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DE102004005169B3 - Rotor blade pitch control system for wind turbine generating electricity has DC supply for motor with parallel-wound and series-wound field coils with diode bypassing series field coil during braking - Google Patents

Rotor blade pitch control system for wind turbine generating electricity has DC supply for motor with parallel-wound and series-wound field coils with diode bypassing series field coil during braking

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DE102004005169B3
DE102004005169B3 DE200410005169 DE102004005169A DE102004005169B3 DE 102004005169 B3 DE102004005169 B3 DE 102004005169B3 DE 200410005169 DE200410005169 DE 200410005169 DE 102004005169 A DE102004005169 A DE 102004005169A DE 102004005169 B3 DE102004005169 B3 DE 102004005169B3
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motor
field
series
coil
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DE200410005169
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German (de)
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Hans-Hermann Dr. Letas
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Senvion GmbH
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Envion SE
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Abstract

The DC motor (5) is connected across the terminals of a DC supply (U+,U-) with an accumulator battery (10). A switch is connected in parallel with a control circuit (65). The motor current (I A) flows through a fixed resistor (64) to the motor. When the current is flowing forward (I E), the motor current flows through a series-connected field coil (51) and the motor armature (50). When the motor is braking, the armature current is reversed and flows through a diode (7), bypassing the series field coil. A fixed parallel field coil (52) is permanently connected across the supply terminals.

Description

  • [0001] [0001]
    Windenergieanlagen sind üblicherweise mit Rotoren ausgerüstet, deren Blätter verstellbar sind. Wind turbines are typically equipped with rotors whose blades are adjustable. Mittels einer Verstellvorrichtung kann der Anstellwinkel der Rotorblätter in Bezug auf die Rotornabe und damit in Bezug auf den einfallenden Wind verändert werden. By means of an adjusting device, the pitch angle of the rotor blades are changed to the incident wind in relation to the rotor hub and with respect. Die Blattverstellvorrichtung umfasst ein Blattlager, einen Blattverstellantrieb sowie eine entsprechende Steuerungseinrichtung. The pitch control mechanism includes a blade bearing, a blade adjustment and a corresponding control device. Die Energieversorgung der Blattverstellungsvorrichtung erfolgt aus dem erzeugten Netzstrom oder bei Netzausfall aus Akkumulatoren. The power supply of the blade adjustment device is carried out from the generated AC power or a power failure accumulators.
  • [0002] [0002]
    Aus Sicherheitsgründen müssen Windenergieanlagen so eingerichtet sein, dass sie im Notfall schnell zum Stillstand gebracht werden können. For safety reasons, wind turbines must be set up so that they can be quickly brought to a stop in an emergency. Das ist nicht nur dann von Bedeutung, wenn übermäßig starke Winde herrschen, sondern auch dann, wenn Teile der Anlage oder der Anlagensteuerung ausfallen sollten. This is not only relevant, if excessively strong winds, but even if parts of the plant or the plant control system should fail. In Bezug auf den Rotor bedeutet dies, dass er in eine Fahnenstellung zu bringen ist. In relation to the rotor, this means that he has to bring in a feathered position. Im Regelbetrieb erfolgt dies mittels des Blattverstellantriebs und seiner Regelung. In control mode, this is done by means of the Blattverstellantriebs and its regulation. Im Notbetrieb kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Regelung bzw. die Netzversorgung noch in vollem Umfang zur Verfügung steht. In emergency mode can not be assumed that the regulation or the power supply is still fully available. Der Blattverstellantrieb muss daher so ausgebildet sein, dass auch im ungeregelten Notbetrieb schnell und sicher die Rotorblätter in Fahnenstellung verfahren werden. Therefore, the blade adjustment must be so designed that even in unregulated emergency operation, the rotor blades are moved in the feathered position quickly and safely. Aus Gründen der Sicherheit und der Stabilität sollen dabei bestimmte Verstellgeschwindigkeiten nicht überschritten werden. For reasons of security and stability certain adjustment speeds should not be exceeded.
  • [0003] [0003]
    Bei vorbenutzten Windenergieanlagen hat sich die Schwierigkeit ergeben, dass der Verstellantrieb unter bestimmten Bedingungen im ungeregelten Notbetrieb mit einer zu hohen Geschwindigkeit läuft. In prior use wind energy systems, the difficulty has revealed that the adjusting drive is running under certain conditions in the unregulated emergency operation with a too high velocity. Das kann zu sehr hohen Turmkopfbelastungen durch negativen Rotorschub mit der Gefahr einer Beschädigung der Windenergieanlage führen. This can lead to very high tower head loads by negative rotor thrust, with the risk of damage to the wind turbine. Zur Begrenzung der Verstellgeschwindigkeiten ist vorgeschlagen worden, sogenannte Compound-Antriebe (Doppelschlussmotoren) einzusetzen ( To limit the adjustment speeds so-called Compound drives has been proposed to use (double-wound motors) ( DE 102 53 813 A1 DE 102 53 813 A1 ) Bei diesen können aber elektrische Instabilitäten oberhalb der Leerlaufdrehzahl auftreten. ) These, however, electrical instability above the idling speed occur.
  • [0004] [0004]
    Zur Notverstellung ist es bekannt, einen Verstellantrieb, umfassend zwei Elektromotoren und einen Fliehkraftschalter, vorzusehen ( For emergency adjustment, it is known to provide an adjustment drive, comprising two electric motors and a centrifugal switch, ( DE 297 22 109 U1 DE 297 22 109 U1 ). ). Einer der beiden Elektromotoren ist ein Eilgang-Verstellmotor, der oberhalb einer Grenzdrehzahl des Windrators mittels des Fliehkraftschalters eingeschaltet wird. One of the two electric motors is a rapid traverse positioning motor which is switched on above a limiting speed of the Windrators by means of the centrifugal switch. weiter ist es bekannt, die zur Betätigung des Verstellantriebs erforderliche elektrische Energie mitttels gesonderter Generatoren zu gewinnen ( further, it is known to obtain the required for actuation of the adjustment electrical energy mitttels separate generators ( DE 100 09 472 C2 DE 100 09 472 C2 und and DE 196 44 705 A1 DE 196 44 705 A1 ) Weiterhin ist es bekannt, in der Rotornabe einen Hilfsgenerator anzuordnen, der einen dort herkömmlicherweise argeordneten Akkumulator überflüssig macht ( ) Furthermore, it is known to arrange an auxiliary generator in the rotor hub that makes a conventionally there arge accumulator arranged superfluous ( DE 200 20 232 U1 DE 200 20 232 U1 ). ).
  • [0005] [0005]
    Ausgehend von einer Windenergieanlage mit einer Blattverstelleinrichtung gemäß dem zuerst erwähnten Dokument liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Rotorblattverstellungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die Stabilität im ungeregelten Notbetrieb erhöht ist. Starting from a wind power plant with a blade adjustment device according to the first-mentioned document, the invention is based on the object to improve a rotor blade adjustment device of the type mentioned at the outset such that the stability is increased in the unregulated emergency operation.
  • [0006] [0006]
    Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einer Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Sie liegt ferner in einem Verfahren zum Betrieb der Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10. The solution according to the invention lies in a wind turbine having the features of claim 1. It further lies in a method for operating the wind turbine having the features of claim 10.
  • [0007] [0007]
    Erfindungsgemäß ist bei einer Windenergieanlage umfassend einen Rotor mit verstellbaren Blättern, einer Verstelleinrichtung für die Blätter mit einem Stellmotor, der mindestens eine Erregungswicklung aufweist, und einem Blattsteuerungsmodul und einem vom Rotor angetriebenen Generator, wobei die Verstelleinrichtung in einem Normalbetrieb und in einem Notbetrieb betreibbar ist, wobei in dem Normalbetrieb der Stellmotor von dem Blattsteuerungsmodul geregelt wird und in dem Notbetrieb der Stellmotor ungeregelt ist, vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung mit einer Drehmomentschwächungseinrichtung versehen ist, die dazu ausgebildet ist, im Notbetrieb selbsttätig ein Schleppmoment des Stellmotors zu vermindern. According to the invention in a wind turbine comprising a rotor with variable pitch blades, an adjusting device for the blades with an actuating motor which has at least one excitation winding, and a blade control module, and a driven by the rotor generator, wherein the adjustment device is operable in a normal operation and in emergency operation, wherein the servomotor is controlled by the blade control module in the normal mode and is unregulated in the emergency operation of the actuator motor, provided that the adjusting device is provided with a torque-reducing device which is adapted automatically to reduce a drag torque of the servomotor in emergency operation.
  • [0008] [0008]
    Die Erfindung hat erkannt, dass ein Grund für im Stand der Technik auftretende Instabilitäten beim Verfahren der Blätter in eine sichere Stellung beim Notbetrieb in Überdrehzahlen des Verstellmotors zu suchen ist. The invention has recognized that one reason for occurring in the prior art instabilities in the process of leaves in a safe position is to look at the emergency operation in overspeed of the adjustment. Die Erfindung hat weiter erkannt, dass solche Überdrehzahlen insbesondere dann auftreten, wenn die Blätter des Rotors sich unter der Einwirkung von aerodynamischen Kräften oder Trägheitskräften schneller verstellen, als durch die Drehzahl des Verstellmotors vorgegeben. The invention has further recognized that such overspeed occur in particular if the blades of the rotor be adjusted more quickly under the effect of aerodynamic forces, or forces of inertia, as determined by the speed of the variable displacement motor. In dieser Situation, wie sie insbesondere unter der Einwirkung hoher Windstärken auftreten kann, wirkt der Verstellmotor in an sich durchaus gewünschter Weise als generatorische Bremse gegenüber einer zu schnellen Verstellung der Blätter des Rotors. In this situation, as they may occur especially under the high wind speeds, the adjusting motor acts in a desired manner quite as regenerative braking to a too rapid adjustment of the blades of the rotor. Herkömmlicherweise führte dies aber zu Instabilitäten. Traditionally, this has also resulted instabilities. Die Erfindung hat nun erkannt, dass diese Instabilitäten dadurch beseitigt werden können, dass in dem Fall, dass der Verstellmotor als Bremse wirkt, das von ihm auf die Blätter des Rotors ausgeübte Drehmoment (Schleppmoment) verringert wird. The invention has now been recognized that these instabilities can be eliminated in that in the case that the adjusting motor acts as a brake, the torque applied by him to the blades of the rotor (drag torque) is reduced. Dies wird erreicht, indem der von der Erregungswicklung erzeugte magnetische Fluss reduziert bzw. zu Null gesetzt wird. This is achieved by the magnetic flux generated by the excitation winding is reduced or is set to zero. Der Verstellmotor erhält damit in diesem Betriebsbereich die Charakteristik einer schwächer erregten Maschine. The variable obtained thereby in this operating range, the characteristic of a weaker excited machine. Drehzahlschwankungen werden dadurch beim Übergang in den geschleppten Betrieb verringert, das aus Stellmotor und Rotorblättern bestehende System neigt weniger zu schädlichen Schwingungen. Speed ​​fluctuations are thereby reduced at the transition to the towed operation, consisting of actuator and rotor blades system less prone to damaging vibrations. Die Betriebssicherheit der Anlage erhöht sich damit. The operational safety of the plant will therefore increase. Die Gefahr von strukturellen Überlastungen der mechanischen Struktur verringert sich, was insbesondere bei leistungsstärkeren Windenergieanlagen im Megawattbereich einen erheblichen Vorteil darstellt. The risk of structural overload of the mechanical structure is reduced, which is particularly in higher performance wind turbines in the megawatt range a considerable advantage.
  • [0009] [0009]
    Nachfolgend werden einige verwendete Begriffe erläutert: The following are some terms used are explained:
    Unter dem Schleppmoment wird das von dem Stellmotor aufgenommene Drehmoment verstanden, das er als generatorisch wirkende Bremse aufnimmt. Under the drag torque of the image taken by the servomotor torque is understood that it receives as a regeneratively acting brake.
  • [0010] [0010]
    Unter einer Reserveenergiespeichereinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, die zur Eigenversorgung der Windenergieanlage im Notbetrieb erforderliche Energie speichert und während des Notbetriebs abgibt. Under a backup energy storage device comprises a device is understood, which saves energy required for self-supply of the wind turbine in emergency mode and releases during emergency operation. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Akkumulatoreinrichtung handeln. This may in particular be an accumulator.
  • [0011] [0011]
    Zweckmäßigerweise ist die Drehmomentschwächungseinrichtung dazu ausgebildet, einen durch die Erregungswicklung des Stellmotors laufenden Erregungsstrom zu verringern. Advantageously, the torque-reducing device is designed to reduce a current through the excitation winding of the actuator energizing current. Mit dem verringerten Strom verringert sich die von der Erregungswicklung erzeugte magnetische Flussdichte, wodurch sich das Drehmoment des Stellmotors ebenfalls verringert. With the reduced current, the magnetic flux density generated by the excitation winding is reduced, whereby the torque of the servo motor is also reduced. Vorzugsweise ist dazu die Drehmomentschwächungseinrichtung als Freilaufeinrichtung ausgebildet, die bei geschlepptem Stellmotor die Erregungswicklung überbrückt. the torque-reducing device is formed to as a freewheeling means preferably that bridges the field winding when towed actuator. Damit wird ein besonders einfacher und betriebssicherer Aufbau ermöglicht, bei dem die Drehmomentschwächungseinrichtung autark arbeiten kann, dh ohne von dem Blattsteuerungsmodul oder einer anderen übergeordneten Steuerungseinheit abhängig zu sein. Thus enabling a particularly simple and reliable structure in which the torque-reducing device can operate autonomously, ie without depending on the blade control module or other higher-level control unit. Eine solche Freilaufeinrichtung ist damit eine verblüffend einfache Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Drehmomentschwächungseinrichtung, die Vorteile bezüglich eines geringen Aufwands werden mit hoher Betriebssicherheit verknüpft. Such a free-wheel device is thus a surprisingly simple embodiment of an inventive torque-reducing device, the benefits with respect to a small effort to be associated with high reliability. Vorteilhafterweise ist die Erregungswicklung als Reihenschlusswicklung ausgeführt. Advantageously, the excitation winding is a series winding. Dies hat den Vorteil, dass im Schleppbetrieb der wirksame Widerstand, der Widerstand der durch die Ankerwicklung und durch die Reihenschlusswicklung gebildet ist, verringert wird. This has the advantage that in drag mode, the effective resistance, the resistance formed by the armature winding and the series winding is reduced to advantage. Je größer die Verminderung ausfällt, um so steifer wird die Drehmoment-Drehzahl-Bremskennlinie und damit der Schutz vor schädlicher Überdrehzahl. The greater the reduction fails, the stiffer will be the torque-speed braking characteristic curve and thus the protection against harmful overspeed. Mit Vorteil ist der Stellmotor als Doppelschlussmotor ausgeführt. Advantageously, the servomotor is designed as a double-wound motor. Er weist außer der Reihenschlusswicklung noch eine Nebenschlusswicklung auf. He has a shunt winding out of the series winding yet. Sie bestimmt unabhängig von dem gegenwärtigen elektrischen Betriebszustand und dem durch die Reihenschlusswicklung fließenden Strom eine nominale Leerlaufdrehzahl des Stellmotors, dh sie bestimmt seine Enddrehzahl. It determines, regardless of the current electrical operating state and the current flowing through the series winding current has a nominal idling speed of the servo motor, that is, it determines its final speed. Sie bildet damit einen Schutz gegen ein Durchgehen des Stellmotors. It thus forms a protection against runaway of the servomotor. Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Nebenschlusswicklung nicht durch die Drehmomentschwächungseinrichtung überbrückt ist. For this purpose, it is preferably provided that the shunt winding is not bridged by the torque-reducing device.
  • [0012] [0012]
    Die Freilaufeinrichtung kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. The freewheeling device can be designed in various ways. Eine Möglichkeit ist es, sie als Rückstromrelais auszubilden. One way is to train them as reverse current relay. Dieses ist so ausgebildet, dass bei negativem Strom, dh der Stellmotor wird geschleppt und wirkt als generatorische Bremse, ein Kontakt so betätigt wird, dass der durch die Erregungswicklung, vorzugsweise die Reihenschlusswicklung, fließende Strom vermindert wird. This is designed such that with a negative current, that the servomotor is dragged and acts as a regenerative brake, a contact is actuated so that through the excitation winding, preferably the series winding, the current flowing is reduced. Der Vorteil des Relais ist, dass an seinem Schaltzustand der jeweilige Betriebszustand, ob eine Drehmomentschwächung erfolgt oder nicht, klar und eindeutig abgelesen werden kann. The advantage of the relay is that at its switching state of the respective operating status, whether a torque weakening occurs or not can be read clearly and unambiguously. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Freilaufeinrichtung als eine Diode auszuführen. but it can also be provided to perform the freewheeling device as a diode. Dies hat den Vorteil, dass ein besonders einfacher Aufbau ermöglicht ist. This has the advantage that a particularly simple construction is possible. Weiter hat eine Diode als Freilaufeinrichtung den Vorzug, dass sie einen gewissen Mindeststrom durch die Erregungswicklung lässt, der je nach Charakteristik der Diode unterschiedlich wählbar ist. Next as a freewheeling device has a diode the advantage that it makes a certain minimum flow through the excitation winding which is different selectable depending on characteristics of the diode. Beispielsweise können dazu mehrere Dioden in Reihe geschaltet werden. For example, multiple diodes may be connected in series thereto.
  • [0013] [0013]
    Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Erregerstrom über einen Gleichrichter an die Erregungswicklung geführt, wobei eine Speiseleitung für den Notbetrieb zumindest mit einem Pol gleichstromseitig an dem Gleichrichter angeschlossen ist. In a preferred embodiment the excitation current is passed via a rectifier to the field winding, with a feed line for the emergency mode being connected at least to one pole on the DC side of the rectifier. Auf diese Weise kann eine der zur Gleichrichtung des Erregungsstroms im Normalbetrieb ohnehin vorhandenen Dioden als Freilaufeinrichtung für den Notbetrieb verwendet werden. In this way, existing for rectification of the excitation current in normal operation anyway diodes can be used as free-wheeling device for emergency operation. Mit dieser verblüffend einfachen Schaltung kann die erfindungsgemäße Drehmomentschwächung bewirkt und sämtliche damit verbundenen Vorteile realisiert werden, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind. With this surprisingly simple circuit, the torque-reducing invention can be accomplished and all associated advantages are realized without additional components being required.
  • [0014] [0014]
    Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Ändern des Verstellwinkels von Blättern eines Rotors für Windenergieanlagen mittels eines Stellmotors, der im Normalbetrieb von einem Blattsteuermodul geregelt wird und in einem Notbetrieb ungeregelt betätigt wird, mit den Schritten: Zuführen von elektrischer Energie an eine Erregungswicklung des Stellmotors über eine Notspeiseleitung im Notbetrieb, Fahren der Blätter in eine vorbestimmte Stellung, wobei eine Drehmomentschwächungseinrichtung im Notbetrieb betätigt wird, die bei geschlepptem Stellmotor dessen Schleppmoment verringert. The invention further relates to a method for changing the displacement angle of blades of a rotor for wind turbines by means of a servomotor which is controlled in normal operation by a blade control module, and is unregulated operated in an emergency mode, comprising the steps of: supplying electric power to an excitation winding of the servomotor via a Notspeiseleitung in emergency operation, driving the blades to a predetermined position, wherein a torque-reducing device is operated in emergency mode that reduces the drag torque during towed actuator.
  • [0015] [0015]
    Zur weiteren Erläuterung wird auf obige Ausführungen verwiesen. For further explanation, please refer to the above statements.
  • [0016] [0016]
    Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Advantageous further developments are the subject matter of the dependent claims.
  • [0017] [0017]
    Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. The invention is explained below with reference to the accompanying drawings, in which an advantageous embodiment of the invention is shown. Es zeigen: Show it:
  • [0018] [0018]
    1 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem elektrischen Ersatzschaltbild; An embodiment of the invention in an electric equivalent circuit diagram;
  • [0019] [0019]
    2 2 eine schematisierte Darstellung des in a schematic representation of the in 1 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels; illustrated first embodiment;
  • [0020] [0020]
    3 3 eine Fluss-Ankerstrom-Kennlinie des Ausführungsbeispiels; a flow armature current characteristic of the embodiment; und and
  • [0021] [0021]
    4 4 eine Drehzahl-Ankerstrom-Kennlinie des Ausführungsbeispiels. a rotational speed of armature current characteristic of the embodiment.
  • [0022] [0022]
    Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst einen Rotor A wind turbine according to the invention according to the embodiment includes a rotor 2 2 mit mehreren (im Beispiel sind es drei) verstellbar angeordneten Blättern with a plurality of (in the example there are three) adjustably disposed leaves 3 3 , der einen Generator , Of a generator 1 1 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. drives for generating electrical energy. Der Generator the generator 1 1 ist in an sich bekannter Weise in einem Maschinengehäuse angeordnet, das auf eine turmartige Struktur gesetzt ist. is arranged in known manner in a machine housing, which is placed on a tower-like structure. Der Generator the generator 1 1 ist ebenfalls in an sich bekannter Weise über einen Energiewandler, zB einen Wechselrichter, mit einem elektrischen Stromnetz verbunden. is also connected in known manner via a power converter, including an inverter with an electric power grid. Zur Steuerung der Anlage dient eine Betriebssteuereinrichtung. operation control means serves to control the system. Deren Aufbau und Funktionsweise sind bekannt und brauchen hier nicht weiter erläutert zu werden. Their structure and function are well known and need not be discussed further herein.
  • [0023] [0023]
    Die Blätter The leaves 3 3 des Rotors sind bezüglich ihres Anstellwinkels θ gemessen zur Drehachse des Rotors verstellbar. of the rotor with respect to their angle of incidence θ measured relative to the axis of rotation of the rotor adjustable. Dafür ist für jedes der Blätter This is for each of the sheets 3 3 eine Verstelleinrichtung an adjustment device 4 4 angeordnet. arranged. Sie umfasst einen Stellmotor It includes a servomotor 5 5 mit einem Verstellgetriebe und ein Blattsteuerungsmodul with a variator and a blade control module 6 6 . , Zur Verbindung des Blattsteuerungsmoduls For connecting the blade control module 6 6 mit dem elektrischen Stellmotor with the electric servomotor 5 5 sowie mit der übergeordneten Betriebssteuereinrichtung sind verschiedene elektrische Schaltelemente vorgesehen, die nachfolgend näher beschrieben werden. as well as with the parent operation controller different electric switching elements are provided, which are described in more detail below.
  • [0024] [0024]
    Das Blattsteuerungsmodul The blade control module 6 6 ist zum Betrieb in zwei Betriebsarten ausgebildet. is adapted to operate in two modes. Die eine ist ein Normalbetrieb, in dem die Windenergieanlage betrieben wird zum Erzeugen elektrischen Stroms aus der Windenergie. One is a normal mode in which the wind turbine is operated for generating electric current from wind energy. Der Normalbetrieb wird kontrolliert von der Betriebssteuereinrichtung (nicht dargestellt). The normal operation is controlled by the operation controller (not shown). Die andere Betriebsart ist ein Notbetrieb, in dem die Windenergieanlage unter bestimmten Bedingungen in einen sicheren Betriebszustand gebracht wird. The other mode of operation is an emergency mode in which the wind power plant is brought into a safe operating state under certain conditions. Das bedeutet, dass der Rotor This means that the rotor 2 2 zum Stillstand gebracht wird und die Blätter is brought to a halt and leaves 3 3 in eine Fahnenstellung gebracht werden. are brought into a feathered position. Das dient nicht nur zum Schutz der Windenergieanlage vor Beschädigungen bei Starkwind, sondern auch als Schutzmaßnahme gegenüber einem Durchgehen der Anlage bei Ausfall wichtiger Betriebstechnik, insbesondere der Betriebssteuerungseinrichtung. This serves not only to protect the wind turbine from damage in high winds, but also as a protective measure against a runaway of the system in case of failure of key operational technology, in particular the operation control device. Damit der Notbetrieb auch dann durchgeführt werden kann und die Windenergieanlage in ihren sicheren Zustand versetzt werden kann, wenn aufgrund einer Störung keine Verbindung mit dem Stromnetz mehr besteht, weist die Windenergieanlage eine eigene Reserveenergiespeichereinrichtung auf. In order for the emergency operation can also be carried out and the wind turbine can be placed in its safe condition when not connected to the mains, there is more because of errors, the wind turbine on a separate reserve energy storage device. Sie ist als eine Akkumulatoreinrichtung It is designed as an accumulator 10 10 ausgeführt, die von der Betriebssteuerungseinrichtung (nicht dargestellt) im normalen Betrieb geladen wird, so dass ausreichend Energie für einen Notbetrieb stets zur Verfügung steht. executed by the operation control device (not shown) is loaded during normal operation so that power for emergency operation is available at all sufficient.
  • [0025] [0,025]
    Damit die Blätter So that the leaves 3 3 des Rotors ihre Fahnenstellung auch dann erreichen können, wenn Teile der Windenergieanlage, insbesondere Teile der Steuerungseinrichtung, ausgefallen sind, ist ein autarker Betrieb erforderlich. the rotor can then reach their feathered position when parts of the wind turbine, in particular parts of the controller have failed, autonomous operation is required. Dazu ist der Stellmotor For this purpose, the servomotor 5 5 so geschaltet, dass die Blätter switched so that the leaves 3 3 auch im ungeregelten Betrieb des Stellmotors also in the unregulated operation of the servomotor 5 5 in einer sicheren Geschwindigkeit in ihre Fahnenstellung verfahren werden. are moved to a safe speed to their feathered position.
  • [0026] [0026]
    Der Stellmotor The servomotor 5 5 ist als Doppelschlussmotor (sog. Compound-Motor) ausgebildet. (Compound engine so-called.) Is as a double-wound motor formed. Er umfasst einen Anker mit einer Ankerwicklung It includes an armature having an armature winding 50 50 , einer Erregungswicklung (fortan als Reihenschlusswicklung , An excitation winding (hereinafter referred to as a series winding 51 51 bezeichnet) sowie einer Nebenschlusswicklung hereinafter) and a shunt winding 52 52 . , Der Anker ist über das Verstellgetriebe (nicht dargestellt) mechanisch so mit jeweils einem Blatt The armature (not shown) via the adjusting mechanically, each having a sheet 3 3 verbunden, dass der Anstellwinkel θ beim Betätigen des Stellmotors connected so that the angle of incidence θ upon actuation of the servomotor 5 5 verändert wird. is changed. Die Verstelleinrichtung the adjusting 4 4 umfasst ferner das bereits erwähnte Blattsteuerungsmodul further includes the previously mentioned blade control module 6 6 . , Es ist über eine Motordrossel It is an engine throttle 64 64 und einen Gleichrichter and a rectifier 8 8th mit der Ankerwicklung with the armature winding 50 50 und der Reihenschlusswicklung and the series winding 51 51 verbunden. connected. Zur Energieversorgung sind an dem Blattsteuerungsmodul For energy supply are attached to the blade control module 6 6 bis zu drei Phasen vom Stromnetz für den Normalbetrieb sowie die beiden Pole einer Akkumulatoreinrichtung up to three phases from the mains for normal operation and the two poles of an accumulator 10 10 für den Notbetrieb angeordnet. arranged for emergency operation. Zum Umschalten zwischen Normalbetrieb und Notbetrieb dienen eine Mehrzahl von Schaltrelais For switching between normal operation and emergency operation to serve a plurality of switching relay 61 61 . , In In 2 2 sind sie in der Stellung dargestellt, die sie im Notbetrieb einnehmen. they are shown in the position they occupy in the emergency mode.
  • [0027] [0027]
    Ausgehend von dem positiven Pol U+ der Akkumulatoreinrichtung Based on the positive pole U + of the accumulator 10 10 fließt ein Ankerstrom durch eine Anlasseinrichtung flowing an armature current through a starting device 65 65 umfassend einen Vorwiderstand sowie ein Überbrückungsrelais, einen Arbeitskontakt des Schaltrelais comprising a series resistor and a bypass relay, a normally open contact of the switching relay 61 61 und eine Induktivität als Motordrossel and an inductor as an engine throttle 64 64 in die Ankerwicklung in the armature winding 50 50 des Stellmotors the servomotor 5 5 . , Aus dieser fließt der Ankerstrom an einen Wechselstromanschluss eines in Diodentechnik ausgeführten Gleichrichters From this flows the armature current to an AC connection of a rectifier diode technology executed in 8 8th , dessen anderer Wechselstromanschluss an das Blattsteuerungsmodul Whose other AC connection to the blade control module 6 6 über einen im Notbetrieb geöffneten Schaltkontakt des Schaltrelais on an open in emergency mode switching contact of the switching relay 61 61 geführt ist. is performed. An den positiven und negativen Anschlüssen des Gleichrichters At the positive and negative terminals of the rectifier 8 8th ist die Reihenschlusswicklung is the series winding 51 51 angeschlossen. connected. Am negativen Anschluss ist weiter über einen Schaltkontakt des Schaltrelais At the negative terminal is further via a switching contact of the switching relay 61 61 und eine Speiseleitung and a feed line 9 9 der negative Anschluss U- der Akkueinrichtung the negative terminal of the battery device U- 10 10 angeschlossen. connected. Der Stromfluss (I A ) im Motorbetrieb ist durch gestrichelte Pfeile dargestellt. The current flow (I A) during engine operation is shown by dashed arrows.
  • [0028] [0028]
    Die Nebenschlusswicklung The shunt winding 52 52 ist mit einer Seite über einen Schaltkontakt des Schaltrelais is connected to one side via a switching contact of the switching relay 61 61 und einer aus Vorwiderstand und Überbrückungsrelais bestehenden Feldschwächungseinrichtung and a series resistor and consisting of lock-up relay field weakening means 66 66 mit dem positiven Anschluss U+ der Akkumulatoreinrichtung to the positive terminal + U of the accumulator 10 10 verbunden, während die andere Seite der Nebenschlusswicklung connected, while the other side of the shunt winding 52 52 über einen anderen Arbeitskontakt des Schaltrelais through another contact of the switching relays 61 61 mit dem negativen Anschluss U- der Akkumulatoreinrichtung to the negative terminal of the accumulator U- 10 10 und über einen im Notbetrieb geöffneten Arbeitskontakt mit dem Blattsteuerungsmodul and an open work in emergency contact with the blade control module 6 6 verbunden ist. connected is.
  • [0029] [0029]
    Beim Betätigen des Schaltrelais When operating the switching relays 61 61 fließt Strom vom Anschluss U+ der Akkumulatoreinrichtung current flows from the terminal + U of the accumulator 10 10 einerseits durch die Nebenschlusswicklung on the one hand through the shunt winding 52 52 und erzeugt damit einen Erregungsfluss und andererseits fließt ein (positiver) Ankerstrom über die Motordrossel , thus generating an excitation flux, and on the other hand flows a (positive) armature current on the engine throttle 64 64 , die Ankerwicklung , The armature winding 50 50 und weiter über einen Ast des Gleichrichters and continue over a branch of the rectifier 8 8th als Erregungsstrom durch die Reihenschlusswicklung as an excitation current through the series winding 51 51 und schließlich zum anderen Anschluss U- der Akkumulatoreinrichtung and finally to the other terminal U of the accumulator 10 10 . , Die elektrischen Bauteile und die Auslegung des Stellmotors The electrical components and the design of the servomotor 5 5 sind so gewählt, dass sich eine gewünschte Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors are selected so that a desired adjustment of the servomotor 5 5 ergibt. results. Der Stellmotor The servomotor 5 5 bewegt beispielsweise das Rotorblatt for example, moves the rotor blade 3 3 mit einer Geschwindigkeit von 8°/Sek. at a rate of 8 ° / sec. in die Fahnenstellung. in the feathered position. Treten dabei Störungen auf, wie bspw. aerodynamische Lasten, die das Rotorblatt If this causes interference, such as. Aerodynamic loads that the rotor blade 3 3 in die Fahnenstellung zu verdrehen suchen, so wird der Stellmotor looking to twist into the feathered position, the actuator is 5 5 entlastet, wobei der Stellmotor relieved, wherein the servomotor 5 5 als generatorische Bremse wirken kann. can act as a regenerative brake. Die Flussrichtung des Ankerstroms I A dreht sich dabei um (durch einen ausgezogenen Pfeil in The flow direction of the armature current I A rotates around (by a solid arrow in 2 2 dargestellt), so dass der (negative) Ankerstrom durch die Motordrossel shown) so that the (negative) armature current by the engine throttle 64 64 über die Ankerwicklung via the armature winding 50 50 zu dem einen Wechselstromanschluss des Gleichrichters to an AC terminal of the rectifier 8 8th fließt. flows. Die den negativen Anschluss des Gleichrichters The negative terminal of the rectifier 8 8th mit diesem Wechselstromanschluss verbindende Diode fungiert hierbei nun als Freilaufeinrichtung with this AC outlet connecting diode functions here now as a freewheel device 7 7 und führt den Strom an der Reihenschlusswicklung and supplies the current to the series winding 51 51 vorbei über die Speiseleitung passing through the feed line 9 9 zum anderen Anschluss der Akkumulatoreinrichtung the other terminal of the accumulator 10 10 . , Die Reihenschlusswicklung The series winding 51 51 ist damit beim generatorischen Bremsen überbrückt. is thus bridging during regenerative braking. Der wirksame Widerstand vermindert sich dadurch etwa auf die Hälfte. The effective resistance is reduced by about half. Der wirksame Widerstand für den Ankerstrom ist definiert als die Summe der Wicklungswiderstände (Ankerwicklung The effective resistance for the armature current is defined as the sum of the winding resistances (armature winding 50 50 , Reihenschlusswicklung , Series winding 51 51 ) im Stromkreis des Ankerstroms I A . ) In the electric circuit of the armature current I A. Die Reihenschlusswicklung The series winding 51 51 erzeugt keinen magnetischen Fluss mehr, auf die Ankerwicklung does not produce a magnetic flux more in the armature winding 50 50 wirkt nur noch der konstante, von der Nebenschlusswicklung affects only the constant of the shunt winding 52 52 bewirkte, Fluss ein (siehe caused rivers (see 3 3 ). ). Die Drehzahl des Stellmotors The speed of the servomotor 5 5 wird damit stabilisiert (siehe is stabilized thereby (see 4 4 ). ). Überdrehzahl und damit der Gefahr von Instabilitäten wird auf diese Weise entgegengewirkt. Overspeed and thus the risk of instability is counteracted in this way.
  • [0030] [0030]
    Die Funktionsweise ist in dem elektrischen Ersatzschaltbild The operation is in the electrical equivalent circuit 1 1 noch einmal anschaulich dargestellt. again vividly. Im durch die Akkumulatoreinrichtung In through the accumulator 10 10 versorgten Notbetrieb fließt ein konstanter Erregungsstrom durch die Nebenschlusswicklung powered emergency operation flows a constant excitation current through the shunt winding 52 52 und bewirkt einen konstanten Fluss durch die Ankerwicklung and causing a constant flow through the armature winding 50 50 . , Weiter fließt ein (im Motorbetrieb positiver) Anker strom I A über die Anlasseinrichtung Next, a flow (in motor operation positive) Anchor current I A over the starting device 65 65 , die Motordrossel , The engine throttle 64 64 und die Reihenschlusswicklung and the series winding 51 51 , wobei die als Freilaufeinrichtung Wherein the device as a freewheeling 7 7 fungierende Diode sperrt, und schließlich durch die Ankerwicklung 50 zum negativen Anschluss U- der Akkumulatoreinrichtung locks acting diode, and finally through the armature winding 50 to the negative terminal of the accumulator U- 10 10 . , Dieser Stromfluss ist wiederum durch gestrichelte Pfeile dargestellt. This current flow is again represented by dashed arrows. Wird der Stellmotor If the servomotor 5 5 aufgrund von auf die Blätter due to the leaves 3 3 einwirkenden aerodynamischen Kräften entlastet, so dass der Stellmotor relieving action of the aerodynamic forces, so that the servomotor 5 5 als generatorische Bremse wirkt, so dreht sich die Stromrichtung und der Ankerstrom wird negativ. acts as a regenerative brake, the current direction and the armature current rotates becomes negative. Dies ist durch die durchgezogenen Pfeile symbolisiert. This is symbolized by the solid arrows. Für den nun negativen Ankerstrom wirkt die als Freilaufeinrichtung For now negative armature current acts as the freewheeling device 7 7 fungierende Diode nicht mehr sperrend, sondern leitend, so dass der Ankerstrom unter Umgehung der Reihenschlusswicklung acting diode is no longer blocking, but conductive, so that the armature current bypassing the series winding 51 51 durch die als Freilaufeinrichtung as by the freewheel device 7 7 fungierende Diode geleitet wird. acting diode is directed. Der Stromfluss durch die Reihenschlusswicklung The current flow through the series winding 51 51 geht bis auf einen geringen, durch die Schwellenspannung der Diode und den Widerstand der Reihenschlusswicklung goes down to a low, by the threshold voltage of the diode and the resistance of the series winding 51 51 bestimmten Wert zurück. certain value. Auf die Ankerwicklung In the armature winding 50 50 wirkt damit nur noch der Fluss ein, der durch die Nebenschlusswicklung thus only acts of the river that runs through the shunt winding 52 52 erzeugt wird. is produced.
  • [0031] [0031]
    Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die im elektrischen Ersatzschaltbild gemäß It should again be noted that the electrical equivalent circuit shown in 1 1 zusätzlich vorgesehene, als Freilaufeinrichtung additionally provided as freewheeling device 7 7 fungierende Diode üblicherweise bereits vorhanden ist, nämlich als Teil des Gleichrichters acting diode is usually already present, namely as part of the rectifier 8 8th , der zur Versorgung der Reihenschlusswicklung That the supply of the series winding 51 51 im wechselstromversorgten Normalbetrieb dient. used in AC-powered normal operation. Dies hat den besonderen Vorteil, dass für die Erfindung kein zusätzliches Bauelement benötigt wird. This has the particular advantage that for the invention, no additional component is needed. Gewünschtenfalls können aber selbstverständlich zusätzliche Dioden vorgesehen sein, z. However, if desired, of course, additional diodes can be provided for. B. in Reihenschaltung zu der als Freilaufeinrichtung fungierenden Diode. B. in series to acting as a freewheel diode. Damit kann die Schwellenspannung und so der durch die Reihenschlusswicklung Thus, the threshold voltage and thus through the series winding 51 51 fließende Strom beeinflusst werden. current flowing be affected.

Claims (18)

  1. Windenergieanlage umfassend einen Rotor ( Wind energy installation comprising a rotor ( 2 2 ) mit verstellbaren Blättern ( ) (With variable pitch blades 3 3 ), einer Verstelleinrichtung ( (), An adjustment device 4 4 ) für die Blätter mit einem Stellmotor ( ) (For the blades with an actuating motor 5 5 ), der mindestens eine Erregungswicklung aufweist, und einem Blattsteuerungsmodul ( (), Having at least one excitation winding, and a blade control module 6 6 ), und einem vom Rotor ( ), And one (from the rotor 2 2 ) angetriebenen Generator ( ) Driven generator ( 1 1 ), wobei die Verstelleinrichtung ( ), Wherein the adjusting device ( 4 4 ) einen Normalbetrieb und einen Notbetrieb aufweist, wobei in dem Normalbetrieb der Stellmotor ( ) Has a normal operation and an emergency operation, wherein (in the normal operation of the servomotor 5 5 ) von dem Blattsteuerungsmodul ( ) (By the blade control module 6 6 ) geregelt wird und im Notbetrieb der Stellmotor ( ) Is controlled and (in emergency operation of the servomotor 5 5 ) ungeregelt ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Verstelleinrichtung ( ) Is unregulated, characterized in that the adjusting device ( 4 4 ) mit einer Drehmomentschwächungseinrichtung versehen ist, die dazu ausgebildet ist, im Notbetrieb selbsttätig ein Schleppmoment des Stellmotors ( ) Is provided with a torque-reducing device which is designed to automatically drag torque of the servomotor (in emergency operation 5 5 ) zu vermindern. ) To decrease.
  2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentschwächungseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Erregerstrom (IE) des Stellmotors ( Wind power installation according to claim 1, characterized in that the torque-reducing device is designed to, an exciting current (IE) of the servomotor ( 5 5 ) zu verringern. ) to reduce.
  3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregungswicklung als Reihenschlusswicklung ( Wind power installation according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation winding (as a series winding 51 51 ) ausge führt ist. is) leads.
  4. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Erregungswicklung vorzugsweise als Nebenschlusswicklung ( Wind energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that a second excitation winding, preferably (as shunt winding 52 52 ) vorgesehen ist, auf welche die Drehmomentschwächungseinrichtung nicht wirkt. ) is provided to which the torque-reducing device does not act.
  5. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentschwächungseinrichtung als Freilaufeinrichtung ( Wind energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that the torque-reducing device (as a freewheeling device 7 7 ) ausgebildet ist, die bei geschlepptem Stellmotor ( is formed), which (when towed servomotor 5 5 ) die Erregungswicklung überbrückt. ) Bridges the field winding.
  6. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung ( Wind energy plant according to claim 5, characterized in that the freewheel device ( 7 7 ) als Ruhestromrelais ausgebildet ist. ) Is configured as closed-circuit relays.
  7. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung ( Wind energy plant according to claim 5, characterized in that the freewheel device ( 7 7 ) eine Diode umfasst. ) Comprises a diode.
  8. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung ( Wind energy plant according to claim 5, characterized in that the freewheel device ( 7 7 ) so ausgebildet ist, dass sie einen Mindeststrom durchlässt. ) Is formed so that it passes a minimum current.
  9. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungsstrom über einen Gleichrichter ( Wind energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation current (via a rectifier 8 8th ) an die Erregungswicklung geführt ist, wobei eine Speiseleitung ( ) Is guided to the excitation winding, with a feed line ( 9 9 ) für den Notbetrieb zumindest mit einem Pol gleichstromseitig des Gleichrichters ( ) (For the emergency operation at least to one pole on the DC side of the rectifier 8 8th ) angeschlossen ist. ) connected.
  10. Verfahren zum Ändern des Verstellwinkels von Blättern ( A method of changing the displacement angle of leaves ( 3 3 ) eines Rotors ( () Of a rotor 2 2 ) für Windenergieanlagen mit einem Stellmotor ( ) For wind power plants (with a servo motor 5 5 ), der im Normalbetrieb von einem Blattsteuerungsmodul ( ), The (in normal operation by a blade control module 6 6 ) geregelt wird und in einem Notbetrieb ungeregelt betätigt wird, mit den Schritten: Zuführen elektrischer Energie an eine Erregungswicklung des Stellmotors ( ) Is regulated and unregulated operated in an emergency mode, having the steps: (supplying electric power to an excitation winding of the actuator 5 5 ) über eine Speiseleitung für den Notbetrieb ( ) (Via a feed line for the emergency mode 9 9 ), Fahren der Blätter ( ), Driving the leaves ( 3 3 ) in eine vorbestimmte Stellung, gekennzeichnet durch Betätigen einer Drehmomentschwächungseinrichtung im Notbetrieb, die bei geschlepptem Stellmotor ( ) In a predetermined position, characterized by operating a torque-reducing device in emergency operation, which (when towed servomotor 5 5 ) dessen Schleppmoment verringert. ) Which drag torque is reduced.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Verringern des Erregerstroms (IE) bei geschlepptem Stellmotor ( The method of claim 10, characterized by reducing the exciting current (IE) in towed servomotor ( 5 5 ). ).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Überbrücken der Erregungswicklung im Notbetrieb. The method of claim 11, characterized by bypassing the excitation winding in the emergency mode.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Vorsehen einer zweiten Erregungswicklung, die nicht überbrückt wird. A method according to any one of claims 10 to 12, characterized by providing a second excitation winding which is not bridged.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass als Drehmomentschwächungseinrichtung eine Freilaufeinrichtung ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the torque-reducing device (a freewheel device 7 7 ) verwendet wird. ) is used.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Verwenden eines Ruhestromrelais als Freilaufeinrichtung ( A method according to claim 14, characterized by using a closed-circuit relay (as a freewheeling device 7 7 ). ).
  16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Verwenden einer Diode oder mehrerer in Reihe geschalteter Dioden als Freilaufeinrichtung ( A method according to claim 14, characterized by using a diode or of several diodes connected in series (as free-wheeling means 7 7 ). ).
  17. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Durchlassen eines Mindeststroms durch die Freilaufeinrichtung ( The method of claim 14, characterized by passing a minimum current through the freewheeling device ( 7 7 ). ).
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch Führen des Erregungsstroms über einen Gleichrichter ( Method according to one of claims 10 to 17, characterized by guiding the excitation current through a rectifier ( 8 8th ) an die Erregungswicklung, wobei eine Speiseleitung ( ) To the excitation winding, wherein a feed line ( 9 9 ) für den Notbetrieb zumindest mit einem Pol gleichstromseitig über den Gleichrichter ( ) For emergency operation on the DC side (at least with one pole across the rectifier 8 8th ) an die Erregungswicklung geführt wird. ) Is supplied to the excitation winding.
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