
如同能从图3中清楚地看出的，区间(n1，n2)外部对于转速的转矩下降在特性曲线36中明显弱于特性曲线38，即遍布转速的较大范围能建立高的转矩。由于最大力矩限制于最大力矩Mmax，甚至齿轮箱也能为这个最大力矩Mmax而定尺寸，其中需要根据情况考虑安全因素。尽管齿轮箱的尺寸受限，那么就可以使用在某些转速区域产生明显大于最大转矩Mmax的转矩的三相异步电动机，但是这通过频率转换器的驱动而受限。这种三相异步电动机的优点是，在磁场减弱的区域，力矩的下降程度不会像其发电机极限转矩相当于最大许可极限转矩的三相异步电动机那种情况。在现有技术的常规方位驱动装置中，电制器的尺寸使得通过电制器的反复滑动，后者和/或相邻部件会受损。考虑到这个背景，已知的方位系统被定尺寸为使得它们理论上仅很少滑动或者根本上不滑动，即使在极端负荷情况下。在本发明中，通过将齿轮箱定尺寸为最大力矩，在低转矩值下已经允许了电制动器的滑动。其中这里产生的制动能量以热的形式分散至周围环境。
上述三相异步电动机及等效的齿轮箱也可以相应地定尺寸用于俯仰角驱动器。

Claims (12)

1.一种具有机舱和转子的风能装置，该转子具有至少一个绕着其纵轴可调节的转子叶片，其中，设置有调节设备，通过该调节设备机舱的方位定向或所述至少一个转子叶片的俯仰角定向是电动机驱动地可调节的，该调节设备具有至少一个电动机(14)，
其特征在于，
设置有用于电动机(14)的控制单元，其将产生在电动机上的力矩限制到预定的最大值(Mmax)(40)。
2.根据权利要求1的风能装置，其特征在于，设置异步电动机作为所述电动机。
3.根据权利要求1或3的风能装置，其特征在于，设置用于机舱方位定向的调节设备。
4.根据权利要求1至3中任一的风能装置，其特征在于，设置了用于所述至少一个转子叶片的俯仰角定向的调节设备。
5.根据权利要求1至4中任一的风能装置，其特征在于，用于调节操作的控制单元将由电动机所产生的转矩限制至第一预定转矩值。
6.根据权利要求5的风能装置，其特征在于，第一预定转矩值小于或等于所述转矩的最大值(Mmax)(40)。
7.根据权利要求1至6中任一的风能装置，其特征在于，设置用于保持机舱和/或转子叶片的俯仰角定向的电制动器(23)，其将产生在齿轮箱上的转矩限制至第二预定转矩值。
8.根据权利要求7的风能装置，其特征在于，第二预定转矩值小于或等于转矩的最大值(Mmax)(40)。
9.根据权利要求1至8中任一的风能装置，其特征在于，设置一个用于两个或两个以上的电动机的控制单元。
10.根据权利要求1至9中任一的风能装置，其特征在于，控制单元驱动电动机以及保持制动器(16，18)。
11.根据权利要求10的风能装置，其特征在于，对于调节操作，控制单元没有完全地解锁保持制动器(16，18)。
12.根据权利要求2至11中任一的风能装置，其特征在于，异步电动机的尺寸形成为使得其极限转矩的数值大于预定的最大值(Mmax)。
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