Die
Erfindung betrifft eine Windenergieanlage im wesentlichen bestehend
aus Turm, und darauf aufgesetzter Gondel die durch Stellantriebe
(genannt Azimutantriebe) drehbar ist, und mit einem oder mehreren
Generatoren, die entweder direkt oder über eine oder mehrere Getriebestufen
mit der Nabe gekoppelt sind, und mit mindestens einem an einer Nabe
befestigten Rotorblatt, das zur Begrenzung des vom Wind erzeugten
Drehmomentes und zur Begrenzung der Anlagenlasten, mindestens einen
Stellantrieb (genannt Pitchantrieb) für jedes Rotorblatt besitzt,
zur Einstellung des Blattwinkels.The
The invention relates to a wind turbine essentially consisting
from the tower, and gondola mounted on it by actuators
(called azimuth drives) is rotatable, and with one or more
Generators, either directly or through one or more gear stages
coupled to the hub, and at least one on a hub
attached rotor blade, which is used to limit the wind generated
Torque and to limit the plant loads, at least one
Actuator (called pitch drive) has for each rotor blade,
for adjusting the blade angle.
Die
erfindungsgemäße Windenergieanlage ist
gekennzeichnet durch frühzeitig
wirkende Lastenbegrenzung und insbesondere auch geeignet für Offshore
Anwendung im MW Leistungsbereich. Die Gestaltung gewährleistet
zudem insbesondere, dass auch bei Windstärken bei denen normalerweise
eine Abschaltung der Energieproduktion erfolgen muss, genannt erste
Abschaltwindstärke,
die Windenergieanlage noch weiter betrieben werden kann, bis zu
einer Abschaltwindstärke
zwei. Die dazu notwendigen Neuerungen werden gemäß Beschreibung, Aufgabenstellung
und Ansprüchen
vorgeschlagen, und betreffen die Herstellung, die Errichtung, und
die Energieproduktion in Extremsituationen.The
Wind turbine according to the invention is
characterized by early
acting load limitation and in particular also suitable for offshore
Application in MW output range. The design ensures
In addition, especially in wind forces where normally
a shutdown of energy production must be done, called first
Abschaltwindstärke,
the wind turbine can be operated even further, up to
a switch-off wind speed
two. The necessary changes are according to description, task
and claims
proposed, and concern the manufacture, construction, and
the energy production in extreme situations.
Dies
wird erreicht durch weiterführende
Gestaltungen der Pitchantriebe und mit der Einbeziehung von Ausführungen
zur Lastenbegrenzung in Verbindung mit den zur Lastenbeeinflussung
notwendigen Angaben zu den Azimutantrieben, und der Kombination
von Leistungselektronik mit dem Generator und dessen Ausführung.This
is achieved by continuing
Designs of the pitch drives and with the inclusion of designs
for load limitation in connection with the load influencing
necessary information on the azimuth drives, and the combination
of power electronics with the generator and its execution.
Generell
lassen sich die Vorschläge
an bekannten Strukturen von Windenergieanlagen für horizontal oder vertikal
gelagerte Rotoren anwenden. Besondere Vorteile hinsichtlich der
Anwendung bestehen durch die Verwendung eines direktangetriebenen
Generators, als Innenläufer
oder Außenläufer mit
permanenter Erregung und mit einem oder mehreren Statoren und Rotoren
in Zahnspulentechnik.As a general rule
let the suggestions go
on known structures of wind turbines for horizontal or vertical
use mounted rotors. Special advantages regarding the
Application consist of using a direct drive
Generator, as an internal rotor
or external rotor with
permanent excitement and with one or more stators and rotors
in dental coil technology.
Kennzeichnend
ist dabei die Erhöhung
der Betriebsicherheit verbunden mit einer Gewichts- und Baugrößenoptimierung,
insbesondere durch die Gestaltung und mechanische Integration in
die Anlage, sowie durch analytische Definition besonderer Kombinationen
aus Statorwicklung und Magnetpolen und der damit verbundenen Gestaltung
der Umrichter.characteristic
is the increase
operational safety combined with weight and size optimization,
in particular by the design and mechanical integration in
the plant, as well as by analytical definition of special combinations
from stator winding and magnetic poles and the associated design
the inverter.
Das
Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen Verbesserungen
betrifft die Betriebsiebssicherheit durch Stellantriebe, und im
wesentlichen das System zur Verstellung der Rotorblätter. Eingeschlossen
ist eine Bereitstellung von Hilfsenergie zur Windnachführung der
Gondel, z.B. im Falle eines Netzfehlers. Ebenfalls angegeben ist
ein Vorschlag für
einen werkseitigen Belastungstests des Generators, und eine vorteilhafte
Montage der Rotorblätter
während des
Aufbaues der Windenergieanlage an einem Standort mit erhöhtem Windaufkommen.
Zusätzlich wird
ein Generatorbetrieb mit reduzierter Leistung angegeben, im Falle
eines Defektes innerhalb des Systems Generator, Elektrik, Elektronik,
unter Berücksichtigung
besonderer Kühlung
des Generators. Enthalten ist auch ein Vorschlag wie eine vereinfachte
Reparatur am Generator ermöglicht
wird, auch wenn die Notwendigkeit als sehr gering bezeichnet werden
kann.The
Main feature of the improvements according to the invention
relates to the reliability of operation by actuators, and in
essentially the system for adjusting the rotor blades. Locked in
is a supply of auxiliary power for wind tracking the
Gondola, e.g. in case of a network error. Also indicated
a proposal for
a factory load test of the generator, and an advantageous
Assembly of the rotor blades
during the
Construction of the wind turbine at a location with increased wind.
In addition will
a generator operation with reduced power specified, in the case
a defect within the system generator, electrics, electronics,
considering
special cooling
of the generator. Also included is a proposal like a simplified one
Repair on the generator allows
even if the need is said to be very low
can.
Stand der TechnikState of the art
Wesentliche
Unterscheidungsmerkmale derzeitiger drehzahlvariabler Windenergieanlagen
sind Systeme mit getriebelosem Generator als Direktantrieb, wie
in 1 vereinfacht dargestellt, oder Ausführungen
bei denen ein Getriebe einen oder mehrere Generatoren antreibt.
Allgemein ist festzustellen, dass es bis heute noch keine Windenergieanlage
im Bereich großer
Leistung gibt, die eine sehr hohe Sicherheit unter schwierigen Bedingungen
wirklich nachweisen kann. Insbesondere bestehen erhöhte Risiken,
an einem Standort mit Wind im Überlebensbereich,
der dort nicht nur alle 50 Jahre wahrscheinlich ist.Essential distinguishing features of current variable speed wind turbines are systems with gearless generator as a direct drive, as in 1 shown in simplified form, or embodiments in which a transmission drives one or more generators. In general it can be stated that until today there is no wind power plant in the range of high power, which can really prove a very high security under difficult conditions. In particular, there are increased risks in a location with wind in the survival area, which is probable not only every 50 years.
Um
eine Windenergieanlage oberhalb eines Abschaltwindes von z.B. 25
m/s in einem Bereich einer Windstärke von z.B. bis 35 m/s weiter
betreiben zu können,
wird gemäß DE-195 32 409-B4 vorgeschlagen,
die Leistung der Windenergieanlage und die Betriebsdrehzahl des
Rotors ab der ersten Abschaltgeschwindigkeit in Abhängigkeit
vom Anstieg der Wind- und Anströmgeschwindigkeit
zu vermindern. Problem ist dabei, dass die für eine Reaktion benötigten Winddaten
nur verzögert
ermittelt werden können,
da Messwerte mehrere Sekunden gemittelt und ausgewertet werden müssen, und
so eine Aktion zur Begrenzung von Spitzenlasten immer zu spät eingeleitet
wird.In order to be able to continue to operate a wind power plant above a turn-off wind of, for example, 25 m / s in a range of a wind force of, for example, up to 35 m / s, the following is used DE-195 32 409-B4 proposed to reduce the power of the wind turbine and the operating speed of the rotor from the first shutdown speed in response to the increase of the wind and Anströmgeschwindigkeit. The problem with this is that the wind data required for a reaction can only be determined with a delay, since measured values have to be averaged and evaluated over several seconds, and thus an action for limiting peak loads is always initiated too late.
Ähnliches
wird in DE-10
2006 034 106-A1 beschrieben, jedoch fehlt auch hier die
Angabe wie Lasten tatsächlich
limitiert werden sollen, da die beschriebenen Verfahren ebenfalls
Zeitverzug zur Auswertung beinhalten, und zudem ungenau sind.Something similar will happen in DE-10 2006 034 106-A1 However, here too there is no indication of how loads should actually be limited, since the methods described also include time delay for the evaluation, and are also inaccurate.
Eine
durch schnelle Windänderung
entstehende Lastenänderung
lässt sich
mittels dieser Angaben nicht mit kurzer Verzögerung erkennen, und somit
auch nicht begrenzen. Die pauschale Angabe, dass beliebige Sensoren
der Anlage eine Reduzierung von Leistung und Drehzahl zur Folge
haben sollen, ist nicht ausgeführt,
bzw. stellt auch keine Neuerung dar, da derartiges an jeder mit
Stellantrieben für die
Rotorblätter
ausgerüsteten
Windenergieanlage trivial ist. Auch eine Ableitung aus der Aktivität des Pitchsystems
erlaubt keine möglichst
frühzeitige
Erkennung einer Laständerung,
da der Beginn einer Pitchaktivität
von der Erfassung der bereits verzögerten Signalauswertung abhängt.A change in load resulting from a rapid wind change can not be detected with a short delay by means of this information, and thus can not be limited. The blanket statement that any sensors of the system should have a reduction of power and speed result, is not executed, or is no innovation, since such at each with actuators for the rotor blades equipped wind turbine is trivial. A derivation from the activity of the pitch system does not allow the earliest possible detection of a load change, since the beginning of a pitch activity depends on the detection of the already delayed signal evaluation.
Nicht
berücksichtigt
wird bei allen bekannten Verfahren, dass durch Windböen bereits
im 100 ms Bereich erhebliche Lastspitzen stattfinden und dadurch
erhöhte
Gefahr frühzeitiger
Ausfälle
von Komponenten und Ermüdungen
sicherheitskritischer Teile entsteht. Dies lässt sich durch Windmessung,
Dehnungsmessstreifen und Schwingungssensoren nur unzureichend beherrschen,
da entsprechende Auswerteverfahren wertvolle Zeit verstreichen lassen, und
dadurch nur verzögerte
Einflussnahme zur Lastenbegrenzung erfolgen kann. Weitere Grenzlasten können entstehen
wenn die Windenergieanlage z.B. bei einer Netzstörung abgeschaltet werden muss, wozu
die Rotorblätter
(3) in den Bereich der „Fahnenstellung" (6, 6.1)
verstellt werden. Dies erfolgt durch Pitchantriebe (7) über die
Verzahnung am Blattlager (7.3) und wodurch die Nabe (15)
dann bei Frontanströmung
auch bei Extremwind nur noch eine kleine Drehzahl annehmen kann,
sofern sie nicht durch eine mechanische Fail-safe Bremse ganz blockiert
wird.Not considered in all known methods that wind peaks already in the 100 ms range take place considerable load peaks and thus increased risk of premature failure of components and fatigue of safety-critical parts arises. This can only be adequately controlled by wind measurement, strain gauges and vibration sensors, since corresponding evaluation procedures can allow valuable time to elapse, and thus only delayed control of the load can be achieved. Further limit loads may arise if the wind energy plant has to be switched off, eg in the event of a power failure, for which purpose the rotor blades ( 3 ) into the area of the "flag position" ( 6 . 6.1 ) are adjusted. This is done by pitch drives ( 7 ) about the toothing on the blade bearing ( 7.3 ) and whereby the hub ( 15 ) then at frontal flow even in extreme wind can only accept a small speed, unless it is completely blocked by a mechanical fail-safe brake.
Durch
die direkte Aufschaltung einer gepufferten DC-Spannung an die DC
Pitchantriebe entsteht eine nicht kontrollierte Drehzahl der Pitchantriebe
(7) mit der Gefahr kritischer Turmschwingung wegen zu steiler
aerodynamischer Bremsung, und es besteht zudem die Gefahr, dass
Energie aus Batterien oder Kondensatoren versagt, und somit die
Sicherheitsfunktion verloren geht.The direct connection of a buffered DC voltage to the DC pitch drives results in an uncontrolled speed of the pitch drives ( 7 ) with the risk of critical tower vibration due to steep aerodynamic braking, and there is also a risk that energy from batteries or capacitors fails, and thus the safety function is lost.
Eine
Erhöhung
der Sicherheit für
die Blattrückstellung
wird in Patent DE-197
20 025.B4 gezeigt, indem ein mechanischer Energiespeicher
aus Spiralfedern die Rückstellung
ausführt,
und der keine Haltebremse am Rotorblatt benötigt, mit der Gefahr dass dies
nicht öffnet,
jedoch wird bei extremer Stelltätigkeit
wie an Starkwindstandorten möglich,
die erwartete Lebensdauer von 20 Jahren nicht mehr sicher nachweisbar.An increase in the security for the sheet reset is in patent DE 197 20 025 B4 shown by a mechanical energy storage of coil springs performs the reset, and does not require a holding brake on the rotor blade, with the risk that this does not open, however, is possible in extreme Stellelltigkeit as in strong wind locations, the expected life of 20 years no longer reliably detectable.
Nachteilig
bei bekannten Verfahren der Pitchantriebe mit elektrischem Energiespeicher,
ist die unsichere Funktion der Rückstellbewegung
zur Fahnenstellung (6), und somit ein möglicher Totalschaden wegen
hochdrehendem Rotor.A disadvantage of known methods of pitch drives with electrical energy storage, the unsafe function of the return movement to the flag position ( 6 ), and thus a possible total loss due to high-speed rotor.
Technologie
wie z.B. in DE-100
33 029-B4 vorgeschlagen, hat den Nachteil, dass der Sicherheitsantrieb
im Falle eines Blitzeinschlages bei beschädigtem Blitzschutz, seine Funktion
total verlieren kann, und dadurch der Rotor durchdrehen wird, sofern
nicht eine zusätzliche
mechanische Bremse die Redundanz der Abbremsung gewährleistet.Technology such as in DE-100 33 029-B4 proposed, has the disadvantage that the safety drive in the event of a lightning strike with damaged lightning, its function can totally lose, and thereby the rotor will spin, unless an additional mechanical brake ensures the redundancy of the deceleration.
Kritisch
hinsichtlich der Anlagenlasten ist zudem, dass eine gemäß dem Stand
der Technik verwendete stromlos geschlossene Haltebremse das Rotorblatt
unbeabsichtigt auf der aktuellen Position blockieren kann. Im Falle
z.B. eines gebrochenen Anschlusskabels für die Magnetspule der Blatt-Haltebremse,
wird das Rotorblatt nicht freigegeben, und ermöglicht keine Sicherheitsverstellung
zur Fahnenlage, gefolgt von kritischen Zuständen für die Anlage, sofern die Störung nicht
bei geringer Windstärke
eintritt. Derartige Risiken sind ebenfalls erkennbar gemäß EP1029176-B1 ,
wobei ein Rotorblatt nur durch eigenen Massenschwerpunkt zurückdrehen
soll, und im Falle eines Ausfalls der Leistungsversorgung eine Rücklaufsperre
vorgeschlagen wird, um eine Bewegung in die Arbeitsposition zu verhindern.
Eine Lösung
des Problems zur sicheren Rückstellung
ist dadurch nicht gewährleistet,
da z.B. bei Netzausfall im Bereich des Abschaltwindes, und mit z.B.
verspanntem Rotorblattlager (7.4), das Rotorblatt (3)
sich nicht oder nur mit sehr geringer Geschwindigkeit zurückstellen
wird, wodurch ebenfalls Überdrehzahl
der Nabe (15) und erhebliche Beschädigung wahrscheinlich wird.
In WO-2006/096895 wird
vorgeschlagen, eine außerhalb
der Nabe zu installierende Notstromversorgung für alle Stellantriebe gemeinsam
bereitzuhalten, und ergänzend
dazu noch eine mechanische Bremse zu verwenden, die den Rotor abbremsen
kann. Derartige Konstellation löst
aber das Problem nicht, eine sichere Rückstellung der Rotorblätter zu
gewährleisten.
Im Gegenteil bedeutet dies im Falle eines Kurzschlusses z.B. im
Schleifringübertrager,
den möglichen
Ausfall der parallel versorgten Rotorblatt-Stellantriebe, und die
mechanische Rotorbremse müsste
in der Lage sein die komplette Energie der Abbremsung aufzunehmen,
was bei immer größer werdender
Anlagen immer aufwendiger wird.In addition, it is critical with regard to the plant loads that a normally closed holding brake used according to the prior art can unintentionally block the rotor blade at the current position. In the case of, for example, a broken lead wire for the solenoid of the blade holding brake, the rotor blade will not be released, and will not allow for safety adjustment to the flag position, followed by critical conditions for the equipment unless the disturbance occurs at low wind speeds. Such risks are also recognizable in accordance with EP1029176-B1 , in which a rotor blade should only turn back by its own center of gravity, and in the case of a power failure, a backstop is proposed to prevent movement into the working position. A solution of the problem for safe recovery is not guaranteed because, for example, in the event of a power failure in the area of the shutdown wind, and with, for example, distorted rotor blade bearings ( 7.4 ), the rotor blade ( 3 ) will not reset or only at very low speed, which also overspeed the hub ( 15 ) and significant damage is likely. In WO-2006/096895 It is proposed to provide an emergency power supply to be installed outside the hub for all actuators together, and to additionally use a mechanical brake which can decelerate the rotor. However, such a constellation does not solve the problem of ensuring a safe return of the rotor blades. On the contrary, this means in the case of a short circuit, for example, in Schleifringübertrager, the possible failure of the parallel-powered rotor blade actuators, and the mechanical rotor brake would have to be able to absorb the full energy of deceleration, which is becoming increasingly complex with ever-larger systems.
Bei
Rotorblättern
in Fahnenlage und seitlicher Anströmung findet ebenfalls eine
Zunahme der Anlagenlasten statt, sofern das Rotorblatt auf fixer Position
am Anschlag in Fahnenlage gehalten wird. Eine mögliche Lösung dieses Problems beinhaltet bereits DE 197 20 025-B4 ,
wobei mehrere jedem Rotorblatt zugeordnete Spiralfedern automatisch
die Drehung des Rotorblattes in Richtung Arbeitsposition auf einen
kleinen Winkelbereich begrenzen. Andere Verfahren für eine weiche
Fahnenstellung der Rotorblätter
sind für
Windenergieanlagen im MW Bereich nicht bekannt.In rotor blades in lane position and lateral flow also an increase in plant loads takes place, provided that the rotor blade is held in a fixed position on the fence in lath position. One possible solution to this problem already exists DE 197 20 025-B4 , wherein a plurality of coil springs associated with each rotor blade automatically limit the rotation of the rotor blade in the direction of the working position to a small angular range. Other methods for soft feathering of the rotor blades are not known for MW wind turbines.
Ein
weiteres Problem besteht beim Betrieb an Starkwindstandorten durch
häufigere
Aktivität
der Pitchantriebe (7), um die wechselnde oberhalb Nennwind
befindliche Windenergie zu begrenzen. Als Folge davon besteht erhöhte Belastung
und Abnutzung der Verzahnung der Getriebestufen der Pitchantriebe (7),
und dies insbesondere beim Wechsel der Drehrichtung, und somit der
dynamischen Umkehr der Zahnflankenberührung innerhalb der Getriebe
(7.1) der Stellantriebe (7) und der Zähne zwischen
Abtriebsritzel (7.2) und Blattlagerverzahnung (7.3).Another problem is the operation in strong wind locations by more frequent activity of the pitch drives ( 7 ) to limit the changing wind energy above nominal wind. As a result, there is increased load and wear of the teeth of the gear stages of the pitch drives ( 7 ), and this in particular when changing the direction of rotation, and thus the dynamic reversal of the tooth flank contact within the transmission ( 7.1 ) the actuators ( 7 ) and the teeth between output pinion ( 7.2 ) and journal bearing teeth ( 7.3 ).
Ein
Versuch die Stellantriebe für
höhere
Belastung auszulegen wird in DE 101 16 011-B4 unternommen, jedoch wird
das Problem der Zahnbeschädigung
nicht gelöst,
sondern nur durch doppelten Aufwand reduziert. Zudem enthält das Patent
technische Angaben die nicht der gewünschten Funktion entspre chen
können,
da z.B. ein Gleichstrom nicht geeignet ist um einen Asynchronmotor
auf einer gewünschten
Position festzuhalten.An attempt to design the actuators for higher load is in DE 101 16 011-B4 However, the problem of tooth damage is not solved, but reduced only by double effort. In addition, the patent contains technical information which can not comply with the desired function, since, for example, a direct current is not suitable for holding an asynchronous motor at a desired position.
In DE 10 2004 024 564
B4 wird ebenfalls ein Verfahren beschrieben das Lasten
reduzieren soll, indem der Rotor innerhalb eines Trudelbereiches
mit einstellbarem Blattwinkel in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit
betrieben werden soll. Eine Lastenüberhöhung abzuwenden ist auch durch
diesen Vorschlag nicht gewährleistet,
da z.B. nach Installation der Anlage und bei Verzögerung des
Netzanschlusses, oder auch bei Netzabschaltung im Betrieb, nach einem
Ausfall eines ohne Redundanz arbeitenden Hilfsgenerators die Lastenreduzierung
nicht mehr funktioniert. Auch die Vorschläge der Verwendung von Notstromaggregaten
oder dergleichen, können nicht
als dauerhafte Lösung
zur Lastenbegrenzung bezeichnet werden, da bereits eine einfache
Störung, wie
z.B. fehlender Kraftstoff, das System versagen lässt. Ebenfalls nicht gelöst ist dabei
das Problem bei aufkommendem Wind nach Windstille und bei ausgefallenem
Netz, da der Pitchantrieb nicht verstellt werden kann ohne Energie
des Hilfsgenerators, aber der Hilfsgenerator gemäß Vorschlag erst Energie erzeugen
soll, nachdem der Pitchantrieb den Blattwinkel für erhöhte Trudeldrehzahl eingestellt
hat, und somit das System nicht zur beschriebenen Funktion gelangen
kann. Ein zusätzliches
Sicherheitsproblem dieses Vorschlages besteht darin, dass sofern
der Hilfsgenerator nach Verstellung auf höhere Trudeldrehzahl ausfällt, keine
Rückstellung
der Rotorblätter
in die Fahnenlage mehr stattfinden kann.In DE 10 2004 024 564 B4 A method is also described which is intended to reduce loads by operating the rotor within a spin range with adjustable blade angle as a function of the wind speed. Avoiding excessive loads is also not guaranteed by this proposal, since, for example after installation of the system and delaying the power connection, or even in power off in operation, after a failure of a working without redundant auxiliary load reduction no longer works. Also, the proposals of using emergency generators or the like, can not be referred to as a permanent solution for limiting loads, since even a simple fault, such as lack of fuel, the system can fail. Also not solved is the problem in the oncoming wind after calm and failed network because the pitch drive can not be adjusted without energy of the auxiliary generator, but the auxiliary generator according to proposal to generate energy after the pitch drive has set the blade angle for increased spin speed, and thus the system can not get to the described function. An additional security problem of this proposal is that if the auxiliary generator fails after adjustment to higher turbo speed, no provision of the rotor blades can take place in the flag layer more.
Dem
Stand der Technik entsprechende Pitchantriebe enthalten zusätzlich den
Nachteil, dass sofern eine während
der Montage der Rotorblätter
erforderliche Drehbewegung des Blattlagers mittels externer Stromversorgung
für die
Bremsenbetätigung stattfinden
muss, wodurch ein Gefahrpotential für das Montage- und Servicepersonal
besteht, wegen einem möglichen
unbeabsichtigten schwerkraftabhängigen
Verdrehen des Rotorblattes.the
Prior art pitch drives additionally include the
Disadvantage that provided one during
the assembly of the rotor blades
required rotational movement of the blade bearing by means of external power supply
for the
Brake operation take place
must, which creates a danger potential for the assembly and service personnel
exists, because of a possible
unintentional gravity-dependent
Turning the rotor blade.
Insbesondere
für an
Starkwindstandorten zu betreibenden Windenergieanlagen wird es schwierig Zeitfenster
mit geringer Windstärke
zu finden, um den komplett mit Flügel vormontierten Rotor (15)
mittels Kran z.B. an der bereits am Turmkopf befindlichen Generatorwelle
(17) anzubringen.Particularly for wind turbines to be operated at high-wind locations, it is difficult to find time windows with low wind strength in order to obtain the rotor completely preassembled with wings (US Pat. 15 ) by means of a crane, for example, on the generator shaft already at the top of the tower ( 17 ).
Seit
Beginn der Montage von Anlagen auch unterhalb des MW Bereichs, ist
es Praxis, dass Rotorblätter
und/oder Blattlager auch ohne großen Kran montiert werden, und
dies mittels Seilen, Umlenkrollen und Hebeeinrichtungen am Blatt
und an der Anlage stattfindet. Eine Ausgestaltung dazu wird in DE 103 03 555-B4 beschrieben,
wobei das beschriebene Verfahren nicht schlüssig ist, da nicht offenbart
wurde wie nach Anbringung eines Rotorblattes in 6 Uhr Stellung,
dieses dann mit der Nabe (3) gegen die Schwerkraft nach
oben gedreht werden soll, damit der nächste Rotorblatt-Anschraubpunkt
nach unten gedreht werden kann, und so nacheinander auch weiteren
Rotorblätter
montiert werden können.
Eine weitere Ausgestaltung zur Montage von Rotorblättern ohne
Kran bis Nabenhöhe,
beschreibt WO-2006/053554-A2 ,
jedoch wird auch dort nicht offenbart wie bei einer Anlagenerrichtung
nacheinander alle Rotorblätter
in der 6 Uhr Stellung des Blatt-Anschlusspunktes an der Nabe montiert
werden sollen. Im Falle, dass eine Windenergieanlage bei Windstärken die
in Nähe
der berechneten Überlebenswindstärke liegt
ohne ein redundantes System der Windnachführung betrieben wird, entstehen ebenfalls
Extremlasten auf die mechanischen Komponenten, sofern der Wind die
Frontanströmung
verlässt.
Patent DE 100 58 076-C2 beschreibt
ein Verfahren zur Lastenbegrenzung innerhalb der Windenergieanlage,
bei dem die Windnachführung
den Blattrotor in Lee-Position verstellen soll, und wobei die Rotorblätter bis
in eine 180°-Position
gedreht werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass
ei ne Störung
der Energieversorgung sowohl für Stellantriebe
der Rotorblätter
als auch der Windnachführung
nicht berücksichtigt
wird.Since the beginning of the installation of plants also below the MW range, it is practice that rotor blades and / or blade bearings are mounted without a large crane, and this takes place by means of ropes, pulleys and lifting devices on the sheet and the system. An embodiment of this is in DE 103 03 555-B4 described method is not conclusive, since it was not disclosed as after attachment of a rotor blade in 6 o'clock position, this then with the hub ( 3 ) is to be turned upwards against gravity, so that the next rotor blade attachment point can be turned downwards, so that successive rotor blades can also be mounted. Another embodiment for mounting rotor blades without crane to hub height, describes WO-2006/053554-A2 However, it is also not disclosed there as in a system installation successively all rotor blades in the 6 o'clock position of the blade connection point to be mounted on the hub. In the event that a wind turbine is operated at wind strengths close to the calculated survival wind force without a redundant wind tracking system, extreme loads also arise on the mechanical components, as long as the wind leaves the front approach. patent DE 100 58 076-C2 describes a method for limiting loads within the wind turbine, in which the wind tracking is to displace the blade rotor in the leeward position, and wherein the rotor blades are rotated to a 180 ° position. A disadvantage of this method is that ei ne disturbance of the power supply for both actuators of the rotor blades and the wind tracking is not considered.
Nach DE 100 23 440 C1 soll
als Neuerung zum Betrieb der Windnachführung, eine oder mehrere Asynchronmaschinen
während
der Drehbewegung durch einen Frequenzumrichter mit Drehstrom variabler
Frequenz beaufschlagt werden, sowie im Stillstand mit Gleichstrom,
um Drehmomentschwankungen zu verhindern und gleichmäßige Lastenverteilung
zu erhalten. Nachteilig ist, dass sich mit dargestellter Ausführung die
Probleme höchstens
ansatzweise lösen
lassen, da die angeblichen unterschiedlichen Drehzahlen der Antriebe,
durch Unsymmetrien der Verzahnung, sich nicht durch den Betrieb mehrerer
Motoren an einem Frequenzumrichter beseitigen lassen können. Da
der angegebene Frequenzumrichter keinen Zwischenkreis besitzt, lässt sich
auch keine Energie zwischen mehreren Geräten austauschen, oder Energiezuführung in
den Zwischenkreis vornehmen. Ebenfalls nicht möglich ist eine Drehmomentüberwachung
durch diesen Frequenzumrichter, der Drehstrom mit variabler Frequenz
auf einen Asynchronmotor beaufschlagen soll, oder Gleichstrom im
Stillstand. Zudem besteht kein Hinweis wodurch Schwingungen gedämpft werden sollen,
und wie ein Spiel innerhalb der Verzahnung (10) und Ritzel
(10.1) sowie dem Ritzel (10.2) während einem
Verstellzyklus eliminiert werden soll. Azimutantriebe (8, 9)
mit Frequenzumrichterbetrieb wurden erstmals 1997 an einer 600 kW
Prototyp Windenergieanlage beim Germanischen Lloyd zur Zertifizierung
beauftragt, lösen
aber in der bekannten Form nicht die durch großes Zahnspiel der Azimutantriebe entstehenden
Probleme.To DE 100 23 440 C1 is to be applied as innovation to the operation of the wind tracking, one or more asynchronous machines during the rotational movement by a frequency converter with three-phase variable frequency, as well as at standstill with DC, to prevent torque fluctuations and to obtain uniform load distribution. The disadvantage is that with the illustrated embodiment, the problems can be solved at most rudimentary, since the alleged different speeds of the drives, by asymmetries of the teeth, can not be eliminated by the operation of multiple motors to a frequency converter. Since the specified frequency converter does not have a DC link, it is also not possible to exchange energy between several devices or to carry out energy supply to the DC link. Also not possible is a torque monitoring by this frequency converter, which is to apply three-phase current with variable frequency to an asynchronous motor, or DC at standstill. In addition, there is no indication that vibrations should be damped, and how a game within the gearing ( 10 ) and pinion ( 10.1 ) and the pinion ( 10.2 ) should be eliminated during an adjustment cycle. Azimuth drives ( 8th . 9 ) with frequency converter operation were commissioned for the first time in 1997 on a 600 kW prototype wind turbine at Germanischer Lloyd for certification, but solve in the known form not caused by the great backlash of the azimuth drives problems.
Zudem
zeigen derzeitig verfügbare
Systeme keine Möglichkeit
wie eine Schwergängigkeit
innerhalb des Stellsystems für
die Windnachführung
frühzeitig
erkannt werden soll. Ein Vorschlag wird in DE-10-2004 051 054-A1 gemacht, indem
durch Messung der Temperatur, z.B. an einer Bremse des Stellantriebes
(8, 9), die Betriebsicherheit verbessert werden
soll, und dass der Sensor auch Abnutzungserscheinungen erfassen
soll. Diese Ausführung
hat den Nachteil, dass eine nicht geöffnete Bremse, die an einem
am Elektromotor (8.1) u. (9.1) der Windnachführung angebaut
ist, der nur kurze Drehbewegungen ausführt, nur unsicher erkannt werden
kann, aber zumindest die Erkennung erst mit großer Verzögerung erfasst wird. Eine Definition,
wie die Abnutzungserscheinung durch einen Temperatursensor erkannt
wird, ist nicht ausgeführt,
auch ist nicht erkennbar, wie und welcher Gewinn an Betriebsicherheit entstehen
soll.In addition, currently available systems show no way how a stiffness within the control system for wind tracking should be detected early. A proposal will be made in DE-10-2004 051 054-A1 made by measuring the temperature, eg on a brake of the actuator ( 8th . 9 ), the operational safety is to be improved, and that the sensor should also detect signs of wear. This embodiment has the disadvantage that an unopened brake which is connected to one of the electric motor ( 8.1 u. ( 9.1 ) the wind tracking is cultivated, which executes only short rotational movements, can only be detected uncertainly, but at least the detection is detected only with great delay. A definition of how the wear phenomenon is detected by a temperature sensor, is not executed, and it is not clear how and what profit to safety.
Bekannte
direktangetriebene Generatoren besitzen zudem erhebliche Nachteile
durch Abmessungen und Gewichte, da diese Generatoren auch noch heute
in der Ausführung
mit 6-phasiger Wicklung durch ungesteuerte Wechselrichter belastet werden
(Fachbuch Heier, 2005, Seite 216), wodurch eine Beeinflussung der
Generator-Stromkurvenform zur Reduzierung von Geräuschen und
Vibrationen, sowie der Belastung mit reinem Wirkstrom, nicht ermöglicht wird.Known
Direct-drive generators also have considerable disadvantages
by dimensions and weights, as these generators still today
in the execution
be loaded with 6-phase winding by uncontrolled inverter
(Specialist book Heier, 2005, page 216), whereby an influence of the
Generator current waveform for reducing noise and noise
Vibrations, as well as the load with pure active current, is not possible.
Zudem
sind derartige Maschinen mit überlappenden
Wicklungen teuer wegen aufwändiger Handarbeit,
und durch Überlappung
der Spulen an den Wickelköpfen
entsteht erhöhte
Gefahr eines Isolationsfehlers. Der wesentlichste Nachteil dieser Technology
besteht aber durch hohe Lastenüberhöhung im
Falle eines Klemmenkurzschlusses, wobei dies eine etwa sechsfache
Lastzunahme im Strebensystem (13) für den Stator (12),
und dem Strebensystem (14) für den Rotor (2) bewirkt.In addition, such machines with overlapping windings are expensive because of elaborate manual work, and overlapping the coils on the end windings increases the risk of an insulation fault. The most significant disadvantage of this technology, however, is the high load increase in the event of a terminal short circuit, which is an approximately six-fold increase in load in the strut system ( 13 ) for the stator ( 12 ), and the striving system ( 14 ) for the rotor ( 2 ) causes.
In
dem Fachbuch Heier, Ausgabe 1996, Seite 193 Bild 3.6.12 werden zwei
beispielhafte Windenergieanlagen dargestellt, bei denen Stator und
Rotor eine als Stabkonstruktion erkennbare Ausführung zeigen. Ein identisches
Bild zeigt der 1994 im Windtestfeld Kaiser Wilhelm Koog installierte
Heidelberg-Rotor.
Exakt ein derartiges Grundprinzip der Strebenausführung zur
Montage von Stator und Rotor wird Jahre später in EP-13 01 975-B1 als „Tragarme" in „Stabkonstruktion" für Stator
und Rotor als Neuheit beansprucht.In the textbook Heier, Issue 1996, page 193 Figure 3.6.12 two exemplary wind turbines are shown, in which stator and rotor show a recognizable as a rod construction design. An identical picture shows the Heidelberg rotor installed in 1994 in the wind test field Kaiser Wilhelm Koog. Exactly such a basic principle of the strut design for the assembly of stator and rotor will be years later EP 13 01 975 B1 claimed as "support arms" in "rod construction" for stator and rotor as novelty.
Die
Befestigung der Stabkonstruktion (13, 14) gemäß dem Stand
der Technik nach 1.1 und 1.2,
zeigt erheblichen Aufwand an Schraubverbindungen (16) für das Stabsystem.
Die zum Zentrum gerichteten Schrauben (16) müssen alle
Kräfte im
Generatorsystem halten, und es ist auch eine aufwändige Anpassung
der Streben erforderlich um guten Rundlauf und konstanten Luftspalt
zwischen Stator (12) und Rotor (2) zu gewährleisten.The attachment of the rod construction ( 13 . 14 ) According to the prior art after 1.1 and 1.2 , shows considerable expenditure on screw connections ( 16 ) for the bar system. The screws directed towards the center ( 16 ) must hold all forces in the generator system, and it is also a complex adaptation of the struts required for good concentricity and constant air gap between the stator ( 12 ) and rotor ( 2 ) to ensure.
Eine
Variante, gemäß 1.3, umgeht eventuelle Probleme mit einem Strebensystem
und wird dargestellt in DE-600
29 977-T2 , nachdem diese Konstruktion bereits 1997 von
Firma Lagerwey NL an Prototypen eingesetzt wurde. Es wird eine getriebelose
Windenergieanlage mit einem Hauptlager (19) gezeigt. Dabei
kann das Strebensystem (13.1) und (14.1) mit Anbindung
an Nabe (17.1) und Achse (18.1) gekürzt werden,
und reduziert die Belastung an den Schraubverbindungen (16)
gegenüber
der Ausführung
nach 1.1 und 1.2.
In der später erfolgten
Patentanmeldung WO
02/057625-A1 wird eine direkt vergleichbare Anordnung einer
Lagerung mit einem Kompaktlager nochmals beansprucht.A variant, according to 1.3 , circumvents any problems with a striving system and is presented in DE-600 29 977-T2 After this construction was already used in 1997 by company Lagerwey NL prototypes. There will be a gearless wind turbine with a main bearing ( 19 ). In this case, the struts system ( 13.1 ) and ( 14.1 ) with connection to hub ( 17.1 ) and axis ( 18.1 ) and reduces the load on the screw connections ( 16 ) compared to the execution after 1.1 and 1.2 , In the later patent application WO 02/057625-A1 If a directly comparable arrangement of storage with a compact storage claimed again.
Weiterhin
ist es im Falle einer Betriebsstörung
von erheblicher Bedeutung, eine möglichst verzögerungsfreie
Abbremsung des Rotors einzuleiten, jedoch zumindest derart zu reagieren,
dass z.B. bei Unterbrechung der Netzeinspeisung nur eine sehr geringe
Drehzahlzunahme des Rotors stattfindet. Ansätze die den Generator selbst
als Bremse verwenden, indem Verbindungen zwischen den Phasen der Generatorwicklung
hergestellt werden, scheitern bei bisher bekannter Technik für MW Anlagen,
wegen der Höhe
der zu vernichtenden Energie und der Gefahr einer Entmagnetisierung
bei Verwendung konventioneller Generatortechnik mit überlappender Wicklung.Farther
it is in case of a malfunction
Of considerable importance, a possible delay
Deceleration of the rotor, but at least to react in such a way
that e.g. when the mains supply is interrupted, only a very small one
Speed increase of the rotor takes place. Approaches the generator itself
use as a brake by making connections between the phases of the generator winding
be manufactured, fail with previously known technology for MW systems,
because of the height
the energy to be destroyed and the danger of demagnetization
when using conventional generator technology with overlapping winding.
Generell
ist zudem der Betrieb an Standorten der Windenergieanlagen mit erhöhtem Windaufkommen
auch dadurch beeinflusst, dass die Betriebszeit mit hoher Belastung
erheblich zunimmt, und sich die Komponenten Lebensdauer dadurch
reduziert. Da bisherige getriebelose Generatoren luftgekühlt werden,
ist die Forderung an reduzierte Temperaturen entweder durch Vergrößerung des
Bauvolumens zu erreichen, mit Nachteilen für Herstellung und Transport,
oder durch weiter verstärkten
Kühlluftdurchsatz zur
Abfuhr der Verlustwärme.
Eine mögliche
Kühlung des
Generators und der benötigte
Luftaustausch zur Außenluft
wird in DE 10
2004 046 700 B4 derart beschrieben, dass mehrere Lüftungsgebläse erforderlich
werden, um von außerhalb
der Gondel im Turmbereich angesaugte Luft zur Kühlung des Generators zu verwenden,
jedoch werden die Nachteile des unkontrollierten zu jeder Zeit stattfindenden
Eintrages von Luft mit hoher Feuchtigkeit, Sand- oder Salzhaltigkeit
nicht gelöst.In general, the operation at wind turbine sites with increased wind load is also influenced by the fact that the operating time with high load increases considerably, and the service life of the components is thereby reduced. Since previous gearless generators are air-cooled, the demand for reduced temperatures can be achieved either by increasing the volume of construction, with disadvantages for production and transport, or by further increasing the cooling air throughput to dissipate the heat loss. A possible cooling of the generator and the required air exchange to the outside air is in DE 10 2004 046 700 B4 described such that a plurality of ventilation fans are required to use from outside the nacelle in the tower area sucked air for cooling the generator, however, the disadvantages of un controlled entry at any time of air with high humidity, sand or salinity not solved.
Herkömmliche
Synchrongeneratoren in Ringausführung
mit überlappender
Wicklung, besitzen zudem bei Anwendung in Windenergieanlagen erhebliche
Nachteile, sofern an der Wicklung eine Reparatur notwendig wird,
und die Nabe mit Rotorblättern
und dem Generator vom Turm (5.1) geholt werden müssen.Conventional synchronous generators in ring design with overlapping winding, also have significant disadvantages when used in wind turbines, if the winding is a repair is necessary, and the hub with rotor blades and the generator from the tower ( 5.1 ) must be brought.
Aufgabenstellungtask
Der
Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde Einrichtungen anzugeben,
zur Herstellung, zum Test, zur Montage und zum Betrieb für eine Windenergieanlage,
damit eine wirtschaftlich günstige
Eignung für
insbesondere extreme Windbedingungen entsteht. Sehr turbulenter
Wind und häufiger Starkwind,
und auch bis in den Überlebensbereich der
Anlage vorkommender Wind, führt
zur erhöhten Aktivierung
aller Stellantriebe und zu erhöhter
Belastung der kompletten Mechanik, und dadurch frühzeiti gen
Komponentenausfall oder totaler Zerstörung, sofern nicht geeignete
Anlagentechnik zur Verfügung steht.
Da die Funktionsbereitschaft der Stellantriebe für Windenergieanlagen von extremer
Wichtigkeit ist, wird vorgeschlagen, bei einer elektrischen Funktionsstörung innerhalb
der Pitchantriebe eine mechanische Energie für die Sicherheitsstellbewegung
zu verwenden, die an der Nabe oder mit der Nabe in Verbindung stehenden
drehenden Mitteln abgegriffen wird, unter Berücksichtung einer automatischen Auskopplung
des Antriebsmomentes im Fahnenbereich, und einer mechanisch aktivierten
Auskopplung bei Rückwärtsdrehung
der Nabe. Berücksichtigt
wird dabei, dass im Falle einer Schnellabschaltung der Anlage die
Stellgeschwindigkeit des Rotorblattes am höchsten ist, bei der höchsten vorkommenden
Drehzahl des Rotors, und bei abnehmender Rotordrehzahl sich die
Stellgeschwindigkeit automatisch reduziert, und somit bei aerodynamischer
Bremsung sich die Lasten reduzieren. Weiterhin ist zur Lastenbegrenzung
das Problem zu lösen,
dass die Pitchantriebe und auch die Azimutantriebe auf Grund häufiger Wechsel
der Drehrichtung in Verbindung mir großem spiel innerhalb der Verzahnung
starke Überlastungen erfahren,
und dass im Falle einer ausgefallenen Stromversorgung für die Stellantriebe
keine Möglichkeit
besteht die Gondel derart zu drehen, dass bei zunehmendem Wind immer
Frontanströmung
gewährleistet
wird.Of the
The invention is based on the task of specifying devices
for the manufacture, testing, assembly and operation of a wind energy plant,
thus an economically favorable
Fitness for
especially extreme wind conditions. Very turbulent
Wind and more often strong wind,
and also into the survival area of the
Plant occurring wind, leads
for increased activation
of all actuators and to increased
Loading of the complete mechanics, and thereby early timing
Component failure or total destruction, if not appropriate
Plant technology is available.
Since the operational readiness of the actuators for wind turbines of extreme
Importance is suggested in case of an electrical malfunction within
the pitch drives a mechanical energy for the safety movement
to use, which at the hub or with the hub related
rotating means, taking into account an automatic decoupling
the drive torque in the flag area, and a mechanically activated
Coupling in reverse rotation
the hub. Considered
is that in case of an emergency shutdown of the plant the
Actuating speed of the rotor blade is highest, at the highest occurring
Speed of the rotor, and with decreasing rotor speed, the
Setting speed automatically reduced, and thus at aerodynamic
Braking to reduce the loads. Furthermore, for load limitation
to solve the problem,
that the pitch drives and also the azimuth drives due to frequent change
the direction of rotation in connection with great play within the gearing
experience heavy overloads,
and that in case of a failed power supply for the actuators
no way
is the gondola to turn so that with increasing wind always
fronta flow
guaranteed
becomes.
Damit
die Erfassung der Blattposition mit reduziertem Aufwand erfolgt,
wird vorgeschlagen die Messung der Blattlage mit nur einem Absolutsensor auszuführen der
an der Motorwelle befestigt wird, und dessen ganze Umdrehungen und
Teilumdrehungen innerhalb der Motorregelung erfasst und ausgewertet
werden, und gleichzeitig auch für
die Regelung des Motors als Rückführung dient.
Zudem soll eine Kontrolle der Blattposition soll über mehrere
am Rotorblatt befindliche Näherungssensoren
erfolgen, indem deren Position bei der Inbetriebnahme gespeichert
wird, und so einen Genauigkeitstest durch Vergleich mit dem Motorsensor
beim Überfahren
online ermöglicht.In order to
the registration of the leaf position takes place with reduced effort,
It is proposed to perform the measurement of the sheet position with only one absolute sensor the
is attached to the motor shaft, and all of its revolutions and
Partial revolutions detected and evaluated within the motor control
be, and at the same time for
the regulation of the motor serves as feedback.
In addition, a control of the leaf position should over several
on the rotor blade located proximity sensors
done by storing their position during commissioning
and so an accuracy test by comparison with the engine sensor
when driving over
online allows.
Ein
Problem der aktuellen Technik für
Pitchantriebe die stromlos geschlossene Bremsen beinhalten, wird
soll durch einen Mechanismus der ein mechanisches Lösen jeder
der Rotorblatt-Haltebremsen bewirkt, gelöst werden. Die im Normalfall
stromlos geschlossenen Bremsen halten jedes Blatt selbständig fest,
sofern keine funktionsgesteuerte Lüftung eingeleitet wird. Ein
dazu redundantes Öffnen einer
Bremse soll erreicht werden, indem die Bremse zusätzlich zur
elektrischen Aktivierung mittels eines Hebels zwangsgelüftet werden
kann, und als Variante die Lüftbewegung
durch einen Magneten ausgelöst
wird, und die Bremse wieder aktiviert wird nach mechanischer Rückstellung
des Lüfthebels,
und dies mittels einem am drehenden Rotorblatt oder Blattlager befestigten
Anschlages, der die Bremse in Fahnenstellung wieder schließen lässt, sofern
keine elektrische Aktivierung zum Öffnen stattfindet. Ergänzend dazu
wird das Problem gelöst
werden, den Handlüfthebel
der Bremse auch für
die Montage der Rotorblätter
zu verwenden, damit diese gezielt auf eine bestimmte Winkelstellung
von Hand gegen die Schwerkraft der Blätter positioniert werden können, und
dies bei Bremstypen die stromlos offen oder geschlossen sind.One
Problem of the current technology for
Pitch drives that include normally closed brakes will
intended by a mechanism of a mechanical release each
the rotor blade holding brakes causes to be solved. The normally
normally closed brakes hold each blade independently,
unless function-controlled ventilation is initiated. One
for redundant opening a
Brake should be achieved by the brake in addition to
electrically activated by means of a lever
can, and as a variant, the Lüftbewegung
triggered by a magnet
and the brake is reactivated after mechanical reset
the release lever,
and this by means of a fixed to the rotating rotor blade or blade bearing
Stop, which can close the brake in flag position again, provided
no electrical activation takes place for opening. Additional to
the problem is solved
be the hand release lever
the brake also for
the assembly of the rotor blades
to use them to target a specific angular position
can be positioned by hand against the gravity of the leaves, and
this with brake types which are normally open or closed.
Um
die Verstellbewegung der Rotorblätter den
erhöhten
Anforderungen für
Starkwindstandorte entsprechend auszugestalten, wird vorgeschlagen jedes
Rotorblatt mindestens mit 2 Stellantrieben (26) auszurüsten. Durch
den erfindungsgemäßen Vorschlag
können
die Probleme die durch Zahnspiel innerhalb der Getriebe entstehen
und die Verzahnung am Ritzel (26.3) und am Blattlager (24)
und in den Getrieben schädigen,
stark reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Steuerung
für die Stellantriebe
derart wirkt, dass bei 2 Stück
an einem Blatt-Drehlager (23.1) angreifenden Antrieben,
je ein Antrieb sich an der rechten Zahnflanke anlegt und der zweite
Antrieb so positioniert wird, dass er die linke Zahnflanke innerhalb
der Getriebeuntersetzung berührt,
und immer der Antrieb antreibendes Moment einleitet dessen Zahnflanke
bereits anliegt. Somit bringt je nach Drehrichtung der eine oder
der andere Antrieb das Drehmoment auf. Sofern Antriebs oder Bremsmoment
benötigt
wird, erfolgt dies somit immer vom Antrieb dessen Zahnflanke in
der benötigten Drehrichtung
anliegt, der zweite Antrieb hat nur die Aufgabe in der entgegengesetzten
Richtung das Zahnspiel auf null zu halten, um beim Wechsel der Drehmoment-Wirkrichtung
sofort übernehmen
zu können.
Automatisiert oder durch Handeingabe in das Steuerungssystem, kann
die jedem Antrieb zugeordnete Wirkrichtung für das Anlegen an die Zahnflanke
gewechselt werden. Durch direkte Kopplung der Steuerung für die beiden
Wechselrichter eines Blatt-Antriebssystems entsteht zudem eine wesentlich
verbesserte Positionierung auf einen genauen Blattwinkel. Ein Hin-
und Herschlagen der Antriebsmotoren, und somit der Verzahnung, um
eine Blattposition elektronisch genau zu halten, entfällt.In order to design the adjustment movement of the rotor blades according to the increased requirements for strong wind locations, it is proposed that each rotor blade be equipped with at least two actuators ( 26 ). The proposal according to the invention, the problems caused by backlash within the transmission and the teeth on the pinion ( 26.3 ) and at the leaf store ( 24 ) and in the gears damage, be greatly reduced. This is achieved by the fact that the control for the actuators acts in such a way that when 2 pieces of a blade-pivot bearing ( 23.1 ) engaging drives, each one drive applies to the right tooth flank and the second drive is positioned so that it touches the left tooth flank within the gear reduction, and always initiates the drive driving torque whose tooth flank is already present. Thus, depending on the direction of rotation of one or the other drive to the torque. If drive or braking torque is required, this is thus always applied by the drive whose tooth flank is in the required direction of rotation, the second drive has only the task in the opposite direction to keep the backlash to zero, to take over immediately when changing the torque direction of action can. Automated or by manual input into the control system, the direction of action assigned to each drive for application to the tooth flank can be changed. By directly coupling the controller for the two inverters of a blade drive system also results in a much improved positioning on a precise blade angle. A back and forth of the drive motors, and thus the gearing to keep a sheet position electronically accurate, is eliminated.
Eine
nahezu identische Problemstellung besteht bei den Stellantrieben
für die
Positionierung der Gondel zur Windnachführung gezeigt in 6.1 bis 6.3.
Deren Verwendung wird ebenfalls derart vorgeschlagen, dass ein Antrieb,
oder eine Antriebgruppe, mittels Wechselrichter mit kontrolliertem
Moment verfahren und positioniert wird, und Spiel innerhalb der
Verzahnung der Azimutantriebe (26.1) vermieden wird. Dies
erfolgt derart, dass Antriebe beliebiger Anzahl zu mindestens 2
Gruppen zusammengeschaltet werden wie in 6 beispielhaft
gezeigt, und jede Gruppe einen Wechselrichter zur Steuerung des
von den Motoren abgegebenen Drehmomentes besitzt, wobei das Drehmoment
in jedem Arbeitspunkt über
den vollen Bereich von negativ nach positiv und auch bei Stillstand
aufgebracht werden kann um ein pendeln der Gondel zu vermeiden.
Konstellationen für
z.B. 6 Stellantriebe an einem Zahnkranz drehend sollten in Gruppen
mit 3:3 aufgeteilt werden. Die antreibende Gruppe wird nun mit positivem
Moment beaufschlagt und die bremsende Gruppe mit ganz geringem negativem
Moment, wodurch ein Schwingen durch Zahnspiel entfällt. Für einen
sanften Start wird während
der ersten wenigen 100 ms nur ein geringes langsam ansteigendes
Antriebsmoment zugelassen und somit eventuell beim Erststart vorhandenes
Getriebespiel sanft eliminiert.A nearly identical problem exists with the actuators for the positioning of the nacelle for wind tracking shown in 6.1 to 6.3 , Their use is also proposed in such a way that a drive, or a drive group, is moved and positioned by means of controlled-torque inverters, and play within the toothing of the azimuth drives ( 26.1 ) is avoided. This is done in such a way that drives of any number are interconnected to at least 2 groups as in 6 shown by way of example, and each group has an inverter for controlling the output from the engine torque, wherein the torque can be applied at any operating point over the full range from negative to positive and also at a standstill to avoid swinging of the nacelle. Constellations for eg 6 actuators rotating on a sprocket should be divided into groups of 3: 3. The driving group is now subjected to a positive moment and the braking group with a very low negative moment, which eliminates a swing by backlash. For a smooth start, only a small, slowly rising drive torque is permitted during the first few 100 ms, thus gently eliminating any gear play that might be present at the first start.
Die
Drehmomente werden durch eine im Wechselrichter integrierte oder überlagerte
Regelung derart gesteuert, dass die Drehmomentverteilung zwischen
treibendem Stellmotor und bremsendem Stellmotor im ms Bereich stattfindet.
Start-Stoprampen und Drehgeschwindigkeit werden ausschließlich durch
die Variation des Drehmomentes limitiert. Ergänzend wird vorschlagen auf
eine Reibbelagsbremse am Drehlager der Windnachführung zu verzichten, und nur
Bremsen auf der Motorseite zu verwenden, und so zu steuern dass
der Antrieb der das Drehmoment zu Verstellung ausführt ohne,
oder mit geringem Getriebespiel, Drehmoment an den Zahnkranz überträgt, Dazu
wird vorgeschlagen zuerst eine Gruppe der Stellantriebe sanft zu
positionieren, und nach Einlegen der Bremsen die restlichen Antriebe
ebenfalls etwas mit Drehmoment in der Richtung zu beaufschlagen,
gegen die eine erste Gruppe festhält, und dann auch die weiteren
Bremsen einzulegenThe
Torques are generated by an integrated or superimposed inverter
Control controlled such that the torque distribution between
driving servomotor and braking servomotor in the ms range takes place.
Start-stop ramps and rotation speed are exclusively by
the variation of the torque is limited. In addition, it will suggest
to dispense with a Reibbelagsbremse the pivot bearing of wind tracking, and only
Use brakes on the engine side, and so to control that
the drive that carries out the torque to adjustment without,
or with little gear play, transmits torque to the ring gear, this
It is proposed to first gently close a group of actuators
position the remaining drives after inserting the brakes
also something to apply torque in the direction
against which a first group holds, and then the others
Engage brakes
Der
Neustart zur Verstellung der Gondel erfolgt immer derart, dass der
Antrieb treibt dessen Zahnflanke nicht gewechselt werden muss, und
die andere Gruppe eine minimale Bremswirkung ausführt. Ergänzend dazu
kann mindestens ein oder mehrere Motoren jeder Gruppe mit Drehgeber
zur völlig
stoßfreien
Momentregelung ausgeführt
sein, Als Erweiterung wird vorgeschlagen einen derartigen Sensor
gleichzeitig als Sensor für
die Gondelpositionierung zu verwenden, wodurch die Positionsmessung
dann redundant stattfinden kann, und jedem Drehgeber auch ein eigener
Synchronisiersensor zugeordnet wird, der die Mittelstellung für den Kabelabhang
in den Turm angibt. Diese Konstellation erlaubt auch einen Notbetrieb,
indem bei Abschaltung einer Gruppe auf den Zahnspielausgleich verzichtet
wird.Of the
Restart to adjust the nacelle is always such that the
Drive drives whose tooth flank does not need to be changed, and
the other group performs a minimal braking action. Additional to
can be at least one or more motors of each group with rotary encoder
to completely
hitless
Torque control executed
As an extension, such a sensor is proposed
at the same time as a sensor for
to use the nacelle positioning, causing the position measurement
then redundant, and each encoder also its own
Synchronizing sensor is assigned, which is the middle position for the cable slope
indicating in the tower. This constellation also allows an emergency operation,
by dispensing with backlash compensation when switching off a group
becomes.
Zu
Anwendung der Erzeugung von kontrolliertem Antriebsmoment aus dem
Stillstand, wird vorgeschlagen Wechselrichter zu verwenden, die
ein Drehmoment der Asynchron-, oder Synchron- oder Reluktanzmotoren
auch im Bereich des Stillstandes einprägen können, und die in einer Ausgestaltung über einen
Gleichspannung-Zwischenkreis verfügen, der einen Energieaustausch
der Stellantriebe untereinander ermöglicht, und als. Ein Betrieb
mit Frequenzumrichter der einen Drehstrom mit variabler Frequenz
auf Asynchronmotoren beaufschlagt kann die Probleme nicht lösen. Auch
ein Frequenzumrichter der zur Positionierung mit Gleichstrom beaufschlagt
werden muss, kann für
diese Problemlösung nicht
verwendet werden, da keine kontrollierte Stillstandsregelung zur
Beseitigung des Zahnflankenspiels ermöglicht wird, und sich für die Stellantriebe keine
stoßfreie
Lastaufnahme der Verzahnung beim Bremsen oder Beschleunigen ausführen lässt.To
Application of the generation of controlled drive torque from the
Standstill, it is proposed to use inverters that
a torque of the asynchronous, or synchronous or reluctance motors
can also imprint in the area of the standstill, and in one embodiment via a
DC link have an energy exchange
allows the actuators each other, and as. A business
with frequency converter of a three-phase variable frequency
Applied to asynchronous motors can not solve the problems. Also
a frequency converter which is supplied with direct current for positioning
must be, can for
this problem solution is not
be used because no controlled standstill control for
Elimination of the backlash is enabled, and for the actuators no
bumpless
Load bearing of the teeth when braking or accelerating can run.
Zur
besseren Ausnutzung der Windenergieanlage wird vorgeschlagen, die
Pitchantriebe derart zu regeln/steuern, dass die Anlage auch in
einem Windbereich der oberhalb der Abschaltgrenze gemäß IEC Definitionen
liegt betrieben werden kann. Insbesondere für diesen Betriebsfall die notwendigen Mittel
anzugeben, die frühzeitige
Ausfälle
oder große Schäden verhindern.
Wesentliches Kennzeichen zur Begrenzung des Windes ist die Ausgestaltung
der Pitchantriebe, und deren sichere Funktion. Es wird deshalb vorgeschlagen
die Pitchantriebe beim Eintritt einer Windänderung früher zu aktivieren, indem mittels
schneller Erfassung der Drehzahl der Nabe, oder mit dieser in Verbindung
stehender drehender Teile, eine Beschleunigung zyklisch zu berechnen,
wobei die Messzyklen im ms Bereich liegen sollen und vorteilhaft
bereits unterhalb etwa 100 ms ein stabiles Ergebnis über die
Drehzähländerung
vorhanden sein soll, und daraus abgeleitet ein Korrektursignal entstehen
kann, das die Richtung der Beschleunigung berücksichtigt. Durch die Vorgabe
eines Drehzahl-Sollwertfensters mit einem oberen und unteren Grenzwert,
anstatt einer Solldrehzahl, soll eine stark beruhigte Betriebsart
der Pitchantriebe ermöglicht
werden, da der Pitchantrieb nur aktiviert werden soll, sofern die
Naben-Istdrehzahl sich außerhalb
dem Sollwertfenster befindet.For better utilization of the wind power plant, it is proposed to control the pitch drives in such a way that the plant can also be operated in a wind range which lies above the cut-off limit according to IEC definitions. Specify, in particular for this case of operation, the necessary funds to prevent premature failure or major damage. The essential characteristic for limiting the wind is the design of the pitch drives, and their safe function. It is therefore proposed to activate the pitch drives earlier when a wind change occurs by cyclically calculating an acceleration by means of rapid detection of the speed of the hub, or of rotating parts connected thereto, the measuring cycles being in the ms range and advantageously already below about 100 ms a stable result on the Drehzähländerung should be present, and derived therefrom a correction signal may arise, which takes into account the direction of acceleration. By setting a speed setpoint window with an upper and lower limit, instead of a target speed, a strong profession Pitch drive mode is to be enabled because the pitch drive should only be activated if the actual hub speed is outside the setpoint window.
Die
Pitchantriebe sollen zudem derart angesteuert werden, dass die Einstellung
der Rotorblätter oberhalb
einem ersten Abschaltwind derart erfolgt, dass sich der Bereich
der Istdrehzahl der Nabe unterhalb dem Wert für Betrieb mit Nennleistung
befindet. Dazu wird angegeben ergänzend zum Korrektursignal das
die Beschleunigung der Nabe erfasst, zusätzliche Werte zu verwenden,
die einen Einfluss auf die Verschiebung des Fensters für den Sollwert
der Nabendrehzahl besitzen.The
Pitch drives should also be controlled so that the setting
the rotor blades above
a first shutdown wind is such that the area
the actual speed of the hub is below the value for rated power operation
located. For this purpose is given in addition to the correction signal the
detects the acceleration of the hub, to use additional values,
which influences the displacement of the window for the setpoint
have the hub speed.
Der
Vorschlag beinhaltet Einflussgrößeren zur
Korrektur des Fensterwertes zu bestimmen und einfließen zu lassen,
die auf Basis des Windes und der Richtung der Windänderung,
der aktuellen Drehzahl des Generator-Drehmomentes, des Drehmomentes
der Pitchantriebe, sowie Lasten die an Blattlagern erfasst/berechnet
werden können,
wobei dies auch zur Analyse von Schwingungen dienen können mit
direkter Auswertung und Bewertung innerhalb der dem Rotorblatt zugeordneten
Pitchantriebe.Of the
Proposal includes influencing factors for
Correction of the window value to be determined and incorporated,
based on the wind and the direction of the wind change,
the current speed of the generator torque, the torque
the pitch drives, as well as loads recorded at sheet bearings / calculated
can be
this can also be used to analyze vibrations with
direct evaluation and evaluation within the rotor blade assigned
Pitch drives.
Die
drehzahlabhängige
Belastung des Generators soll bei der Fensterverschiebung unverändert bleiben,
verglichen mit dem Arbeitsbereich unterhalb des Abschaltwindes,
und soll den Angaben für
optimale Leistungserzeugung der Rotorblätter entsprechen.The
speed-dependent
Load of the generator should remain unchanged during the window shift,
compared to the work area below the shutdown wind,
and should the information for
optimal power generation of the rotor blades correspond.
Beim Überschreiten
der Schwelle für
einen Abschaltwind zwei, der oberhalb eines bisherigen Abschaltwindes
liegt, soll die Anlage durch Rückstellung
der Rotorblätter
in den Bereich der Fahnenposition auf eine kleine Drehzahl abgebremst
werden, bei der keine Energieproduktion stattfindet.When passing
the threshold for
a shutdown wind two, which is above a previous shutdown wind
lies, should the plant by provision
the rotor blades
braked to the area of the flag position to a low speed
which does not produce energy.
Damit
die Windenergieanlage nicht nur für einen Betrieb mit erhöhter Abschaltwindstärke sinnvoll verwendet
werden kann, sondern auch für
Standorte mit erhöhter
Gefahr von Windstärken
im Überlebensbereich,
wird zusätzlich
vorgeschlagen eine sichere Windnachführung anzugeben, die bereits
im Bereich des Startwindes, aber zumindest bei Wind der starker ist
als der Startwind, ohne Netzversorgung die Anlage aus jeder beliebigen
Gondelstellung in Rotorblatt Frontanströmung positioniert.In order to
The wind turbine is not only used sensibly for operation with increased cut-off wind power
can be, but also for
Locations with elevated
Danger of wind forces
in the survival area,
will be added
proposed to provide a safe wind tracking that already
in the area of the starting wind, but at least in the wind is stronger
as the start wind, without mains supply the plant from any
Gondola position positioned in rotor blade front inflow.
Unter
der Voraussetzung, dass keine Bremse zur Blockierung des Rotors
verwendet wird, wird vorgeschlagen die Fahnenlage und der Rotorblätter derart
festzulegen, oder alternativ mittels der Stellantriebe zu korrigieren,
dass eine Trudelbewegung der Nabe entsteht, gleichgültig in
welcher Richtung ein aufkommender Wind anströmt, und somit eine Drehbewegung
des Generators entsteht, und dieser somit eine Spannung an den Klemmen
zur Verfügung
stellt.Under
the requirement that no brake to block the rotor
is used, it is proposed the lobe position and the rotor blades in such a way
or, alternatively, correct it by means of the actuators,
that a whirling movement of the hub arises, indifferent in
which direction an incoming wind flows against, and thus a rotational movement
of the generator, and this thus a voltage at the terminals
to disposal
provides.
Dazu
soll der Generator der Anlage z.B. ein permanenterregter Radialfluss-Generator
als Innen- oder vorteilhaft als Außenläufer sein, mit der Besonderheit
einer konzentrierter, und somit nicht überlappender Wicklung mit mindestens
sieben Phasen, vorzugsweise aber 9, 12, 15, 18, 21 oder 24-phasig
gestaltet, und mit einem gemeinsamen Sternpunkt oder, dass mehrere
Sternpunkte den Phasenmodulen zugeordnet sind. Zur Erzeugung von
Hilfsenergie zeigt 7 eine mögliche Gestaltung, bei der
mehrere Generatorphasen hilfsweiße über einen Kontakt bei Bedarf
einer Gleichrichterschaltung zugeführt werden und die einen Gleichspannungsausgang
aufweißt
zur Versorgung der Stellantriebe besitzt.For this purpose, the generator of the system should be, for example, a permanent-magnet radial flux generator as internal or advantageously as external rotor, with the special feature of a concentrated, and thus non-overlapping winding with at least seven phases, but preferably 9, 12, 15, 18, 21 or 24 -phasig designed, and with a common star point or that several star points are assigned to the phase modules. To generate auxiliary power shows 7 a possible design, in which a plurality of generator phases auxiliary white via a contact, if necessary, a rectifier circuit are supplied and has a direct current output to supply the actuators owns.
Alternativ
kann diese Versorgung zur Redundanz kann dies auch mehrfach ausgeführt sein,
und jeweils einen Wechselrichter für die Drehmomenteinprägung der
Gondel-Stellantriebe mit Gleichstrom speisen. Zusätzlich wird
vorgeschlagen für
den Betrieb mit gestörter
Energieversorgung aus der Gleichspannungsquelle auch Hilfsspannung
zu erzeugen zur Versorgung der Steuerung der Anlage, und womit die
komplette Funktionsfähigkeit
der Anlage garantiert wird.alternative
if this supply can be redundant for redundancy
and in each case an inverter for the torque impression of
Power nacelle actuators with DC power. In addition will
suggested for
the operation with disturbed
Power supply from the DC voltage source also auxiliary voltage
to generate for the supply of the control of the plant, and with which the
complete functionality
the system is guaranteed.
Ergänzend wird
vorgeschlagen auch die Zwischenkreise der Rotorblatt-Stellantriebe
mit der vom Generator erzeugten Hilfsenergie zu speisen und die Positionierung
im Fahnenbereich derart zu korrigieren, dass keine weitere Erhöhung der
Trudeldrehzahl bei weiter ansteigendem Wind stattfindet.In addition will
also proposed the intermediate circuits of the rotor blade actuators
to feed with the auxiliary power generated by the generator and the positioning
in the flag area to correct so that no further increase in
Trudeldrehzahl continues to increase wind.
Alternativ
oder ergänzend
sollen die Stellantriebe des Pitchsystems als Notstromversorgung
für die
Steuerelektronik und Stellantriebe der Anlage verwendet werden,
indem die Rotorblätter
in einem Bereich der Fahnenstellung festgebremst sind, und die Motoren
vom Getriebe abgekoppelt werden, und die Motoren aus der Drehbewegung
der Nabe angetrieben sind.alternative
or in addition
should the actuators of the pitch system as emergency power supply
for the
Control electronics and actuators of the plant are used
by the rotor blades
are stalled in an area of the flag position, and the engines
be decoupled from the transmission, and the motors from the rotary motion
the hub are driven.
Ergänzend wird
vorgeschlagen zum Überbrücken einer
eventuellen Umkehr der Rotor-Drehrichtung, im Falle das die Anlage
aus der Seitenanströmung
in Frontanströmung
gedreht wird, jedem Zwischenkreis der Azimutantriebe und der Steuerspannungsversorgung,
einen Kurzzeit Energiespeicher in Form einer Batterie oder eines
Kondensators zuzuordnen.In addition will
proposed for bridging a
eventual reversal of the rotor's direction of rotation, in the case of the system
from the side stream
in frontal flow
is rotated, each DC link of the azimuth drives and the control voltage supply,
a short-term energy storage in the form of a battery or a
Assign condenser.
Damit
die Anlagenlasten einen vorbestimmten Wert insbesondere bei hoher
Windstärke
nicht überschreiten,
soll ein Generator definiert werden, der betriebsmäßig, und
auch im Kurzschlussfall, eine vorbestimmte Überhöhung der Lasten nicht überschreitet.
Zusätzlich
sollen modular einsetzbare Zähnen
auch an einem fertig montierten Stator ausgetauscht werden können. Um
das Problem eines kompletten Ausfalls zu umgehen wird ein Generator
mit hoher Phasenzahl angegeben, dessen Dreiphasensysteme sich bei
Bedarf einzeln abschalten lassen, um z.B. einen 12-phasengenerator
noch 9 oder 3-phasig
Weiterbetreiben zu können.
Das Kühlproblem
so9ll mittels kombinierter Luft-Flüssigkeitskühlung gelöst werden. mit der Besonderheit
der zufuhr aus dem Frontbereich.Thus, the plant loads do not exceed a predetermined value, especially at high wind speeds, a generator is to be defined, which does not exceed operationally, and also in the case of short circuit, a predetermined increase in the load. In addition, modular teeth are also designed on a fully assembled stator can be exchanged. In order to avoid the problem of a complete failure, a generator with a high number of phases is specified, whose three-phase systems can be individually switched off, if required, in order, for example, to continue driving a 12-phase generator in 9 or 3 phases. The cooling problem can thus be solved by means of combined air-liquid cooling. with the special feature of the feed from the front area.
Ausführungenversions
Möglichkeiten
zur Lösung
der Probleme werden wird in den 1 bis 11 gezeigt.Ways to solve the problems will be in the 1 to 11 shown.
1 bis 1.3) zeigt beispielhaft zum Stand der Technik
eine symbolische Windenergieanlage vereinfacht dargestellt und mit
direkt angetriebenem Generator (1) mit Innenläufer (2),
Stator (12) und Stator Strebensystem (13, 14),
und dessen Strebenbefestigung mit Schraubverbindung in radialer Richtung
wie in prinzipieller Ausführung
in Figur (1.1) und (1.2)
vergrößert dargestellt,
und mit z.B. einem verstellbarem Rotorblatt (3). Zusätzlich beispielhaft
zwei Gondel-Stellantriebe (8) und (9) für die Windnachführung, deren
Aufgabe es ist mittels Ritzel (10.1) und (10.2)
im Zahnkranz (10) kämmend
den kompletten Turmkopf/Gondel (11) zu drehen. Gondel bezeichnet
den mittels Lager (5) an einem Turm (5.1) drehbaren
Teil der Windenergieanlage. Die 1.3)
zeigt eine Ausgestaltung der Anlage nach dem seit 10 Jahren bekannten
Stand der Technik, bei der die Lagerung des Windrotors und des Generators
in einer zentralen Lagerung (19) zusammengefasst wird,
und die als Besonderheit eine Hohlachse (18.1) mit Durchstiegsmöglichkeit
zur Nabe (15) besitzt. 1 to 1.3 ) shows an example of the prior art, a symbolic wind turbine simplified and with directly driven generator ( 1 ) with inner rotor ( 2 ), Stator ( 12 ) and stator strut system ( 13 . 14 ), and its strut attachment with screw in the radial direction as in the basic embodiment in Figure ( 1.1 ) and ( 1.2 ) shown enlarged, and with eg an adjustable rotor blade ( 3 ). In addition, two gondola actuators ( 8th ) and ( 9 ) for the wind tracking, whose task is by means of pinion ( 10.1 ) and ( 10.2 ) in the sprocket ( 10 ) meshing the complete tower head / nacelle ( 11 ) to turn. Gondola refers to the by means of bearings ( 5 ) on a tower ( 5.1 ) rotatable part of the wind turbine. The 1.3 ) shows an embodiment of the system according to the known for 10 years prior art, in which the storage of the wind rotor and the generator in a central storage ( 19 ) is summarized, and as a special feature a hollow axle ( 18.1 ) with access to the hub ( 15 ) owns.
2)
skizziert eine Variante der erfindungsgemäßen Windenergieanlage mit Einbindung
eines Generators (20) als Außenläufers (20.1) und dessen Strebenbefestigung
mit Schraubverbindung in axialer Richtung, in prinzipieller Ausführung wie
in 2.1) und 2.2)
vergrößert dargestellt
mit axialer Anbindung der Streben (20.4) und (20.3),
sowie in 2.3) den Blick auf ein Rotorblattlager
(23.1) mit Arbeitsstellung (22.2) und Bereich
der Fahnenlage (22) mit dem Endanschlag (22.3)
eines Rotorblattes (23). 2 ) outlines a variant of the wind turbine according to the invention with the involvement of a generator ( 20 ) as external rotor ( 20.1 ) and its strut attachment with screw in the axial direction, in principle, as in 2.1 ) and 2.2 ) shown enlarged with axial connection of the struts ( 20.4 ) and ( 20.3 ), as in 2.3 ) the view of a rotor blade bearing ( 23.1 ) with working position ( 22.2 ) and area of the flag layer ( 22 ) with the end stop ( 22.3 ) of a rotor blade ( 23 ).
3)
zeigt eine mögliche
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pitchantriebes
(30), der das Problem erheblicher Anlagenbeschädigung wegen nicht öffnender
Rotorblatt-Haltebremse (34) beseitigt. Der Stellantrieb
(30) besteht aus Getriebe (31) mit Ritzel (26.3)
das am Blattlager Zahnkranz (24) dreht, und einem Elektromotor
(32). Weiterhin aus einen Räder-Kupplungssystem (33)
zur Energieaufnahme aus der Drehbewegung der Nabe (25),
und eine im Motor (32) integrierte Blatt-Haltebremse (34), sowie
eine Kupplung (35) für
die Drehmomenteinleitung zur Sicherheitsverstellung des Rotorblattes
mit Drehmoment über
das Kupplungssystem (33) eingeleitet. Symbolisch gezeigt
wird der mit dem Rotorblatt drehende Teil des Blattlagers (37),
wobei der am Blattlager befestigte und drehende Anschlag (37.1) eine
Dämpfungsfeder
(37.2) besitzen kann, zur Abfederung der Berührung mit
dem Hebel (34.1 und 38.2). 3 ) shows a possible embodiment of the pitch drive according to the invention ( 30 ), which is the problem of significant plant damage due to non-opening rotor blade holding brake ( 34 ) eliminated. The actuator ( 30 ) consists of gears ( 31 ) with pinion ( 26.3 ) on the journal bearing ring gear ( 24 ), and an electric motor ( 32 ). Furthermore, a wheel coupling system ( 33 ) for absorbing energy from the rotational movement of the hub ( 25 ), and one in the engine ( 32 ) integrated leaf holding brake ( 34 ), as well as a coupling ( 35 ) for the torque introduction for safety adjustment of the rotor blade with torque via the coupling system ( 33 ). The part of the blade bearing rotating with the rotor blade is shown symbolically (FIG. 37 ), wherein the attached to the blade bearing and rotating stop ( 37.1 ) a damping spring ( 37.2 ), to cushion the contact with the lever ( 34.1 and 38.2 ).
4)
stellt eine Variante eines erfindungsgemäßen Pitchantriebes (44)
dar, der in Fahnenlage (22) eine Anordnung zur Notstromversorgung
für die Gondel-Windnachführung bei
gestörtem
Netzanschluss aufweist. Als Variante lässt sich ein derartiger Antrieb
auch zur Ersatzweisen Verstellung eines elektrisch defekten Pitchantriebes
durch einen weiteren Pitchantrieb verwenden. 4 ) represents a variant of a pitch drive according to the invention ( 44 ), which is in flag position ( 22 ) has an arrangement for emergency power supply for the nacelle wind tracking at disturbed network connection. As a variant, such a drive can also be used for alternative adjustment of an electrically defective pitch drive by another pitch drive.
5)
zeigt eine Ergänzung
der in 3) und 4) dargestellten Pitchantriebe,
und ist gekennzeichnet durch weiche Fixierung des Rotorblattes am
Anschlag (22.3) der Fahnenposition (22), mittels
mindestens einer im Pitchantrieb (50) integrierten zuschaltbaren
Spiralfeder (59), wodurch der flexible Bereich, in dem
sich das Rotorblatt (23) bewegen kann, durch die Momentkennlinie
der Feder und den möglichen
Umdrehungen der Feder (59) bestimmt wird. 5 ) shows a supplement to the in 3 ) and 4 Pitch drives shown, and is characterized by soft fixation of the rotor blade at the stop ( 22.3 ) the flag position ( 22 ), by means of at least one in the pitch drive ( 50 ) integrated switchable spiral spring ( 59 ), whereby the flexible area in which the rotor blade ( 23 ), by the moment characteristic of the spring and the possible rotations of the spring ( 59 ) is determined.
6)
zeigt eine mögliche
Verschaltung der Stellmotoren (61) und (61.1)
mit Wechselrichtern (62) zur gesteuerten Drehmomenteinleitung
der Gondel Windnachführung
zur Eliminierung des Spiels (68,68.1) innerhalb
der Verzahnung der Azimutantriebe, und eine Überwachung der in den Motoren
integrierten Stillstandsbremsen, die so ausgelegt sind, dass seitliche
Anströmung
der Gondel im Grenzbereich mit maximalem Wind auch ein durchrutschen der
Bremsen (60.x) bewirken kann. Es wird vorgeschlagen die
Anzahl der parallel an einem Wechselrichter betriebenen Stellmotoren
entsprechend der Belastungsanforderungen zu wählen, ebenso wie die Anzahl
der Wechselrichter. 6 ) shows a possible interconnection of the servomotors ( 61 ) and ( 61.1 ) with inverters ( 62 ) for controlled torque introduction of the nacelle wind tracking to eliminate the game ( 68 . 68.1 ) within the toothing of the azimuth drives, and a monitoring of integrated in the motors standstill brakes, which are designed so that the lateral flow of the nacelle in the boundary region with maximum wind also slipping of the brakes ( 60.X ) can cause. It is proposed to select the number of parallel operated on an inverter servomotors according to the load requirements, as well as the number of inverters.
6.1)–6.3) stellt zur Erklärung einen Azimutantrieb Getriebe
dar, mit einem die Gondel drehenden Zahnkranz (24.1) und
dem Ritzel (26.3) und (26.4) am Stellantrieb (26.1)
und (26.2), und zeigt das Zahnspiel (68) und (68.1)
zwischen den Zahnflanken, und ebenfalls die spielfreie Flankenberührung (69)
und (69.1) bei erfindungsgemäßem Verfahren. 6.1 ) - 6.3 ) is to explain an azimuth drive transmission, with a gondola rotating sprocket ( 24.1 ) and the pinion ( 26.3 ) and ( 26.4 ) on the actuator ( 26.1 ) and ( 26.2 ), and shows the backlash ( 68 ) and ( 68.1 ) between the tooth flanks, and also the play-free flank contact ( 69 ) and ( 69.1 ) in inventive method.
7)
skizziert die beispielhafte Anordnung für ein zwölfphasiges Umrichtersystem,
bestehend aus 4 Stück
dreiphasigen Umrichtern (73), aufgebaut aus jeweils einem
steuerbaren Netzwechselrichter (70.x) und generatorseitigem
Wechselrichter (71.x), verbunden über einen Spannungszwischenkreis (72.x)
in Verbindung mit einer jeweils 3-phasigen Generatorwicklung (74.x)
wobei jede einen Sternpunkt (76.x) besitzt, und eine Variante
vorgeschlagen wird die alle Sternpunkte mit einer Sternpunktsverbindung (76)
zusammenschaltet. In identischer Weise lassen sich Matrixumrichter
oder andere Umrichtertopologien verwenden. 7 ) outlines the exemplary arrangement for a twelve-phase converter system, consisting of 4 pieces of three-phase converters ( 73 ), each composed of a controllable network inverter ( 70.x ) and generator-side inverter ( 71.x ), connected via a voltage intermediate circuit ( 72.x ) in conjunction with a 3-phase Ge generator winding ( 74.x ) each having a star point ( 76.x ), and a variant is proposed which all star points with a neutral connection ( 76 ) interconnects. In an identical way matrix converters or other inverter topologies can be used.
8)
zeigt einen Vorschlag zur gezielten Anwendung an der Frontseite
der Nabe eintretenden Kühlluft
für das
Generatorsystem. 8th ) shows a proposal for the targeted application on the front of the hub entering cooling air for the generator system.
9)
zeigt eine zur Kontrolle der Kühlung vorgeschlagene
Generator-Testeinrichtung mit jeweils einer Elektromaschine (90)
und (90.1) als Generator und die andere als Motor arbeitend,
prinzipiell bestehend aus zwei großteils fertig montierten Gondeln
in horizontaler Achsenstellung gegenübergestellt, und deren Fixierung
z.B. durch ein oberstes im Boden verankertes Turmsegment (90.2)
stattfindet, und deren Wellen mittels Kupplung (94) verbunden sind. 9 ) shows a proposed for controlling the cooling generator test device each having an electric machine ( 90 ) and ( 90.1 ) As a generator and the other working as a motor, principally consisting of two largely assembled gondolas in the horizontal axis position opposite, and their fixation example by a top anchored in the ground tower segment ( 90.2 ) takes place, and their waves by means of coupling ( 94 ) are connected.
10)
und 10.1) beinhaltet einen Vorschlag
der die Lasten ganz wesentlich beeinflusst, durch eine adaptive
Anpassung des Rotor Drehzahlbereichs in Abhängigkeit der Beschleunigung
durch Wind und wahlweise der Windstärke und der gemessenen Anlagenlasten
an Sensoren des Blattlagers sowie unter Berücksichtigung der Drehmomente
der Pitchantriebe. 10 ) and 10.1 ) includes a proposal that significantly influences the loads, by adaptively adapting the rotor speed range as a function of the acceleration by wind and optionally the wind strength and the measured system loads on sensors of the blade bearing and taking into account the torques of the pitch drives.
10.2) zeigt eine Steuerungs- und Busanordnung
einer Windenergieanlage, die es erlaubt mit geringstem Verzug auf Änderungen
von Parametern zu reagieren, um im Falle von Störungen die auf die Anlagenmechanik
wirkenden Lasten zu minimieren. 10.2 ) shows a control and bus arrangement of a wind turbine, which allows to respond with minimum delay to changes in parameters in order to minimize the loads acting on the system mechanics in case of disturbances.
11)
Zeigt einen Teil des Generators mit Zahn, Wicklung und Magnetanordnung,
sowie Rohre für
Flüssigkeitskühlung. 11 ) Shows a part of the generator with tooth, winding and magnet arrangement, as well as tubes for liquid cooling.
Die
erfindungsgemäßen Ausführungen
lösen die
Sicherheitsprobleme an Pitchantrieben, indem unsichere elektrische
Funktionen durch mechanische Lösungen
ersetzt werden, und es werden Varianten vorgeschlagen, wie eine
Windenergieanlage insbesondere für
Standorte mit hoher Windstärke
mit allgemein verbesserter Sicherheit ausgestattet werden kann.The
embodiments according to the invention
solve the
Safety problems on pitch drives, adding unsafe electrical
Functions through mechanical solutions
be replaced, and variants are proposed, such as a
Wind turbine especially for
Locations with high wind force
can be equipped with generally improved safety.
Es
wird vorgeschlagen das Drehmoment für eine Sicherheitsverstellung
der Rotorblätter
aus der Rotationsbewegung der Rotornabe (25) oder z.B.
der Welle (28.2) auf jeden der vorhandenen Pitchantriebe
(26) redundant einzuleiten. Dies erhöht die Betriebsicherheit, da
kein Blitzeinschlag, Brand oder komplette Zerstörung der Elektrik zu einer
gefährliche
Situation für
die Windenergieanlage führen
kann. Eine Ausführung
eines Pitchantriebes (30) nach Prinzipdarstellung in 3 zeigt
eine erfindungsgemäße Verwendung
einer im Elektromotor (32) integrierten Bremse (34),
die vorteilhaft als stromlos geschlossene Federdruckbremse ausgeführt wird,
und für
die ein zusätzlicher
Handlüfthebel
(34.1) vorge schlagen ist, der neben der elektrischen Lüftung mittels
Bremsmagnet (34.3) gegen die Feder (34.5), ein
redundantes Öffnen
der Bremse im Bereich des Rotorblattes (23) zwischen Fahnenlage
(22) und Arbeitsstellung (22.2) ermöglicht.
Im ungestörten
Betrieb kann der Bremsanker (34.2) von dem am Motorgehäuse befestigten
Magneten (34.3) gezogen werden, damit die Bremse von der
Bremsnabe (34.4), die mit der Welle (32.1) verbunden
ist, löst,
und eine Verstellung des Rotorblattes freigibt. Sobald der Hubmagnet
(36) den Hebel (34.1) in Stellung A zieht, entfällt die
Funktion der Handlüftung.
Im Falle einer Abschaltung des Hubmagneten (36) drückt die
Feder (36.1) den Handlüfthebel
(34.1) in Richtung (B), wodurch eine Lüftung der Bremse (34)
entsteht, indem der Bremsanker (34.2) von der Bremsnabe
(34.4) weggedrückt
wird, gegen die Feder (34.5).It is proposed that the torque for a safety adjustment of the rotor blades from the rotational movement of the rotor hub ( 25 ) or eg the wave ( 28.2 ) on each of the existing pitch drives ( 26 ) redundant initiate. This increases the operational safety, as no lightning strike, fire or complete destruction of the electrical system can lead to a dangerous situation for the wind turbine. An embodiment of a pitch drive ( 30 ) according to principle in 3 shows a use according to the invention of an electric motor ( 32 ) integrated brake ( 34 ), which is advantageously designed as a normally closed spring pressure brake, and for which an additional hand release lever ( 34.1 ) is proposed, in addition to the electrical ventilation by means of brake magnet ( 34.3 ) against the spring ( 34.5 ), a redundant opening of the brake in the region of the rotor blade ( 23 ) between flags ( 22 ) and employment position ( 22.2 ). In undisturbed operation, the brake anchor ( 34.2 ) of the magnet attached to the motor housing ( 34.3 ) so that the brake is released from the brake hub ( 34.4 ), with the wave ( 32.1 ), dissolves, and releases an adjustment of the rotor blade. Once the solenoid ( 36 ) the lever ( 34.1 ) in position A, the function of manual release is omitted. In case of shutdown of the solenoid ( 36 ) presses the spring ( 36.1 ) the manual release lever ( 34.1 ) in the direction (B), whereby a brake release ( 34 ) is created by the brake anchor ( 34.2 ) from the brake hub ( 34.4 ) is pushed away, against the spring ( 34.5 ).
Erreicht
der mit dem Rotorblatt und dem drehende Teil des Rotorblattlagers
(37) in Richtung (A) drehende Anschlag (37.1)
mit der Dämpfungsfeder (37.2)
den Bereich der Fahnenlage, dann kippt der mit dem Blatt drehende
Anschlag (37.1) (vorzugsweise am Blattlager montiert) den
Hebel (34.1) Richtung (A), und deaktiviert die Handlüftung, und
somit wird die Rotorblatthaltebremse wieder aktiv, und sofern keine
Bestromung der Spule (54.3) stattfindet wird das Rotorblatt
in Fahnenlage festgebremst.Achieved with the rotor blade and the rotating part of the rotor blade bearing ( 37 ) in the direction (A) rotating stop ( 37.1 ) with the damping spring ( 37.2 ) the area of the lath position, then tilts the turning with the sheet stop ( 37.1 ) (preferably mounted on the blade bearing) the lever ( 34.1 ) Direction (A), and disables the manual release, and thus the rotor blade holding brake is active again, and provided no energization of the coil ( 54.3 ) takes place, the rotor blade is braked in flag position.
Diese
Neuerung erlaubt eine vorteilhafte Ausgestaltung, indem der Handlüfthebel
(34.1) auch gleichzeitig die Kupplung (35) für das Antriebsdrehmoment
zur Sicherheitsverstellung des Rotorblattes aktiviert und deaktiviert.
Zum Lösen
der Kupplung (35) wird die Scheibe (35.1) mittels
Kipphebel (34.1) von der auf der Motorwelle befestigten
Scheibe (35.2) abgedrückt,
und somit werden die reibschlüssigen
Bremsbeläge
(35.3) gelöst.This innovation allows an advantageous embodiment by the hand release lever ( 34.1 ) at the same time the coupling ( 35 ) is activated and deactivated for the drive torque for safety adjustment of the rotor blade. To release the clutch ( 35 ) the disc ( 35.1 ) by means of rocker arms ( 34.1 ) of the disk mounted on the motor shaft ( 35.2 ), and thus the frictional brake pads ( 35.3 ) solved.
Zum
Erzeugung des Drehmomentes für
die Sicherheitsverstellung der Rotorblätter wird vorgeschlagen, das
im Normalbetrieb mit der Rotornabe (25) umläuft Rad
(33.1) zu blockieren durch die auf der Achse (33.4)
verschiebbare Kupplung (33.2) und dem dadurch geschlossenen
Reibbelag (33.5), damit das mit der Nabe (25)
umlaufende Rad (33.6) eine Drehbewegung am abgebremsten
Rad (33.1) aufnimmt, für
die Sicherheitsverstellung. Die Betätigung der Kupplung (33.2)
erfolgt mittels Kipphebel (38.2), der entweder durch anziehenden
Zugmagneten (38) ein Ausrücken der Scheibe (33.2)
verursacht, oder der durch Berührung
mit dem Anschlag (37.1) in Fahnenstellung (22)
ebenfalls die Kupplung (33) öffnet. Alternativ kann die
Abstützung
der Scheibe (33.2) auch an einem anderen Teil stattfinden,
das feste Verbindung zum Maschinenträger (27) besitzt.
Die Drehbewegung zur Sicherheitsverstellung beginnt mit der Abbremsung
des Rades (33.1) und beschleunigt das Rad (33.6)
und überträgt über ein
Zwischengetriebe (33.7) und über eine Welle (33.8)
Drehmoment auf einen Freilauf (33.9). Sofern die Nabendrehung
sich in vorbestimmter Drehbewegung zur Energieerzeugung befindet,
entsteht über
den Freilauf (33.9), der kein Drehmoment bei rückwärtsdrehender Nabe überträgt, an der
Scheibe (35.1) eine Drehbewegung in Richtung Fahnenlage,
und bei Stellung des Handlüfthebels
(34.1) in B-Position entsteht ein Drehmoment auf die Scheibe
(35.2) und die Motorwelle (32.1), wodurch das
Rotorblatt mittels Ritzel (26.3) und Zahnkranz (24)
Richtung Fahnenlage (22) gedreht wird. Eine identische
Funktion wird erreicht indem die Komponenten der Kupplung (35)
und/oder auch der Bremse (34), parallel zum Motor (32)
direkt auf das Getriebe (31) wirken, und somit eine Sicherheits-Drehbewegung
am Rotorblatt-Antriebszahnrad (26.3) ebenfalls stattfindet.To generate the torque for the safety adjustment of the rotor blades is proposed that in normal operation with the rotor hub ( 25 ) revolves wheel ( 33.1 ) by the on-axis ( 33.4 ) sliding coupling ( 33.2 ) and thereby closed friction lining ( 33.5 ), so that with the hub ( 25 ) revolving wheel ( 33.6 ) a rotational movement on the braked wheel ( 33.1 ), for the safety adjustment. Actuation of the clutch ( 33.2 ) by means of rocker arms ( 38.2 ), either by attractive pull magnets ( 38 ) a disengagement of the disc ( 33.2 ), or by contact with the stop ( 37.1 ) in feathering position ( 22 ) also the coupling ( 33 ) opens. Alternatively, the support of the disc ( 33.2 ) also take place at another part, the fixed one Connection to the machine carrier ( 27 ) owns. The rotational movement for safety adjustment starts with the deceleration of the wheel ( 33.1 ) and accelerates the wheel ( 33.6 ) and transmits via an intermediate gear ( 33.7 ) and about a wave ( 33.8 ) Torque on a freewheel ( 33.9 ). If the hub rotation is in a predetermined rotational movement to generate energy, created via the freewheel ( 33.9 ), which does not transmit torque when the hub is rotating backwards, on the disc ( 35.1 ) a rotational movement in the direction of the lane position, and when the hand release lever ( 34.1 ) in B position creates a torque on the disc ( 35.2 ) and the motor shaft ( 32.1 ), whereby the rotor blade by means of pinion ( 26.3 ) and sprocket ( 24 ) Direction flag position ( 22 ) is rotated. An identical function is achieved by the components of the coupling ( 35 ) and / or the brake ( 34 ), parallel to the engine ( 32 ) directly on the gearbox ( 31 ), and thus a safety rotational movement on the rotor blade drive gear ( 26.3 ) also takes place.
Nach
Verstellung des Rotorblattes in den Bereich der Fahnenlage (22)
und nach der im Fahnenbereich erfolgten Betätigung des Handlüfthebels (34.1)
durch einen mit dem Rotorblatt oder damit verbundenem Teil drehenden
Anschlag (37.1), wird die Kupplung (35) zwangsgeöffnet, und
gleichzeitig die Blatt-Haltebremse
(34) geschlossen, sofern der Zugmagnet (36) abgeschaltet
ist und die Druckfeder (36.1) den Hebel (34.1)
betätigt.
Somit wird bei abgeschaltetem Magneten (34.2) der stromlos
aktiven Bremse, das Rotorblatt in Fahnenlage festgehalten, bis die
Anlage wieder Betriebsbereit ist und der Zugmagnet (36) über den
Hebel (34.1) die Kupplung (35) offen hält, und
durch die Ansteuerung des Magneten (38) die Kupplung (33.2) über den
Hebel (38.2) offen gehalten wird, auch nach dem der Pitchantrieb
betriebsmäßig das
Rotorblatt Richtung Arbeitsposition dreht.After adjustment of the rotor blade in the area of the flag layer ( 22 ) and after the operation of the manual release lever ( 34.1 ) by a rotating with the rotor blade or associated part stop ( 37.1 ), the coupling ( 35 ), and at the same time the leaf holding brake ( 34 ), provided that the pull magnet ( 36 ) is switched off and the compression spring ( 36.1 ) the lever ( 34.1 ). Thus, when the magnet is switched off ( 34.2 ) of the currentless active brake, the rotor blade held in flag position until the system is ready for operation again and the pull magnet ( 36 ) over the lever ( 34.1 ) the coupling ( 35 ) and by the activation of the magnet ( 38 ) the coupling ( 33.2 ) over the lever ( 38.2 ) is held open, even after the pitch drive operatively rotates the rotor blade toward the working position.
Dadurch
kann die Einleitung des Drehmoments zur Sicherheitsverstellung des
Pitchantriebes als Variante zweifach unterbrochen werden. Zweckmäßig wird
die Kupplung (35) mit einem kleineren Drehmoment als die
Haltebremse (34) ausgeführt, damit
notfalls eine Schlumpfverbindung entstehen kann.As a result, the initiation of the torque for safety adjustment of the pitch drive can be interrupted twice as a variant. Appropriately, the coupling ( 35 ) with a smaller torque than the holding brake ( 34 ) carried out so that, if necessary, a smurf connection can arise.
Es
wird somit eine Einrichtung vorgeschlagen, die sofern die Bremse
(34) nicht elektrisch öffnet,
dies durch Momentüberwachung
innerhalb der Elektronik des Stellantriebs (30) erkannt
wird, wodurch eine Zwangsöffnung
der Blatt-Haltebremse und Einleitung des Sicherheitsdrehmomentes
z.B. über
das zweite Ende der Welle des Motors (32) stattfindet,
durch Lösen
des Haltemagneten (36) und des Magneten (38),
und wodurch die Federn (36.1) und (38.1) die Hebel
(34.1) und (38.2) in B-Richtung kippen, sofern
das Rotorblatt nicht bereits in Fahnenlage steht. Alternativ kann
die Einleitung des Sicherheitsdrehmomentes direkt am Getriebe (31)
erfolgen.It is thus proposed a device which, if the brake ( 34 ) does not open electrically, this by torque monitoring within the electronics of the actuator ( 30 ), whereby a positive opening of the blade holding brake and initiation of the safety torque, for example via the second end of the shaft of the motor ( 32 ) takes place by releasing the holding magnet ( 36 ) and the magnet ( 38 ), and whereby the springs ( 36.1 ) and ( 38.1 ) the levers ( 34.1 ) and ( 38.2 ) in B-direction, unless the rotor blade is already in flag position. Alternatively, the introduction of the safety torque directly on the gearbox ( 31 ) respectively.
Sofern
die Stromversorgung des Systems gewährleistet ist und keine andere
Störung
vorliegt, wird vorgeschlagen, dass die Rotorblätter deren System keine Störung aufweist, über deren
elektrisch betätigte
Pitchantriebe eine normale Abfahrt der Anlage einzuleiten, ansonsten
erfolgt dies ebenfalls über
den mechanischen Sicherheitsantrieb. Alternativ wird vorgeschlagen
auf eine der beiden Trennkupplungen (35) oder (33.2)
zu verzichten, und stattdessen die Sicherheit der Trennung als Rutschkupplung
auszuführen.If the power supply of the system is guaranteed and there is no other fault, it is proposed that the rotor blades whose system does not interfere with their electrically operated pitch drives to initiate a normal departure of the system, otherwise this is also done via the mechanical safety drive. Alternatively, it is proposed to one of the two separating couplings ( 35 ) or ( 33.2 ), and instead perform the safety of the separation as a slip clutch.
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung (ohne Skizze, jedoch ähnlich 3) bietet
sich dadurch, dass anstatt dem Reibbelag (33.5), mindestens
ein mittels Zugmagnet aktivierbarer Haken verwendet wird, der eine
federgedämpfte
und einhakende Verbindung zwischen Rad (33.1) und Scheibe
(33.2) herstellt, wobei diese Gestaltung auch alternativ
für die
Kupplung (35) anwendbar ist. Dazu wird vorgeschlagen die
Scheibe (47.1) nach 3 fest mit
der Achse (33.4) zu verbinden, und anstatt der Bremsbeläge (33.5)
eine frei drehbare Scheibe zwischen Scheibe (33.2) und
Rad (33.1) zu verwenden. Mittels mindestens einer Feder
soll die zusätzliche
Scheibe mit dem Rad (33.1) verbunden sein, und bei drehendem
Rad ein ansteigendes Moment am Rad (33.1) erzeugen nach
Blockierung der zusätzlichen
Scheibe. Dazu wird vorgeschlagen an der zusätzlichen Scheibe mindestens
einen Nocken oder Bolzen anzubringen, und an der feststehenden mit
dem Maschinenträger
(27) in Verbindung stehenden Scheibe (33.2) mindestens einen
mittels Magneten und Feder zu betätigenden beweglichen Haken
oder Bolzen anzubringen, dass dieser mittels Magneten gehalten wird,
sofern das Rad (33.1) nicht blockiert werden soll. Eine
Ausgestaltung des Haken kann derart sein, dass er nur in einer vorbestimmten
Drehrichtung Verbindung hat, durch hakende oder gleitende Flächen in
Abhängigkeit
der Drehbewegung. Zudem kann die Form des an der Scheibe (33.2)
befestigten Haken auch mittels Magnet derart umgeschaltet werden,
dass eine Blockierung des Rades auch für die Naben Rückwärtsdrehung
realisierbar wird. Alternativ wird vorgeschlagen den Haken der die
zusätzliche
Scheibe blockiert, durch den Anschlag (37.1) ausrastend
zu gestalten, indem ein Hebel (38.2) den Haken aus der
Verbindung zur zusätzlichen
Scheibe löst,
sofern das Rotorblatt bestimmungsgemäß durch die Sicherheitsverstellung
die Fahnenlage erreicht hat.An advantageous embodiment (without sketch, but similar 3 ) offers itself in that instead of the friction lining ( 33.5 ), at least one pull-type activatable hook is used, which is a spring-damped and hooked connection between wheel ( 33.1 ) and disc ( 33.2 ), this design also being an alternative to the coupling ( 35 ) is applicable. For this purpose, the disc is proposed ( 47.1 ) to 3 fixed to the axle ( 33.4 ), and instead of the brake pads ( 33.5 ) a freely rotatable disc between disc ( 33.2 ) and wheel ( 33.1 ) to use. By means of at least one spring, the additional disc with the wheel ( 33.1 ) and, when the wheel is rotating, an increasing moment on the wheel ( 33.1 ) generate after blocking the additional disc. For this purpose, it is proposed to attach at least one cam or bolt to the additional disk, and to the stationary with the machine carrier ( 27 ) related disc ( 33.2 ) at least one movable hook or bolt to be actuated by means of magnets and spring, that this is held by means of magnets, provided that the wheel ( 33.1 ) should not be blocked. An embodiment of the hook may be such that it has connection only in a predetermined direction of rotation, by hooking or sliding surfaces depending on the rotational movement. In addition, the shape of the on the disc ( 33.2 ) attached hooks are also switched by means of magnet so that a blockage of the wheel for the hubs backward rotation is realized. Alternatively, it is proposed the hook which blocks the additional disc, by the stop ( 37.1 ) by disengaging a lever ( 38.2 ) releases the hook from the connection to the additional disc, provided that the rotor blade has reached the flag position as intended by the safety adjustment.
Gemäß 5 wird
vorgeschlagen eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Pitchantriebes
(50) zu verwenden, zur Lastenbegrenzung im Falle seitlicher oder
rückseitiger
Anströmung
der Rotorblätter.
Es wird dazu ein System aufgezeigt, bei dem mindestens ein Rotorblatt
in der Fahnenlage in einem geringen Drehwinkel zwischen Anschlag
(22.3) und Richtung Arbeitsstellung (22.2) freigegeben
wird, und so den Windkräften
bei unterschiedlicher Anströmung ausweichen
kann. Dazu wird vorgeschlagen den Stellmotor (52) mit einer
Spiralfeder (59) auszurüsten,
sowie mit einer mit der Motorwelle (52.1) verbundenen,
aber mittels Verzahnung (59.2) axial verschiebbaren Kupplungsscheibe
(59.1). Zur Aktivierung der Kupplung (59.1) drückt der
Kipphebel (59.3) die Kupplung (59.1) gegen die
Feder (59.4), wodurch sich die Nocken (59.5) der
Kupplung (59.1) und die Nocken (59.6) der Federnabe
(59.8) verhaken, und bei einer durch das Rotorblatt ausgelösten Drehung der
Welle (52.1) in Richtung Arbeitsposition (22.2), sich
die mehrere Umdrehungen zulassende Spiralfeder (59) spannt,
durch Verbindung am inneren Feder-Ende mit der Federnabe (59.8),
und indem das äußere Feder-Ende
(59.7) am feststehenden Motorgehäuse (59.9) fixiert
wird. Die einhakende Wirkung der Nocken (59.5) entsteht
nur sofern das Blatt Richtung Arbeitsposition (22.2) dreht,
oder sofern die Spiralfeder (59) die Welle (52.2)
in Richtung Blattanschlag (32.3) antreibt. Anstatt der
Kupplung (59.1) kann die Feder auch mit richtungsabhängig schaltbaren
Freilauf oder einer schaltbaren Rücklaufsperre eine Verbindung
zwischen Motorwelle und Motorgehäuse
bewirken.According to 5 It is proposed an advantageous embodiment of a pitch drive ( 50 ), for limiting the load in the case of lateral or backward flow of the rotor blades. For this purpose, a system is shown, in which at least one rotor blade in the lance position in a clotting angle of rotation between stop ( 22.3 ) and direction of employment ( 22.2 ) is released, and so can escape the wind forces at different flow. For this purpose, it is proposed the servomotor ( 52 ) with a spiral spring ( 59 ), as well as one with the motor shaft ( 52.1 ), but by means of toothing ( 59.2 ) axially displaceable clutch disc ( 59.1 ). To activate the clutch ( 59.1 ) the rocker arm ( 59.3 ) the coupling ( 59.1 ) against the spring ( 59.4 ), whereby the cams ( 59.5 ) of the coupling ( 59.1 ) and the cams ( 59.6 ) of the spring hub ( 59.8 ), and in the case of a rotation of the shaft triggered by the rotor blade ( 52.1 ) in the direction of the working position ( 22.2 ), the several revolutions permitting spiral spring ( 59 ), by connecting at the inner spring end with the spring hub ( 59.8 ), and by the outer spring end ( 59.7 ) on the stationary motor housing ( 59.9 ) is fixed. The hooking effect of the cams ( 59.5 ) arises only if the sheet is in the direction of the working position ( 22.2 ), or if the spiral spring ( 59 ) the wave ( 52.2 ) in the direction of leaf stop ( 32.3 ) drives. Instead of the clutch ( 59.1 ), the spring can also cause a connection between the motor shaft and motor housing with direction-dependent switchable freewheel or a switchable backstop.
Die
Aktivierung der gedämpften
richtungsabhängigen
Sperre der Drehbewegung erfolgt vorzugsweise im Bereich des Endanschlages
(22.3) der Fahnenlage, da dort die Blattdrehung abgebremst
wird, z.B. mittels mindestens einem Dämpfungselement (57.2)
das sich zwischen den Anschlägen
(22.3) und (57.3) befindet. Entsteht nun in Fahnenlage
ein Drehmoment durch das Rotorblatt auf den Pitchantrieb in Richtung
Arbeitsposition, dann kann sich die Welle (52.1) des Pitchantriebes
gegen die Spiralfeder (59) drehen, bis das Federmoment
derart ansteigt um ein weiterdrehen zu blockieren. Als Ausgestaltung
wird der Blatt-Endanschlag in einen Winkelbereich gelegt, der durch
die federnde Drehbewegung die Lasten je nach Betriebssituation minimiert.The activation of the damped direction-dependent lock of the rotary movement is preferably carried out in the region of the end stop ( 22.3 ) of the lath position, since there the blade rotation is braked, for example by means of at least one damping element ( 57.2 ) between the attacks ( 22.3 ) and ( 57.3 ) is located. If, in the position of the flag, a torque is generated by the rotor blade on the pitch drive in the direction of the working position, then the shaft can ( 52.1 ) of the pitch drive against the coil spring ( 59 ) until the spring torque increases to block further rotation. As an embodiment, the blade end stop is placed in an angular range, which minimizes the loads depending on the operating situation by the resilient rotational movement.
Das
Festhalten des Rotorblattes mit einer stromlos aktiven Bremse ist
bei dieser Ausführung nicht
zwingend notwendig, und eine Bremse die stromlos öffnet bietet
als Variante den Vorteil, dass eine redundante Möglichkeit die Rotorblatt Haltebremsen
zu öffnen
entfallen kann.The
Holding the rotor blade with a currentless active brake
not in this version
mandatory, and a brake that opens normally opens
as a variant, the advantage that a redundant way the rotor blade holding brakes
to open
can be omitted.
Ergänzend wird
vorgeschlagen im Anlagenbetrieb oberhalb des ersten Abschaltwindes
die Ansteuerung der Rotorblatt-Stellantriebe im Stillstand nicht
abzuschalten, und die Blattposition mittels der Stellantriebe zu
halten, damit keine Reaktionszeit zum Start der Antriebe wegen notwendigem
Lüften der
in den Stellmotoren (26) integrierten Blatt-Haltebremsen
verloren geht. Bei Verwendung von Regelstrategien, die Einstellwinkel
mehrerer Rotorblätter unabhängig voneinander
variieren, und dies in Abhängigkeit
der Rotorstellung, soll die tastenabhängige Korrektur direkt am Antrieb
des entsprechenden Rotorblattes stattfinden, und auch dort erfasst
und berechnet werden, und auch die Stellung des Rotorblattes mittels
Messmitteln dort detektiert werden. Alternativ dazu wird vorgeschlagen
die Lasten in einer den Pitchantrieben überlagerten Steuer und Regeleinheit
zu bewerten und den Pitchantrieben, falls Kennwerte überschritten
werden, neue Positionswerte vorzugeben und/oder zu erfassen.In addition, it is proposed in plant operation above the first Abschaltwindes not disable the control of the rotor blade actuators at a standstill, and to hold the blade position by means of the actuators, so that no reaction time to start the drives because of necessary ventilation in the servomotors ( 26 ) integrated leaf holding brakes is lost. When using control strategies, the setting angle of several rotor blades vary independently, and this depending on the rotor position, the key-dependent correction should take place directly on the drive of the corresponding rotor blade, and also recorded and calculated there, and also detects the position of the rotor blade by means of measuring there become. Alternatively, it is proposed to evaluate the loads in a control and control unit superimposed on the pitch drives and, if characteristic values are exceeded, to specify and / or detect the pitch drives for new position values.
In
einer Ausgestaltung der bisherigen Ausführung wird vorgeschlagen und
in 4 dargestellt, dass im Falle irgend einer Störung der
Versorgungsspannung für
Teile innerhalb der Windenergieanlage, mindestens ein Pitchantrieb
als redundante Notstromversorgung verwendet werden soll, im Falle dass
ausreichend Wind für
mindestens eine kleine Drehzahl bei beliebiger Drehrichtung der
Nabe vorhanden ist.In one embodiment of the previous embodiment is proposed and in 4 illustrated that in case of any disturbance of the supply voltage for parts within the wind turbine, at least one pitch drive should be used as a redundant backup power supply, in case that sufficient wind for at least a small speed at any rotational direction of the hub is present.
Dazu
werden die erfindungsgemäßen Komponenten
des Pitchsystems mit mechanischem Sicherheitsantrieb erweitert.
Insbesondere vorteilhaft ist dies zur Versorgung der Azimutantriebe
(26.1) und (26.2) zur Windnachführung der
Gondel für
z.B. Frontanströmung,
und auch verwendbar um einzelne Pitchantriebe zu versorgen, zur
Optimierung der Stellung der Rotorblätter. Um eine Limitierung der
Anlagenlasten im Bereich extremer Windstärken zu gewährleisten, soll die Gondel
für eine
Blattanströmung fortlaufend
ausgerichtet werden, die hinsichtlich Lasten den geringsten Einfluss
auf die Anlage haben und auch die Rotorblätter am geringsten belasten.
Sofern dies z.B. durch Frontanströmung erreicht wird, erfolgt eine
derartige Nachführung
der Gondel sobald die Nabe ein geringe Drehbewegung erzeugt, durch
die Mittels der Pitchantriebe erzeugten Energie, oder alternativ
oder ergänzend
durch Energie die der Generator der Windenergieanlage bei Nabendrehung selbständig erzeugen
kann.For this purpose, the components of the pitch system according to the invention are expanded with mechanical safety drive. This is particularly advantageous for supplying the azimuth drives ( 26.1 ) and ( 26.2 ) for wind tracking of the nacelle for eg front flow, and also usable to supply individual pitch drives, to optimize the position of the rotor blades. In order to ensure a limitation of the plant loads in the area of extreme wind forces, the nacelle should be continuously aligned for a sheet flow, which have the least impact on the system in terms of loads and also least stress the rotor blades. If this is achieved, for example, by front flow, such a tracking of the gondola as soon as the hub generates a small rotational movement generated by the means of pitch drives energy, or alternatively or additionally by energy that can generate the generator of the wind turbine automatically at hub rotation.
Hierzu
wird deshalb vorgeschlagen mehrere Quellen autarker Versorgung innerhalb
der Windenergieanlage bereitzustellen, sobald der Rotor eine Trudelbewegung
ausführt.
Voraussetzung ist ein nicht festgebremster Rotor, und als Variante
eine Rotorblatteinstellung die bei geringem Wind bereits zu einer
kleinen Drehzahl der Nabe und/oder damit verbundener Teile führt. In
einer Ausgestaltung können die
Rotorblätter
auf einer vorgezogenen Fahnenposition gehalten werden, die einen
besseren Anlauf der Nabe ermöglichen.
Damit das Pitchsystem Notstrom erzeugen kann wird im Unterschied
zur 3 die Unterbringung einer Blatt-Haltebremse (40)
am Eintrieb zum Getriebe (43) angeordnet, sowie eine zusätzliche
Kupplung (41) zwischen Motor (42) und Getriebe (43),
wodurch das Rotorblatt (25) gegen Verdrehung um seine Längsachse
festgehalten werden kann trotz drehendem und jetzt als Generator
verwendeten Motor (44) des Pitchantriebes. Als Variante
wird vorgeschlagen die Freiläufe
innerhalb der Kupplung (47.1) und des Freilaufs (48.2),
die normalerweise bei Rückwärtsdrehung
der Nabe das Drehmoment zur Sicherheitsverstellung unterbrechen,
als abschaltbare Ausführung
zu verwenden, damit auch bei rückwärtsdrehender
Nabe (25) die Notstromgewinnung aus dem Pitchantrieb (50)
stattfinden kann.For this purpose, it is therefore proposed to provide multiple sources of self-sufficient supply within the wind turbine as soon as the rotor performs a spin motion. The prerequisite is a non-braked rotor, and as a variant of a rotor blade adjustment that already leads to a low speed of the hub and / or associated parts in low wind. In one embodiment, the rotor blades can be held in a preferred flag position, allowing a better start-up of the hub. In contrast to the 3 the accommodation of a leaf holding brake ( 40 ) at the input to the transmission ( 43 ), and an additional coupling ( 41 ) between engine ( 42 ) and gearboxes ( 43 ), whereby the rotor blade ( 25 ) can be held against rotation about its longitudinal axis despite rotating and now used as a generator engine ( 44 ) of the pitch drive. As a variant, it is proposed the freewheels within the clutch ( 47.1 ) and the freewheel ( 48.2 ), which normally interrupt the torque for safety adjustment during reverse rotation of the hub, can be used as a deactivatable version, so that even when the hub is rotating backwards ( 25 ) the emergency power from the pitch drive ( 50 ) can take place.
Als
Variante können
die Motoren der Pitchantriebe Asynchron-, Reluktanz-, oder Synchronmotoren
sein, deren generatorisch erzeugte Spannung zur weiteren Verwendung
gleichgerichtet wird. Ein Sicherheitsrisiko besteht zu keinem Zeitpunkt,
da gemäß Vorschlag
die zur Sicherheitsrückstellung
in die Fahnenlage verwendeten Antriebe rein mechanische Antriebsenergie
verwenden, und diese durch abschaltende Funktionen aktiv wird.When
Variant can
the motors of the pitch drives asynchronous, reluctance, or synchronous motors
be whose generator generated voltage for further use
is rectified. There is no security risk at any time
as per proposal
the safety provision
Drives used in the lode position purely mechanical drive energy
use, and this becomes active by switching off functions.
Zur
Gestaltung der Notstromversorgung soll mindestens ein Pitchantrieb
Energie aus einer kleinen Nabendrehzahl gewinnen und einen weiteren Pitchantrieb
und/oder einen oder mehrere Azimutantriebe, z.B. (26.1)
und (26.2), mit dieser Energie versorgen, damit z.B. ein
Pitchantrieb den Blattwinkel anstatt auf 90° Fahnenlage auf einen vorgezogenen Bereich
von z.B. 80° einstellt,
und dies als Variante nacheinander ohne fremde Energie, und sich
dadurch die Drehzahl der Nabe etwas erhöht, und auch zur Nachführung der
Gondel in eine Windausrichtung mit geringsten Lasten Energie verfügbar ist.To design the emergency power supply, at least one pitch drive should gain energy from a small hub speed and another pitch drive and / or one or more azimuth drives, eg 26.1 ) and ( 26.2 ), with this energy supply, so that, for example, a pitch drive the blade angle instead of 90 ° flag position to a preferred range of eg 80 ° sets, and this as a variant successively without external energy, and thereby the speed of the hub increases slightly, and also to Tracking the nacelle in a wind orientation with lowest loads of energy is available.
Hierzu
wird direkt zwischen Pitchmotor (42) und Pitchgetriebe
(43) eine aktivierbare Kupplung (41) angeordnet,
die sich durch Abfall des Magneten (45) und durch Federkraft
(45.1) schließt.
Zwischen Kupplung (41) und Getriebe (43) befindet
sich eine stromlos offene Haltebremse (40), die durch Betätigung des
Zugmagneten (45) und des Hebels (45.2) geschlossen
wird, und so das Blatt in Fahnenposition festgebremst ist, aber
durch Bestromung des Bremsmagneten (40.1) der Anker angezogen
werden kann und die Bremse öffnet,
und wobei die Bremse vorteilhaft als Federdruckbremse ausgeführt wird.This is done directly between Pitchmotor ( 42 ) and pitch gear ( 43 ) an activatable coupling ( 41 ) arranged by waste of the magnet ( 45 ) and by spring force ( 45.1 ) closes. Between coupling ( 41 ) and gearboxes ( 43 ) is a normally open holding brake ( 40 ), which are activated by actuation of the 45 ) and the lever ( 45.2 ) is closed, and so the sheet is braked in flag position, but by energizing the brake magnet ( 40.1 ) the armature can be tightened and the brake opens, and wherein the brake is advantageously carried out as a spring-applied brake.
Alternativ
kann auch eine stromlos gelöste Bremse
(40) eingesetzt werden, in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System
des weichen Anschlages in der Fahnenlage gemäß 5.Alternatively, a normally released brake ( 40 ) are used, in conjunction with the system according to the invention of the soft stop in the lath position according to 5 ,
Bei
Verwendung eines Pitchmotors (42) als Generator für Hilfsenergie
wird vorgeschlagen, alternativ den drehrichtungsabhängigen Freilauf
(48.2) am Eintrieb zur Kupplung (48) abzuschalten.
Damit die Einrichtung eines oder mehrerer Pitchantriebe als Notstromversorgung
bei Stellung des Rotorblattes in Fahnenlage aktiv werden kann, wird
der Zugmagnet (46.1) elektrisch angezogen und die mit dem
Magnet in Verbindung stehende Druckfeder gespannt. Somit entsteht
keine Zwangsöffnung
der Kupplung (47.1) und (48), und die Kupplung
(41) bleibt elektrisch geöffnet, und die Bremse (40)
durch Betätigung
der Spule (40.1) geschlossen.When using a pitch motor ( 42 ) as a generator for auxiliary power is proposed, alternatively the direction of rotation dependent freewheel ( 48.2 ) at the input to the clutch ( 48 ) shut down. In order for the device of one or more pitch drives to be able to be activated as an emergency power supply when the rotor blade is in the lane position, the pull magnet ( 46.1 ) are electrically attracted and tensioned with the magnet in conjunction compression spring. Thus, there is no positive opening of the coupling ( 47.1 ) and ( 48 ), and the coupling ( 41 ) remains electrically open, and the brake ( 40 ) by actuating the coil ( 40.1 ) closed.
Sobald
die Anlage wieder betriebsbereit ist bzw. die Windnachführung wieder über die
Möglichkeit
der Netzversorgung verfügt,
wird die Kupplung (47.1) und (48) geöffnet sowie
(41) geschlossen durch Spannungsabschaltung der Spule (45)
und der Kraftschluss zwischen Motor (42) und Getriebe (43) wieder
hergestellt, und die Bereitschaft zur Blattverstellung für den Regelbetrieb
des Pitchantriebes (44) wieder erlangt.As soon as the system is ready for operation again or the wind tracking system has the possibility of mains supply again, the coupling ( 47.1 ) and ( 48 ) as well as ( 41 ) closed by voltage disconnection of the coil ( 45 ) and the adhesion between motor ( 42 ) and gearboxes ( 43 ), and the readiness for pitch adjustment for the normal operation of the pitch drive ( 44 ) recovered.
Die
am Getriebeeingang (43) montierte stromlos schließende Bremse
(40) wird im Fall einer Notabschaltung durch den Hebel
(45.2) und die Feder (45.1) so lange offen gehalten,
bis der Bereich der Fahnenlage erreicht ist und der Anschlag (46)
die Handlüftung
der Bremse aufhebt und die Kupplungen (41), (48)
und (47.1) geöffnet
werden durch die Hebel (45.2) (45.3) und (47.2).The at the transmission entrance ( 43 ) mounted normally closed brake ( 40 ) is used in the event of an emergency stop by the lever ( 45.2 ) and the spring ( 45.1 ) held open until the area of the lath position is reached and the stop ( 46 ) releases the manual release of the brake and the clutches ( 41 ) 48 ) and ( 47.1 ) are opened by the levers ( 45.2 ) ( 45.3 ) and ( 47.2 ).
Um
die Pitchantriebe an Starkwindstandorten wegen häufigerer Aktivierung nicht
frühzeitig
zu beschädigen,
wird die Verwendung von mindestens zwei Pitchantrieben je Rotorblatt
vorgeschlagen. Die Ausführung
entspricht dabei prinzipiell der Gestaltung der Azimutantriebe zur
Zahnspielreduzierung. Sofern keine Blattpositionierung erforderlich
ist, sollen die an beiden Pitchantriebe (26) vorhandenen Haltebremsen
derart aktiviert werden, dass das Rotorblatt spielfrei, d.h. zwischen
dem jeweiligen Antriebsmotor und der Zahnflanke am Blattlager gehalten
wird, Bei einer erforderlichen Verstellung der Rotorblattwinkel
wird vorgeschlagen, die Bremsen beider Antriebe zu lösen, sowie
gleichzeitig den Antrieb mit Drehmoment zu beaufschlagen, dessen
Getriebe-Zahnflanken schon in Berührung mit der gewünschten
Drehrichtung des Rotorblattes stehen. Der zweite Antrieb erhält ein minimales
Bremsmoment, das gerade ausreicht um das Zahnspiel entgegen der
in Drehrichtung liegenden Flanke auf Null zu halten. Sofern der
treibende Antrieb in den Bremsbetrieb geht um die neue Position
anzufahren, wird dies derart gehandhabt, dass dem bisher treibenden
Antrieb das Bremsmoment soweit weggenommen wird, dass eine gewünschte Verzögerung der
Stellbewegung erreicht wird, jedoch höchstens bis zu einem kleinen
Restwert der gewährleistet,
dass die Getriebeverzahnung sich nicht von der treibenden Flanke lost,
und sofern ein Bremsmoment benötigt
wird, dies dann vom Antrieb erfolgt der bereits beim Verstellen die
Zahnflanke in der bremsenden Richtung belastet hatte.In order not to damage the pitch drives in strong wind locations early due to frequent activation, the use of at least two pitch drives per rotor blade is proposed. The design corresponds in principle to the design of the azimuth drives for backlash reduction. If no blade positioning is required, the on both pitch drives ( 26 ) existing holding brakes are activated such that the rotor blade clearance, that is held between the respective drive motor and the tooth flank on the blade bearing, With a required adjustment of the rotor blade angle is proposed to release the brakes of both drives, and at the same time to impart the drive with torque, the gear tooth flanks are already in contact with the desired direction of rotation of the rotor blade. The second drive receives a minimum braking torque, which is just sufficient to keep the backlash counter to the lying in the direction of rotation edge to zero. If the driving drive goes into braking mode to approach the new position, this is handled such that the previously driving drive the braking torque is taken away so far that a desired deceleration of the actuating movement is achieved, but at most up to a small residual value ensures that the gear teeth are not lost from the driving flank, and if a braking torque is needed, this is then done by the drive which had already loaded during the adjustment of the tooth flank in the braking direction.
Dies
bedeutet, dass die Antriebe nicht gleichzeitig aktiv werden, und
die Drehmomente zum Beschleunigen, Verstellen, Bremsen von dem Antrieb aufgebracht
werden, dessen Zahnflanke keinen Wechsel ausführt, was eine mehrfache Verlängerung der
Lebensdauer für
die Getriebe bewirkt.This means that the drives are not active at the same time, and the torques for accelerating, adjusting, braking from the drive be applied, the tooth flank performs no change, which causes a multiple extension of the life of the transmission.
Ergänzend kann
die Steuerung derart stattfinden, dass im Falle extremer Anforderungen
an das Drehmoment auch der zweite Antrieb zusammen mit dem ersten
Antrieb in eine Richtung wirkt, jedoch erfolgt die Aktivierung nicht
gleichzeitig, sondern erst nachdem der antreibende Stellantrieb
ein bestimmtes Belastungsniveau überschritten
hat, wird dem zweiten Antrieb ebenfalls Drehmoment in Richtung des
ersten Antriebes freigegeben.In addition can
the control take place in such a way that in case of extreme demands
to the torque also the second drive together with the first
Drive in one direction acts, but the activation does not take place
at the same time, but only after the driving actuator
exceeded a certain level of stress
torque is also in the direction of the second drive
first drive released.
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass durch eine mechanische Kopplung über das
erfindungsgemäße System
der Sicherheitsenergie aus der Nabendrehung, mindestens zwei Pitchantriebe (44)
miteinander gekoppelt werden können,
und somit ein ausgefallener Pitchantrieb durch den eines anderen
Rotorblattes temporär
ersetzt werden kann, um alle Rotorblätter Richtung Arbeitsposition
zu positionieren, und bei gegebenenfalls Wind oberhalb dem Nennwind
auf eine zurückgezogenen
Position die eine Energieproduktion ohne Pitchbetrieb ermöglicht,
und somit kein Komplettstillstand der Windenergieanlage entsteht.
Diese Funktion kann ebenfalls gemäß Ausführung in 4 erreicht
werden. Für
diesen Fall bleibt die Kupplung (47.1) geöffnet indem
der Magnet (47.3) angezogen wird und so den Hebel (47.2)
in Richtung A kippt und so die Kupplung (47.1) geöffnet halt,
während
die Kupplungen (48) am defekten und an einen weiteren Antrieb
geschlossen wird, und somit ein defekter Antrieb durch einen betriebsbereiten
Antrieb mit positioniert werden kann, wobei als Variante auch zwei
intakte Antriebe gemeinsam einen defekten Antrieb verstellen können, unter
Berücksichtigung
einer elektronisch gesteuerten Verteilung der Drehmomente der antreibenden Stellmotoren
(42). Damit die Welle (48.1) Drehmoment in beiden
Richtungen durchleiten kann, wird entweder ein schaltbarer Freilauf
(48.2) eingesetzt, der die Blattverstellung in Richtung
Arbeitsposition erlaubt, oder der Freilauf (48.2) entfällt, und
es wird alternativ ein Freilauf zwischen Rad (47.5) und
(47.1) vorgeschlagen.A further embodiment provides that, by means of a mechanical coupling via the system according to the invention, the safety energy from the hub rotation, at least two pitch drives ( 44 ) can be coupled together, and thus a failed pitch drive can be temporarily replaced by that of another rotor blade to position all rotor blades in the working position, and if necessary wind above the rated wind on a retracted position which allows energy production without pitch, and thus no Complete standstill of the wind turbine is created. This function can also be performed in accordance with 4 be achieved. In this case, the clutch remains ( 47.1 ) opened by the magnet ( 47.3 ) and so the lever ( 47.2 ) in the direction A and so the clutch ( 47.1 ), while the clutches ( 48 ) is closed on the defective and to another drive, and thus a defective drive can be positioned by an operational drive, where as a variant, two intact drives together can adjust a defective drive, taking into account an electronically controlled distribution of the torques of the driving servomotors ( 42 ). So that the wave ( 48.1 ) Can pass torque in both directions, either a switchable freewheel ( 48.2 ), which allows the blade adjustment in the direction of working position, or the freewheel ( 48.2 ) is omitted, and it is alternatively a freewheel between wheel ( 47.5 ) and ( 47.1 ) proposed.
Zur Überwachung
der Rotorblatt Synchronstellung in diesem Betriebsfall, wird vorgeschlagen eine
Messung der Lasten hinzuzufügen,
bestehend aus Dehnungsmessstreifen und/oder Bewegungssensoren, und
diese am Blattlager anzubringen, und eine Analyse und Vergleich
mit bekannten Werten direkt innerhalb der Elektronik für den Stellantrieb
vorzunehmen. Umständliche
Verfahren zur Messwertübertragung
und erhebliche Kostenerhöhung
für Systeme
die zur Auswertung der Sensoren zusätzliche Prozessortechnik und
Busverbindungen benötigen, können entfallen.
Zur Erhöhung
der Sicherheit, soll die Anlagentechnik Testprogramme ausführen, und sicherheitsrelevante
Funktionen online kontrollieren, entweder vor dem Anfahren, oder/und
während
des Start, oder/und im Betrieb der Energieproduktion. Um an Standorten
mit Wind bis in den Überlebensbereich eine
Beschädigung
der Anlage zu verhindern, wird vorgeschlagen, die erfindungsgemäße Variante
des Pitchsystems als Notstromversorgung derart zu verwenden, dass
sobald eine geringe Drehung der Nabe (25) besteht, die
Gondel in eine vorbestimmte Richtung zum Wind zu drehen, und andauernd
entsprechend gemessener Werte nachzuführen, entsprechend einer vorbestimmten
Richtung zum Wind.To monitor the rotor blade synchronous position in this case of operation, it is proposed to add a measurement of the loads, consisting of strain gauges and / or motion sensors, and attach them to the blade bearing, and to perform an analysis and comparison with known values directly inside the electronics for the actuator. Cumbersome procedures for the transmission of measured values and considerable cost increases for systems which require additional processor technology and bus connections for evaluating the sensors can be dispensed with. To increase safety, the plant engineering should carry out test programs and check safety-related functions online, either before starting up, and / or during take-off, and / or during operation of energy production. In order to prevent damage to the system at locations with wind into the survival area, it is proposed to use the variant of the pitch system according to the invention as an emergency power supply in such a way that as soon as a slight rotation of the hub (FIG. 25 ) to turn the nacelle in a predetermined direction to the wind, and constantly track according to measured values, according to a predetermined direction to the wind.
In 6 wird
ein Vorschlag skizziert, wie die Nachführung der Gondel redundant
zu gestalten ist, wobei z.B. vier Azimutantriebe (60 bis 61.3)
mindestens in zwei redundante Gruppen aufgeteilt sind, mit je einem
Wechselrichter (62) und (62.1), und die drehmomentgeregelten
Betrieb ausführen
sollen, und dass z.B. wahlweise Asynchron-, Reluktanz-, oder Synchronmotoren
verwendbar sind. Es soll zudem vorzugsweise zu den Pitchantrieben
identische Wechselrichtertechnik verwendet werden, die Energieaustausch über den
Zwischenkreis ermöglichen.In 6 a proposal is sketched as to how to make the tracking of the gondola redundant, where, for example, four azimuth drives ( 60 to 61.3 ) are divided into at least two redundant groups, each with an inverter ( 62 ) and ( 62.1 ), and to perform the torque-controlled operation, and that, for example, asynchronous, reluctance, or synchronous motors can be used. It should also be used preferably to the pitch drives identical inverter technology that allow energy exchange via the DC link.
Gemäß Vorschlag
können
z.B. die Wechselrichter (62) und (62.1) für die Stellantriebe
(61) bis (61.3), einen oder mehrere Parallel oder
in Serie geschaltete Motoren (61) bis (61.3) mit
Drehmomentregelung betreiben. Figur (6.3)
zeigt beispielhaft ein System aus nur zwei Antrieben mit Ritzel
(26.3) und (26.4) und ein Zahnkranz (24.1),
der die Ritzel Drehbewegung in die Drehbewegung der Gondel umsetzt.
Es wird vorgeschlagen die Azimutantriebe derart zu steuern, dass
häufige
Gondelverstellung die Getriebe nicht frühzeitig beschädigt. Im
Stillstand der Gondel sollen dazu die an den Motoren (8.1)
und (9.1) angebauten Bremsen durch die Recheneinheit (64)
dann aktiviert (festgebremst) werden, nachdem sich die Zahnräder (26.3)
und (26.4) gegeneinander leicht verspannt haben, oder nur
noch geringes Spiel (68) und (69.1) aufweisen.
Ein Drehmoment am Zahnkranz (24.1) wird somit entweder
vom Zahnrad (26.3) oder (26.4) abgestützt. In
Abhängigkeit
einer gewünschten
Drehrichtung des Zahnkranzes durch die Azimutantriebe, werden die
Bremsen (60) bis (60.3) geöffnet und gleichzeitig an dem
Zahnrad dessen Flanke schon in der gewünschten Drehrichtung der Gondel
anliegt, ein beschleunigendes Drehmoment erzeugt, und das Zahnrad
mit Zahnflanke an der Rückseite
der Drehbewegung soll ein kleines Bremsmoment ausführen um
das Zahnspiel klein zu halten.According to the proposal, for example, the inverters ( 62 ) and ( 62.1 ) for the actuators ( 61 ) to ( 61.3 ), one or more parallel or series connected motors ( 61 ) to ( 61.3 ) with torque control. FIG. 6.3 ) shows an example of a system of only two drives with pinion ( 26.3 ) and ( 26.4 ) and a sprocket ( 24.1 ), which converts the pinion rotation into the rotation of the nacelle. It is proposed to control the azimuth drives such that frequent gondola adjustment does not damage the gears early. At standstill of the nacelle to the on the engines ( 8.1 ) and ( 9.1 ) mounted brakes by the computing unit ( 64 ) then activated (stalled) after the gears ( 26.3 ) and ( 26.4 ) have slightly braced against each other, or only slight play ( 68 ) and ( 69.1 ) exhibit. A torque on the sprocket ( 24.1 ) is thus either from the gear ( 26.3 ) or ( 26.4 ) supported. Depending on a desired direction of rotation of the ring gear by the azimuth drives, the brakes ( 60 ) to ( 60.3 ) and at the same time rests on the gear whose edge is already in the desired direction of rotation of the nacelle, generates an accelerating torque, and the gear with tooth flank at the back of the rotational movement to perform a small braking torque to keep the backlash small.
Für die Ausführung der
Azimutantriebe wird zudem vorgeschlagen für Anwendungen mit hohem Windaufkommen,
aber ohne erhöhten Überlebenswind,
stromlos geschlossene Bremsen zu verwenden, die bei hohem Drehmoment
am Zahnkranz (24.1) ein durchrutschen erlauben. Im Falle
der notwendigen Beherrschung extremer Windstärken im Überlebenswindbereich sollen
stromlos offene Bremsen für
die Azimutdrehbewegung verwendet werden, die erfindungsgemäß mittels
Notstromversorgung aktivierbar sind, und es wird zur Problemlösung zudem
eine nicht selbständig
einfallende mechanische Hauptbremse vorgeschlagen. Aus Sicherheitsgründen sollen
für Anwendung
mit Wind im Überlebensbereich
mindestens zwei Gruppen der Azimutwechselrichter (62, 62.1)
eine getrennte Netzversorgung (65, 65.1) mit Blitz-
und Überspannungsschutz
besitzen, und einen getrennten Zwischenkreisanschluss zur Einspeisung
von DC-Hilfsenergie. Die mittels Notstromversorgung erzeugte Energie
soll auch zur Versorgung der Steuerspannungserzeugung dienen, und
so die Steuerung der Windenergieanlage auch mindestens zweifach
redundant aufrecht erhalten.For the execution of the azimuth drives is also proposed for applications with high windage, but without increased survival wind to use normally closed brakes, which at high torque on the ring gear ( 24.1 ) allow slipping. In case of need manoeuvrable control of extreme wind forces in the survival wind area should be used normally open brakes for azimuth rotation, which are activated according to the invention by means of emergency power supply, and it is also proposed for problem solving a non-independently incident mechanical main brake. For safety reasons, at least two groups of azimuth inverters should be used for applications with wind in the survival area ( 62 . 62.1 ) a separate mains supply ( 65 . 65.1 ) with lightning and overvoltage protection, and a separate DC link connection for the supply of DC auxiliary power. The energy generated by emergency power supply should also serve to supply the control voltage generation, and so maintain the control of the wind turbine at least twice redundant.
Eine
zuverlässige
Quelle der Notstromversorgung bei ausgefallenem Netz, wird in 7 gezeigt,
und derart vorgeschlagen, dass mindestens drei Phasen des permanenterregten
Generators über eine
Gleichrichterbrücke
(75), die bei Netzausfall automatisch verzögert durch
Kontakte (75.1) zugeschaltet wird, und am Ausgang (75.2)
Gleichspannung als Hilfsversorgung zur Verfügung stellt, zur Speisung des
Zwischenkreises (65.2) bzw. aus redundanter zweiter Quelle
für den
Zwischenkreis (65.3), und somit bei Trudelbewegung des
Rotors Energie für
die Versorgung der Steuerung und der Gondel-Stellantriebe, und als Redundanz für die Pitchantriebe
durch den Generator geliefert wird.A reliable source of emergency power supply in case of failed network, is in 7 shown, and proposed such that at least three phases of the permanent-magnet generator via a rectifier bridge ( 75 ), which automatically delays due to contacts ( 75.1 ) and at the output ( 75.2 ) Provides DC voltage as an auxiliary supply, for feeding the DC link ( 65.2 ) or from a redundant second source for the DC link ( 65.3 ), and thus when spinning the rotor energy for the supply of the control and the nacelle actuators, and is supplied as redundancy for the pitch drives by the generator.
Ergänzend besteht
ein Vorschlag die jeweilige Versorgungsspannung für die Wechselrichter
der Stellantriebe über
DC-Hochsetzsteller auf eine Höhe zu
bringen, die eine maximale Drehzahl der Stellantriebe erlaubt, und
alternativ dazu wird vorgeschlagen, eine Pufferung der Zwischenkreisenergie
der einzelnen Stromquellen mittels Kondensatoren auszuführen, um
auch Azimutbereiche bei geringer Rotordrehzahl überfahren zu können.Complementary exists
a proposal the respective supply voltage for the inverter
the actuators over
DC boost converter to a height too
which allows a maximum speed of the actuators, and
Alternatively, it is proposed to buffer the DC link energy
the individual power sources by means of capacitors run to
Also to be able to drive over Azimutbereiche at low rotor speed.
Dadurch
kann eine zeitlich unbegrenzte Nachführung der Gondel erreicht werden.
Eine Abschaltung dieser Betriebsart über die Sicherheitskette wird
ausgeschlossen, und eine automatische Entdrillung wird für den Zeitraum,
bei Wind im Überlebensbereich
unterbunden. Im Falle dass der Umrichter nicht innerhalb der Gondel
installiert wird, sondern z.B. im Turmfuß, sollen die Leistungskabel
zwischen Generator und Umrichter im Bereich der Gondel mittels Schütz (77.1)
bis (77.4) getrennt werden, damit ein möglicher Kabelkurzschluss nicht
zum Ausfall der Hilfsenergie bei Wind im Überlebensbereich führen kann.This allows a time-unlimited tracking of the gondola can be achieved. A shutdown of this mode via the safety chain is excluded, and an automatic untwisting is prevented for the period, with wind in the survival area. In case the inverter is not installed inside the nacelle, but eg in the base of the tower, the power cables between generator and inverter in the area of the nacelle should be protected by contactor ( 77.1 ) to ( 77.4 ), so that a possible cable short circuit can not lead to the failure of the auxiliary power in wind in the survival area.
Als
ergänzende
Variante wird vorgeschlagen die Drehzahl der Nabe, oder der damit
in Verbindung stehenden Teile, derart zu ermitteln, dass die Spannungsamplitude
der am Generator erzeugten Spannung gemessen wird, oder noch vorteilhafter
indem die Drehzahl berechnet wird mittels einer Erfassung der Frequenz
der Nulldurchgänge
an mindestens einer Generatorphase, und diese Messungen auch verwendet
werden sollen, um die Spannung des Generators auf den generatorseitigen
Wechselrichter zu synchronisieren.When
supplementary
Variant is proposed the speed of the hub, or the so
related parts to determine such that the voltage amplitude
the voltage generated at the generator is measured, or more advantageously
by calculating the speed by means of a detection of the frequency
the zero crossings
at least one generator phase, and these measurements also used
should be to the voltage of the generator on the generator side
To synchronize inverters.
10 und 10.1 und 10.2 zeigen einen
Vorschlag für
eine Steuerung und/oder Regelung um einen Betrieb der Windkraftanlage
für Windstärken oberhalb
des ersten Abschaltwindes zu ermöglichen.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, das Lasten ohne große Verzögerung erkennt
und dies schon im Zeitbereich von etwa 100 ms, sowie für extreme
Anwendungen auch erheblich unterhalb 100 ms, mit sofortiger Ansteuerung
der Pitchantriebe zur Änderung
der Blattwinkelstellung. Um dies zu erreichen wird vorgeschlagen,
dass die Messzyklen für die
Nabendrehzahl (105) im ms-Bereich erfolgen und über den
Verlauf der Drehzahländerung
die Beschleunigung (106) bestimmt wird. Kennzeichnend für den Istwert
der Nabendrehzahl (105) ist, dass in keinem Arbeitsbereich
der Windenergieanlage eine konstante Solldrehzahl für den Rotor
bestimmt wird, sondern sich der Rotor in einem Arbeitsfenster (100.2)
frei bewegen kann, und sich eine Abhängigkeit der Korrektur des
Blattwinkels (103.1), von der Steilheit der Naben-Drehzahländerung
(105.2) definieren lässt.
Ohne Beschleunigungskorrekturwert bleibt das vorbestimmte Drehzahlsollwertfenster (101)
bestehen, sofern ein vorbestimmter wert nach hochfahren der Anlage
erreicht wurde, und der Pitchantrieb dreht das Rotorblatt ggf. Richtung
Arbeitsposition, sofern sich die Nabendrehzahl (105) unterhalb des
Drehzahlsollwertfenster (101) befindet. Eine berechnete
Beschleunigung (105.2) dient dazu das Drehzahl-Sollwertfenster
(100.2) der Nabe (25), gekennzeichnet durch eine
obere Grenze (100), und untere Grenze (100.1)
zu verschieben. 10 and 10.1 and 10.2 show a proposal for a control and / or regulation to allow operation of the wind turbine for wind forces above the first shutdown wind. A method is proposed which detects loads without great delay and this already in the time range of about 100 ms, as well as for extreme applications well below 100 ms, with immediate control of the pitch drives to change the blade angle position. To achieve this, it is proposed that the measuring cycles for the hub speed ( 105 ) in the ms range and over the course of the speed change the acceleration ( 106 ) is determined. Characteristic of the actual value of the hub speed ( 105 ) is that in any work area of the wind turbine, a constant target speed for the rotor is determined, but the rotor in a working window ( 100.2 ) and a dependence of the correction of the blade angle ( 103.1 ), the steepness of the hub speed change ( 105.2 ). Without acceleration correction value, the predetermined speed setpoint window ( 101 ), provided that a predetermined value has been reached after the system has been started up, and the pitch drive rotates the rotor blade in the direction of the working position, if the hub speed ( 105 ) below the speed setpoint window ( 101 ) is located. A calculated acceleration ( 105.2 ) serves the speed setpoint window ( 100.2 ) the hub ( 25 ), characterized by an upper limit ( 100 ), and lower limit ( 100.1 ) to move.
In
Abhängigkeit
negativer Beschleunigung (105.2) wird das Sollwertfenster
zu einem höheren Wert
korrigiert bis an eine vorbestimmte Grenze, und eine zunehmende
Nabendrehzahl (105), verschiebt das Fenster zu kleineren
Werten, wobei eine Überschreitung
der oberen Fenstergrenzen eine Korrektur des Blattwinkels (103.1)
Richtung Fahnenlage bewirkt, und bei negativer Fensterkorrektur
und Unterschreitung der unteren Fenstergrenze durch die Istdrehzahl,
wird der Rotorblattwinkel in Richtung Arbeitsstellung korrigiert.
Bei sehr steiler Änderung
der Nabendrehzahl (105) wird das Sollwertfenster (100.2)
durch den Korrekturwert (102) weit nach unten verschoben,
und führt
bei gegebenenfalls großer Überschreitung
der Fenstergrenze zu einem großen korrigierten
Rotorblatt-Positionssollwert (103.1), wodurch der nachgeschaltete
Positionsregler eine hohe Stellgeschwindigkeit des Pitchantriebes
auf die neue Position des Rotorblattes ausführt. Die Berechnung des Korrekturwertes
zur Verschiebung des Sollwertfensters bleibt fortlaufend aktiv.As a function of negative acceleration ( 105.2 ) the setpoint window is corrected to a higher value up to a predetermined limit, and an increasing hub speed ( 105 ), the window shifts to smaller values, wherein exceeding the upper window limits a correction of the blade angle ( 103.1 ) Causes in the direction of the lane, and in negative window correction and falling below the lower window limit by the actual speed, the rotor blade angle is corrected in the direction of working position. With very steep change of the hub speed ( 105 ) the setpoint window ( 100.2 ) by the correction value ( 102 ) is shifted far downwards and, if the window limit is exceeded, leads to a large corrected rotor blade position setpoint ( 103.1 ), whereby the downstream position controller a high positioning speed of the pitch drive to the new Position of the rotor blade performs. The calculation of the correction value for shifting the setpoint window remains continuously active.
Ergänzend wird
vorgeschlagen den Beschleunigungswert zusätzlich zu beeinflussen, um eine
entsprechend starker bewertete Ausprägung der Fensterkorrektur zu
erhalten, indem folgende Werte berücksichtigt werden: die aktuelle
Windstärke (104.1),
ein abhängig
von der Drehzahl vordefiniertes Generatordrehmoment (104.5),
die Lasten am Blattlager (104.3), die an den Pitchantrieben
ermittelten Drehmomente (104.4), sowie die Abhängigkeit
von der aktuellen Nabendrehzahl (104,2)In addition, it is proposed to additionally influence the acceleration value in order to obtain a correspondingly more strongly evaluated form of the window correction by taking into account the following values: the current wind force ( 104.1 ), a generator torque predefined depending on the rotational speed ( 104.5 ), the loads on the blade bearing ( 104.3 ), the torques determined at the pitch drives ( 104.4 ), as well as the dependence on the current hub speed ( 104.2 )
Das
Problem erhöhter
Lasten an den Azimutantrieben kann gemäß 6, 6.1, 6.2, 6.3 reduziert werden. Damit bei ausgefallener Netzversorgung
die zur Windnachführung
benötigte Energie
minimiert wird, wird vorgeschlagen die gemäß dem Stand der Technik zur
Schwingungsdämpfung
im Nachführsystem
der Gondel verwendeten Reibbeläge
zu ersetzen. Erfindungsgemäß wird dies realisiert
in dem mindestens zwei Azimutantriebe autark mittels jeweils einem
Wechselrichter mit Drehmomentregelung betrieben werden, wobei der
nachdrehende Antrieb in leichtem Bremsbetrieb gehalten wird. Dies
enthält,
dass im Stillstand ein Antrieb mit Drehmoment in positive Richtung
wirkt und der zweite negativ, und in diesem Betriebszustand die
an den Azimutantrieben vorhandenen Haltebremsen aktiviert wer den,
und somit das komplette Zahnspiel eliminiert wird, und sich die
Lebensdauer der Getriebe erheblich verbessert. Es wird vorgeschlagen
während
der Gondel Drehbewegung immer eine Gruppe Azimutantriebe mittels
antreibendem und/oder bremsendem Drehmoment derart zu regeln/steuern,
dass das Zahnspiel auf einem kleinen Wert gehalten wird, und z.B.
Bremsmoment innerhalb einer Gruppe aktiviert wird, sobald dem Drehantrieb
zu wenig Drehmoment abgefordert ist, bzw. das zu Spiel in der Verzahnung
führen
würde.
Mehrere Antriebe in einer Gruppe können mit einem Wechselrichter
versorgt werden. Ohne Überlebenswind-Nachführung der
Gondel wird zum Energieaustausch eine Verbindung der Zwischenkreise
der Wechselrichter geschaltet. Bei Verzicht auf die Zahnspielkontrolle
während
der Verstellung, kann auch mittels nur einem Wechselrichter im Stillstand
das Zahnspiel eliminiert werden, indem nach Abbremsung eine Gruppe
Antriebe z.B. (61 und 61.1) von der Versorgung
mittels Schütz
(63 und 63.1) getrennt wird, nachdem die Bremsen
(60 und 60.1) aktiviert wurden, und anschließend die
zweite Gruppe (61.2 und 61.3) noch mit kleinem
Drehmoment beaufschlagt wird, und dann die Bremsen (60.2 und 60.3)
aktiviert werden, wodurch das Zahnspiel ebenfalls eliminiert wird.
Die Steuerung dieser Funktionen soll vom Controller 64 ausgeführt werden,
wobei dieser auch innerhalb der Wechselrichter (62) und/oder
(62.2) integriert sein kann.The problem of increased loads on the azimuth drives can according to 6 . 6.1 . 6.2 . 6.3 be reduced. In order to minimize the energy required for wind tracking when the power supply fails, it is proposed to replace the friction linings used according to the prior art for vibration damping in the tracking system of the nacelle. According to the invention this is realized in which at least two azimuth drives are operated autonomously by means of a respective inverter with torque control, the post-rotating drive is held in light braking operation. This includes that at standstill, a drive with torque acts in the positive direction and the second negative, and in this mode, the existing on the azimuth actuators holding the enabled who, and thus the complete backlash is eliminated, and significantly improves the life of the transmission. It is proposed during the nacelle rotational movement always a group of azimuth drives by means of driving and / or braking torque to control / control that the backlash is kept at a small value, and for example braking torque is activated within a group as soon as the rotary drive requested too little torque is, or that would lead to play in the gearing. Several drives in a group can be supplied with an inverter. Without survival wind tracking of the nacelle, a connection of the DC link of the inverter is switched to exchange energy. In the absence of the backlash control during the adjustment, the backlash can be eliminated by means of only one inverter at a standstill, after braking a group of drives, for example ( 61 and 61.1 ) from the supply by contactor ( 63 and 63.1 ) is disconnected after the brakes ( 60 and 60.1 ) and then the second group ( 61.2 and 61.3 ) is still applied with small torque, and then the brakes ( 60.2 and 60.3 ) are activated, whereby the backlash is also eliminated. The control of these functions is intended by the controller 64 be executed within the inverters ( 62 ) and or ( 62.2 ) can be integrated.
Für den Betrieb
mit erhöhtem Überlebenswind
wird vorgeschlagen die Anzahl der Azimutantriebe derart auszulegen,
dass sofern nur 50% Antriebsmoment verfügbar sind, dies ausreicht um
die Windnachführung
sicherzustellen. Bei einem im ungestörten Betrieb stattfindenden
Gondel Positioniervorgang wird vorgeschlagen, dass zuerst ein Öffnen der
Bremsen der Azimutantriebe stattfindet gefolgt von Drehmomenterzeugung
des Antriebes der eine Zahnflanke in der Drehrichtung vorgespannt
hat, die zur Drehung der Gondel benötigt wird, und der rückwärts an der
Zahnflanke liegende Antrieb mit geringem Bremsmoment beaufschlagt
ist. Sobald ein gewünschter
Bereich für
die Stellgeschwindigkeit der Gondel erreicht ist wird soll das Drehmoment
des Azimutantriebes begrenzt werden, eine Freigabe der Begrenzung
findet erst wieder statt sofern die Stellgeschwindigkeit den vorgegebenen
Bereich verlässt. Eine
Abbremsung erfolgt immer durch den Antrieb mit entgegen der Drehrichtung
anliegender Zahnflanke.For the business
with increased survival wind
it is proposed to design the number of azimuth drives in such a way
if only 50% drive torque is available, this is sufficient
the wind tracking
sure. In case of undisturbed operation
Gondola positioning process is suggested that first opening the
Braking of the azimuth drives takes place followed by torque generation
the drive of a tooth flank biased in the direction of rotation
which is needed for the rotation of the nacelle, and the backward at the
Tooth flank lying drive subjected to low braking torque
is. Once a desired
Area for
the speed of the gondola is reached is the torque
of the azimuth drive, a release of the limit
takes place again only if the positioning speed is the default
Area leaves. A
Deceleration always takes place by the drive with counter to the direction of rotation
adjacent tooth flank.
Gemäß 10.2 wird vorgeschlagen eine Lastenbegrenzung
der Windenergieanlage auch dadurch zu erreichen, dass eine direkte
Busverbindung zwischen den Pitchantrieben (07.x) und der
Anlagensteuerung (108.x), sowie dem Umrichter (109.x)
besteht, damit ein schneller Start der Pitchantriebe Richtung Fahnenlage
stattfinden kann im Falle eines Betriebsfalles der einen möglichst
verzögerungsfreien
Start einer Pitchreaktion erfordert, und somit die Anlagenlasten
auf ein mögliches
Minimum begrenzt werden können.According to 10.2 It is proposed to also achieve a load limitation of the wind energy plant in that a direct bus connection between the pitch drives ( 07.x ) and the plant control ( 108.x ), as well as the inverter ( 109.x ), so that a quick start of the pitch drives direction flaps position can take place in case of an operating case of a delay-free as possible start of a pitch reaction requires, and thus the plant loads can be limited to a possible minimum.
8 stellt
eine Variante dar für
extreme Umgebungsbedingungen der Windenergieanlage, zur gezielten
Steuerung der Generatorkühlung
mit Außenluft
(82), indem Luft im Frontbereich des Generators einströmt und durch
ein Labyrinth (82.1) und Filter (81) in den Innenbereich
geführt
wird. Als Variante (nicht dargestellt) ist eine automatische durch Schwerkraft
oder Antrieb betätigte
Klappensteuerung möglich,
die in Abhängigkeit
der Nabenstellung die äußere Zuluft
abwechselnd öffnet
und schließt,
und die Luft-Weiterleitung nach dem Filter ebenfalls im selben Zyklus öffnet und
schließt.
Bei verschlossener Luftzufuhr wird vorgeschlagen weitere Klappen
zu öffnen,
damit das Filter zur Reinigung rückseitig
angeströmt
wird und eine weitere Klappe die Luft nach Filterdurchströmung in
Windrichtung aus der Gondelverkleidung ausströmen lässt. Die Änderung der Filter Stromrichtung
soll mit jeder halben oder ganzen oder mehrfachen Nabenumdrehung
wechseln. Bei abgeschalteter Windenergieanlage soll generell die Zuluft
geschlossen sein. 8th represents a variant for extreme environmental conditions of the wind energy plant, for targeted control of the generator cooling with outside air ( 82 ) by injecting air into the front of the generator and through a labyrinth ( 82.1 ) and filters ( 81 ) is led to the interior. As a variant (not shown), an automatic actuated by gravity or drive flap control is possible, which alternately opens and closes the outer supply air depending on the hub position, and the air forwarding after the filter also opens and closes in the same cycle. When the air supply is closed, it is proposed to open further flaps so that the filter is flown back for cleaning and another flap lets the air flow out of the nacelle cover in the wind direction after the filter has flowed through. The change of the filter current direction should change with every half or whole or multiple hub rotation. When the wind turbine is switched off, the supply air should generally be closed.
Damit
die Leistungsfähigkeit
der Kühlung schon
vor Errichtung der Anlage getestet werden kann, wird vorgeschlagen,
zwei Windenergieanlagen gemäß 9 für Tests
in einer Montagehalle oder ähnlicher
Einrichtung anzuordnen, und diese mit Standortbedingungen und Nennbelastung
zu betreiben als Motor und Generator, und unter Einbindung der für den Anlagenbetrieb
zur Energieproduktion benötigten
Umrichter entsprechend zu betreiben. Angeordnete Kühlgebläse simulieren
dazu den Betrieb mit Frontluftzufuhr (92) gemäß 8 zum
Stator, und wobei die Testeinrichtung die für den Betrieb der Windenergieanlage
benötigten
Wechselrichter (91.x) verwenden kann mit Parallelbetrieb
der Zwischenkreise (91.3) zum Energieaustausch zwischen
Motor und Generator und für
den Test nur die Verlustenergie aus dem Netz (91.5) bezogen
wird.In order to be able to test the cooling performance even before the installation has been set up, it is proposed to use two wind turbines in accordance with 9 for testing in an assembly hall or To arrange similar device, and operate them with site conditions and rated load as a motor and generator, and to operate in accordance with the integration required for plant operation for energy production inverter. For this purpose, arranged cooling fans simulate operation with front air supply ( 92 ) according to 8th to the stator, and wherein the test device required for the operation of the wind turbine inverters ( 91.x ) can be used with parallel operation of the DC link ( 91.3 ) for the energy exchange between motor and generator and for the test only the energy loss from the grid ( 91.5 ).
Als
besondere Ausgestaltung des Systems wird eine vorteilhafte Errichtung
am Standort der Windkraftanlage vorgeschlagen. Die Nabe (25)
soll ohne die Rotorblätter
montiert werden, um anschließend
jedes Rotorblatt in 6 Uhr Stellung mittels bekannter Seilzugtechnik
zu montieren. Nach Anbau eines Rotorblattes wird vorgeschlagen den
Generator mittels dem generatorseitigem Wechselrichter zur Montage
weiterer Blätter
als Motor zu betreiben, damit weitere freie Blattanschlüsse in der
6 Uhr Stellung positioniert werden können. Am Blatthals befestigte Manschetten
oder ähnliche
Fixierungen, die benötigt werden
um das Blatt hochzuziehen, lassen sich leicht entfernen, nachdem
das Blatt mittels Motorbetrieb des Generators nach oben gedreht
wurde. Die dazu benötigte
Energie kann bei nicht vorhandenem Netz auch von einem im Vergleich
zur Generatorleistung sehr kleinen Stromaggregat erbracht werden,
das z.B. direkt am netzseitigen Anschluss des Umrichters einspeist
und so den Zwischenkreis auf eine Höhe lädt die vom Stromaggregat aufgebracht
werden kann, und die so dimensioniert ist, dass der Generator mit
kleiner Drehzahl als Motor arbeiten kann.As a special embodiment of the system, an advantageous construction is proposed at the location of the wind turbine. The hub ( 25 ) should be mounted without the rotor blades to then mount each rotor blade in 6 o'clock position by means of known cable technology. After mounting a rotor blade, it is proposed to operate the generator by means of the generator-side inverter for mounting additional blades as a motor, so that further free blade connections can be positioned in the 6 o'clock position. Collar-mounted cuffs or similar fixings needed to pull up the sheet are easily removed after the blade has been turned up by engine operation of the generator. The energy required for this can also be provided by a generator that is very small in comparison to the generator power, for example, feeds directly to the line-side connection of the converter and thus loads the intermediate circuit to a height that can be applied by the generator, and so dimensioned is that the generator can operate at low speed as a motor.
Gemäß 11 soll
die mechanische Gestaltung des Generators mit modular einsetzbaren
Zähnen
(111), befestigt am Statorjoch (110) mittels Schrauben
(110.1), und Wicklung (111.1), wie als Beispiel
für einen
Außenläufer gezeigt
erfolgen, und auch ohne Demontage des Generators einen Austausch
einer defekten Wicklung ermöglichen.
Durch lösen
der Schrauben (110.1) lassen sich die Zahnmodule seitlich
wegziehen und austauschen oder reparieren.According to 11 is the mechanical design of the generator with modular teeth ( 111 ), attached to the Statorjoch ( 110 ) by means of screws ( 110.1 ), and winding ( 111.1 ), as shown as an example of an external rotor, and also allow without disassembly of the generator replacement of a defective winding. By loosening the screws ( 110.1 ), the tooth modules can be pulled aside and replaced or repaired.
Damit
die Anlage für
extreme Windstandorte verwendet werden kann wird nach 8 eine
Gestaltung aufgezeigt zur Kühlung
des Generatorsystems mit reduziertem Einfluss durch Umgebungsbedingungen.
Hierzu werden beispielhaft am Statorjoch (110) Kühlrohre
(115) angebracht, die bei Durchsatz von Kühlflüssigkeit
einen Teil der Statorverluste abführen können, und diese in einem Wärmetauscher an
die Umgebung abgeben. Ergänzend
dazuwird eine steuerbare und/oder regelbare ergänzende Luftkühlung des
Generators vorgeschlagen, durch Kühlluft (82), die an
der Frontseite der Windenergieanlage über ein Labyrinth (82.1),
und durch ein Filter (81) in den Innenraum geleitet wird,
und als Erweiterung eine Vorrichtung besitzt die das Filter reinigt,
in dem z.B. feine Wassertropfen wieder an die Umgebung der Nabe
abgegeben werden. Zur Luftdosierung für unterschiedliche Temperaturverhältnisse
des Generators oder des Innenraumes, wird eine steuerbare Klappe
(80) vorgeschlagen, die mittels Stelleinrichtung (80.2 und 80.3)
die einströmende
Luft (82) dosieren kann. Bei Ausfall der Versorgungsspannung erfolgt
ein automatischer Verschluss der Luftzufuhr z.B. mittels Federn
(80.1). Damit die Leistungsfähigkeit der Kühlung schon
vor Errichtung der Anlage getestet werden kann, wird vorgeschlagen, zwei
Windenergieanlagen gemäß 9 für Tests
in einer Montagehalle oder ähnlicher
Einrichtung anzuordnen, und diese mit Standortbedingungen und Nennbelastung
zu betreiben als Motor und Generator mit dem für den Anlagenbetrieb zur Stromproduktion
benötigten
Umrichter entsprechend zu betreiben.So that the plant can be used for extreme wind locations becomes after 8th a design shown for cooling the generator system with reduced influence of environmental conditions. These are exemplified at Statorjoch ( 110 ) Cooling pipes ( 115 ), which can dissipate a portion of the stator losses at the rate of cooling liquid, and deliver these in a heat exchanger to the environment. In addition, a controllable and / or controllable supplementary air cooling of the generator is proposed, by cooling air ( 82 ) on the front of the wind turbine over a labyrinth ( 82.1 ), and a filter ( 81 ) is passed into the interior, and as an extension has a device which cleans the filter in which, for example, fine water droplets are discharged back to the environment of the hub. For air dosing for different temperature conditions of the generator or the interior, a controllable flap ( 80 ) proposed by means of adjusting device ( 80.2 and 80.3 ) the incoming air ( 82 ) can dose. In case of failure of the supply voltage is an automatic closure of the air supply, for example by means of springs ( 80.1 ). In order to be able to test the cooling performance even before the installation has been set up, it is proposed to use two wind turbines in accordance with 9 to arrange for tests in an assembly hall or similar facility, and to operate them with site conditions and rated load to operate as motor and generator with the necessary for the plant operation for electricity production inverter accordingly.
Somit
wird eine Windenergieanlage vorgeschlagen für Betrieb bei erhöhtem Maximalwind
und auch ein Einsatz an bisherigen Problemstandorten hinsichtlich Überlebenswind
kann mit erheblich geringerem Risiko stattfinden, da insbesondere
die Entstehung betriebsmäßiger Spitzenlasten
und auch die Lasten bei Störungen
erheblich reduziert werden können,
und sich zudem die Lebensdauer der Baugruppen erhöht. Als
Variante lassen sich Teile der beschriebenen Problemlösungen auch
vorteilhaft für Anlagen
zur Energiegewinnung in Wasserkraftwerken, Meeresströmung oder
Wellenkraftwerken einsetzen. Auf Basis der erfindungsgemäßer Technologie
wird vorgeschlagen die Windenergieanlage auch für autarke Stromversorgungsanlagen
zu verwenden, wie zum Beispiel für
Inselbetrieb oder für
Meerwasserentsalzungsanlagen, da bei aufkommendem Wind ohne zusätzliche
Energie ein selbständiger Start
der Anlage erfolgen kann, sofern der Generator eine permanente Erregung
besitzt, und insbesondere wird dabei ein Parallelbetrieb mehrerer
Energiequellen an einem Wechselrichter-Zwischenkreis vorteilhaft.Consequently
a wind turbine is proposed for operation with increased maximum wind
and also a use at previous problem locations with regard to survival wind
can take place with significantly lower risk, especially since
the emergence of operational peak loads
and also the loads in case of faults
can be significantly reduced,
and also increases the life of the modules. When
Variant can be parts of the described solutions also
advantageous for plants
for energy production in hydroelectric power plants, ocean currents or
Use wave power plants. Based on the inventive technology
The wind turbine is also proposed for self-sufficient power supply systems
to use, such as for
Island operation or for
Seawater desalination plants, as in the oncoming wind without additional
Energy an independent start
The plant can be made if the generator is a permanent excitement
own, and in particular is doing a parallel operation of several
Energy sources to an inverter DC link advantageous.