CN101504421B - 用于监控风能装置的转速的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于监控风能装置转速的设备，该设备具有转子驱动的转子轴，该转子轴伸向变速箱，并具有发电机轴，该发电机轴将齿轮单元的输出轴与发电机/转换器单元连接起来，其特征在于：在转子轴上具有第一转速检测单元，在发电机轴上具有第二转速检测单元；其中，各转速检测单元具有至少两个彼此独立工作的转速传感器；具有用于转速的分析单元，转速检测单元的所测量的信号被应用到该分析单元，且当超过转速的某个最大值时分析单元为旋转超速产生误差信号。

Description

用于监控风能装置的转速的设备
技术领域
本发明涉及用于监控风能装置的转速的设备。这种设备有时也称为转速监控器。
背景技术
风能装置的传动装置以支撑转子叶片的转子开始。该转子连接到转子轴，转子轴联接到变速箱。该转子轴有时也称为低速轴。变速箱的输出轴伸入发电机并作为发电机轴，并且也称为高速轴。在已知的风能装置中，齿盘布置在转子轴上，其经由感应脉冲发送器产生脉冲，该脉冲的频率与转子轴的转速成比例。该脉冲通过电子模块进行分析。同样，取样脉冲经由频率/电流转换器(f-I转换器)转变成电流信号，并到达风能装置的中央控制单元。在风能装置的中央控制单元中，存储临界截止转速。当转子轴的转速值在被存储的临界截止转速之上时，发生风能装置的可控逆转(setback)。
已经证明，用于监控转速的设备的缺点是转速监控不具有足够的功能上的安全性，尤其是该设备不符合根据IEC61508面向的安全工具所需的安全完整性等级。
发明内容
本发明的目的是提供用于监控转速的设备，该设备为以尽可能简单构件在风能装置中实现提供足够的功能性安全。
根据本发明，提供了一种用于监控风能装置转速的设备，该设备具有由转子驱动的转子轴，该转子轴伸入齿轮单元，该设备还具有发电机轴，该发电机轴将齿轮单元的输出轴与发电机/转换器单元连接，其特征在于，在所述转子轴上的第一转速检测单元和在所述发电机轴上的第二转速检测单元；其中，所述第一转速检测单元和第二转速检测单元中的每一个具有至少两个彼此独立地工作的转速传感器；用于转速的分析单元，所述第一转速检测单元和第二转速检测单元的测量的信号被应用到该分析单元，且当用于转速的某个最大值被超过时，所述分析单元产生用于旋转超速的误差信号；其中，用于转速的分析单元考虑到传动比，将所述第一转速检测单元的测量值与所述第二转速检测单元的测量值作比较，并当转速值的偏差大于一预定阈值时产生用于轴缺陷的误差信号。
本发明的设备用于监控风能装置中的转速。该风能装置具有被转子驱动的转子轴，该转子轴伸向变速箱。而且，风能装置具有发电机轴，该发电机轴将齿轮单元的输出轴与发电机/转换器单元连接起来。本发明的设备的特征在于，在转子轴上具有第一转速检测单元，在发电机轴上具有第二转速检测单元。该两个转速检测单元中的每一个具有至少两个彼此独立工作的转速传感器。另外，提供了用于转速的分析单元，转速检测单元的被测量的信号被应用到该分析单元，且当用于转速的某个最大值被超过时该分析单元产生用于旋转超速的误差信号。用于监控本发明转速的设备具有一系列的优点。首先，在转子轴以及发电机轴上获得转速，以便在分析所测量的转速值时产生对测量结果的更准确和更可靠的分析。以此应该了解的是，传动单元中的传动比所引起的转速变化要被考虑，使得转速的某个最大值与转子轴的转速或发电机轴的转速相关。
在优选实施例中，本发明的设备不仅可识别风能装置的旋转超速，而且可识别甚至轴的缺陷，例如轴断裂或某些传动缺陷。在优选实施例中，用于转速的分析单元在考虑到传动比时，将第一转速检测单元的被测量值与第二转速检测单元的被测量值作比较。当存在用于至少一个预定阈值的转速值的偏差，用于轴缺陷的误差信号被产生。用于轴缺陷的误差信号指示转子轴和发电机轴的被测量转速不在变速箱所设定的比率中。
在优选的实施例中，分析单元被连接到用于风能装置中心控制的安全装置。该风能装置的安全装置指定风能装置的操作管理的连接，该连接直接通向电控单元和风能装置的操作管理而没有进一步的信号处理，并且可将安全相关控制信号发送到操作管理。该安全装置连接到操作装置切换单元，并当安全装置触发操作管理时，其促使相关操作装置截止，并将截止通知给操作管理。根据本发明所提供的转速分析单元的强可靠性允许直接地与安全装置连接，而在它们之间没有进一步的信号处理。
在优选实施例中，假定对于预定运行条件，分析单元不产生与旋转超速和/或轴缺陷相关的误差信号。即使假定对于预定运行条件没有误差信号产生，也可对测量转速值进行分析，例如为了在风能装置的控制中使用一样的条件。
在优选实施例中，每个转速检测单元配备有至少两个转速传感器。优选地，每个转速传感器具有安装在轴上的变换器圆盘，通过光学、机械、电或电磁的方法获得变换器圆盘的旋转。在优选实施例中，转速的获得至少双重地发生在转子轴和发电机轴上。这样一来，一旦证实一个转速传感器失灵，转子轴和发电机轴上的转速可进一步可靠地获得。
在优选实施例中，变换器圆盘形成为有齿的圆盘，在其上涂上高性能防腐剂以避免环境至少对其齿区域的影响。传统的有齿圆盘经常具有齿结构被环境影响所腐蚀的问题，例如气候引起的湿度，及因此在有齿圆盘的轮廓上引起的偏差。然后，这种偏差导致在获得转速时的系统的测量误差。
由于所获转速的很好的准确性，另外，用于转速的分析单元还可将发电机轴和/或转子轴的转速的实际实值发送给用于发电机和/或电流转换器的控制。因此，本发明的用于监控转速的设备甚至还允许使用用于风能装置的操作管理的被测量转速，并且使用该被测量转速以用于发电机/转换器单元的控制。
附图说明
附图1为根据本发明的监控风能装置转速的设备示意图。
具体实施方式
本发明的设备将在下文中通过一个示例进行更详细的解释。
单图为具有两个转子叶片12的转子10的示意图。该转子经转子轴14与变速箱/离合器单元16联接。该变速箱/离合器单元16具有变速箱并可起到离合器和其它装置部件的功能。在变速箱中，可对转速进行转换，转速在其中被加速。变速箱的输出轴20经发电机轴22与发电机24连接。发电机24和用于转换发电电流的转换器共同构成发电机/转换器单元。
在转子轴14上，提供有转速检测单元26。该转速检测单元26包括两个独立布置在转子轴14上的齿形圆盘(未示出)，该齿形圆盘具有径向向外指向的齿。在齿区域，齿形圆盘设有保护齿不受环境影响的保护涂层。齿形圆盘的两个信号(未示出)经分离的通道28、30应用到分析单元。为了形成用于转子轴的传感器信号的足够功能安全，齿形圆盘彼此隔离地被监控，各转速传感器具有自己的电源和线路。由于信号的电子处理和放大彼此独立地发生，即使一个组件发生故障，仍然具有足够的安全。
以相应的方式，在单图中也示出了发电机轴22上的转速检测单元34。该转速检测单元32也具有两个彼此独立设置的齿形圆盘(未示出)，通过两个彼此独立的传感器读出转速检测单元34的转动。相应的传感器由彼此独立的电流而供应，且各传感器经通道36和38单独地连接到中央分析单元32。
分析单元32具有误差识别模块40，转速传感器的输出信号被应用到该识别模块。该模块以所应用的四个信号检查出哪个转速存在。当关于发电机轴22的旋转超速被限定时，考虑到变速箱20的传动比，将两个来自转子轴的应用信号28和30转换。其后，检查被测量值中的一个是否超过预置的最大转速。当超过最大转速时，误差信号被应用到分析单元32的误差模块42。该误差信号引起操作装置切换单元60使所有操作装置无效，经由直接连接44的切换单元60对于装置条件而言很重要。与此同时，进入安全操作条件的风能装置的一致逆转(concerted setback)以通过中央控制46的主动支持而发生。直接连接44与操作装置切换单元60被称为安全装置。中央控制46对安全装置不施加任何影响，因为它仅以读的方式分析直接连接44的条件。如图中所认识的那样，安全装置也可直接与其它安全相关单元连接。进一步的安全相关单元也可旁通过分析单元32而直接应用到中央控制46和操作装置切换单元60，例如线48所表示，或者它们与连接器50一起可应用到分析单元32且被引导通过误差模块42。
除识别转速之外，误差识别模块40也将转子轴的转速的比率与发电机轴的转速进行比较。当转速的比率偏离变速箱的预置传动比关于预定阈值时，误差识别模块40也产生误差信号，该误差信号经误差模块42传送至中央控制46。例如，在动力传动装置中误差识别的阈值可为传动比的10％。除变速箱误差之外，该变速箱误差能被转速之间的错误传动比识别，误差识别模块40还能识别传动装置中的误差，由此就可减少轴的断裂或轴连接的分裂。依据此误差，其对发电机轴的转速没有价值。
即使在这种情况下，误差信号通过误差模块42而被传送到操作装置切换单元60和中央控制46(仅读取和分析)，这引起风能装置的逆转进入安全条件。除用于分析信号的误差识别模块40和用于将误差通告传递给用于操作装置切换单元60和中央控制46的误差模块42之外，分析单元32还具有两个频率/电流传感器(f-I传感器)。
频率/电流转换器54、56将转速传感器的被应用频率信号转换为模拟电流信号。在示出的示例中，每次仅将来自转子轴的一个传感器或来自发电机轴的一个传感器的频率信号应用到f-I转换器。原则上，两个转速传感器信号被应用到f-I转换器是可能的。可以想象，也可有意地在转速传感器之间进行切换(未示出)。
f-I转换器54、56的电流信号被应用到转换计算模块58，该模块58将相应的电流值转换为发电机轴22的转速，并将电流值应用到风能装置的中央控制46。
在风能装置的操作中，在活动操作装置切换单元60下，通过用于操作管理的中央控制46而发生发电机和/或转换器的控制，该操作装置切换单元60允许风能装置的操作。这样一来，通过转换计算模块58而提供控制所需的与发电机轴22的转速相关的值。

Claims (7)

1.一种用于监控风能装置转速的设备，该设备具有由转子驱动的转子轴(14)，该转子轴伸入齿轮单元(16)，该设备还具有发电机轴(22)，该发电机轴将齿轮单元(16)的输出轴与发电机/转换器单元(24)连接，其特征在于，
在所述转子轴(14)上的第一转速检测单元(26)和在所述发电机轴(22)上的第二转速检测单元(34)；
其中，所述第一转速检测单元(26)和第二转速检测单元(34)中的每一个具有至少两个彼此独立地工作的转速传感器；
用于转速的分析单元(32)，所述第一转速检测单元(26)和第二转速检测单元(34)的测量的信号(28，30，36，38)被应用到该分析单元，且当用于转速的某个最大值被超过时，所述分析单元产生用于旋转超速的误差信号；
其中，用于转速的分析单元(32)考虑到传动比，将所述第一转速检测单元(26)的测量值(28，30，36，38)与所述第二转速检测单元(34)的测量值作比较，并当转速值的偏差大于一预定阈值时产生用于轴缺陷的误差信号。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分析单元连接到中央控制器(46)的安全装置(44)和/或风能装置的操作装置切换单元(60)上。
3.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，对于预定操作条件，所述分析单元(32)不产生与旋转超速和/或轴缺陷相关的误差信号。
4.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一转速检测单元(26)和第二转速检测单元(34)中的每一个具有至少两个变换器圆盘。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，每个转速传感器具有安装在轴上的变换器圆盘，能够用光学、机械、电或磁方法获得该变换器圆盘的旋转。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，有齿形的圆盘作为所述变换器圆盘，至少在其齿区域上涂有防腐剂。
7.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于转速的分析单元(32)将所述发电机轴转速的实值送到用于发电机和/或用于其转换器的控制装置上。
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