DE811580C - Windkraftanlage - Google Patents

Windkraftanlage

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DE811580C
DE811580C DEP9020A DEP0009020A DE811580C DE 811580 C DE811580 C DE 811580C DE P9020 A DEP9020 A DE P9020A DE P0009020 A DEP0009020 A DE P0009020A DE 811580 C DE811580 C DE 811580C
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DE
Germany
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speed
wind
controller
motor
generator
Prior art date
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Expired
Application number
DEP9020A
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English (en)
Inventor
Hermann Dipl-Ing Dr-Ing Harz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE811580C publication Critical patent/DE811580C/de
Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0272Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor by measures acting on the electrical generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D15/00Transmission of mechanical power
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00Application
    • F05B2220/70Application in combination with
    • F05B2220/706Application in combination with an electrical generator
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Windkraftanlage Es ist bekannt, mit Hilfe von vom Wind oder einem ähnlich strömenden Medium angetriebenen Motoren elektrische Stromerzeuger anzutreiben. Die Drehzahl derartiger Windmotoren ist weitgehend von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, also von der Windgeschwindigkeit abhängig. Andererseits wirkt aber auch die elektrische Belastung des Stromerzeugers auf die Drehzahl des Windmotors zurück, so daß unter Umständen ein unerwünschter Schlupf im Windmotor eintreten kann. Besondere Verhältnisse liegen bei Stromerzeugern vor, die \\-echselstrom erzeugen und hierbei diesen Strom an ein verhältnismäßig großes Netz liefern, dessen Frequenz durch andere Stromerzeuger bestimmt oder gehalten wird. In diesen Fällen ist die Drehzahl der Wechselstromerzeuger zunächst durch die Netzfrequenz bestimmt, so daß bei veränderlicher Windgeschwindigkeit ein Schlupf im Windmotor unvermeidlich erscheint. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man als Wechselstromerzeuger mit Antrieb durch Windmotoren Wechselstromkommutatormaschinen verwendet, bei denen die Drehzahl bei gleichbleibender Frequenz durch Bürstenverschiebung geändert werden kann. Bei Stromerzeugungsanlagen dieser Art ist der beste Wirkungsgrad dann zu erreichen, wenn die Drehzahlregelung der Maschine in der Weise durchgeführt wird, daß sie sich linear mit der Windgeschwindigkeit ändert. Xhnliche Bedingungen liegen auch bei Gleichstromnebenschlußgeneratoren vor. Bei diesen steht die Spannung in einem starren Verhältnis zu der Drehzahl. Wenn also dort die Spannung festliegt, ist es für einen guten Wirkungsgrad erwünscht, die Regelung der Maschine, d. h. hier vorzugsweise die Regelung der Nebenschlußerregung, in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des antreibenden Mediums durchzuführen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Drehzahlregelung für derart angetriebene Stromerzeuger mit geringem Aufwand auf einfache Weise durchzuführen. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Regelung der vom Windmotor angetriebenen Maschine in Abhängigkeit von einem Vergleich der Drehzahl dieser Maschine mit einer der Windgeschwindigkeit ent-. sprechenden Sollwertdrehzahl durchgeführt wird. Der Sollwert kann beispielsweise von einem Windgeschwindigkeitsmesser, einer von einem kleinen Windmotor angetriebenen Tachometerdynamo oder auf ähnliche Weise gewonnen werden. Eine sehr zweckmäßige Anordnung ergibt sich, wenn für die Bestimmung des Sollwertes ein kleiner Hilfsmaschinensatz verwendet wird, der aus einem Windmotor und einem von diesem angetriebenen Lüfter, also der Umkehrung eines Windmotors, besteht. Ein solcher Lüfter hat nämlich im wesentlichen dasselbe Drehzahl-Drehmomentverhalten wie der ihn antreibende Windmotor, da bei beiden praktisch eine quadratische Abhängigkeit des Drehmoments von der Drehzahl besteht. Es ergibt sich hieraus, daß ein solcher Hilfsmaschinensatz stets mit einer der Windgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl umläuft, also einer Drehzahl, die dem Sollwert für eine Regelung des Stromerzeugers für wirtschaftliches Arbeiten entspricht. Der Vergleich der beiden Drehzahlen und eine von diesem abgeleitete Beeinflussung der Drehzahl des Stromerzeugers kann auf beliebige, in der Regeltechnik bekannte Weise erfolgen. Eine einfache Anordnung ergibt sich beispielsweise mit Hilfe eines Differentialgetriebes, das bei Übereinstimmung der Drehzahlen stillsteht, bei Abweichungen der Drehzahlen eine diesen entsprechende langsame Bewegung entsprechend der Richtung der Abweichung durchführt. Ein solches Differentialgetriebe kann einen Regler mit Rückführung und Dämpfung, beispielsweise in Gestalt eines Zeigerreglers, beeinflussen.
  • Bei Wechselstromkommutatormaschinen wird dann die Bürstenverschiebung in Abhängigkeit hiervon durchgeführt. Bei Gleichstromnebenschlußmaschinen läßt man zweckmäßig das Differentialgetriebe auf die Erregung des Nebenschlußfeldes einwirken.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens dargestellt. In Fig. i bezeichnet i einen Windmotor, mit dem eine läufergespeiste Drehstromnebenschlußmaschine 2 unmittelbar gekuppelt ist, deren Schleifringe auf ein Drehstromnetz 3 geschaltet sind. Die Bürstenbrücke wild durch einen. Verstellmotor 4 betätigt, der durch einen Zeigerregler 5 im einen oder anderen Sinne zu- und abgeschaltet wird. Der Regler 5 spricht über das Differentialgetriebe 6 an. Diesem wird einmal die Drehzahl des Hilfsmaschinensatzes, bestehend aus Windmotor 7 und Lüfter 8, als Sollwert, andererseits die Drehzahl des Windmotors i als Istwert zugeleitet. Sind beide gleich, so ist die dem Regler 5 zugeführte Drehzahl Null, und der Regler befindet sich in Ruhe. Weicht dagegen der Istwert vom Sollwert ab, so spricht der Regler an und regelt den Generator 2 auf die richtige Drehzahl ein. Durch die Wahl der Übersetzung vom Differentialgetriebe 6 auf den Zeigerregler 5 sowie durch Einstellung der Rückführung und der Dämpfung am Regler selbst hat man es weitgehend in der Hand, Überregelungen und Pendelungen zu vermeiden. Fig. 2 zeigt den Verlauf dies Drehmoments über die Drehzahl bzw. der Windgeschwindigkeit für den Hilfsmaschinensatz. Hieraus geht hervor, daß jeder Windgeschwindigkeit ein ganz eindeutiges Drehmoment zugeordnet ist. Da die Drehzahl des Hauptmaschinensatzes an die des Hilfsmaschinensatzes gebunden, ist, besteht die Gewähr, daß die anfallende Windenergie jeweils bei günstigster Drehzahl verarbeitet wird.
  • Der Vergleich von Istwert und Sollwert der Drehzahlen kann nicht nur auf mechanischem, sondern auch auf elektrischem Wege erfolgen. Ebenso kann auch an Stelle eines Zeigerreglers ein anderer bekannter Regler, z. B. ein Öldruckregler, verwendet werden, der unmittelbar die Bürstenbrücke betätigt.
  • Man kann auch auf den Regler 5 verzichten und den Verstellmotor 4 unmittelbar durch das Differentialgetriebe 6 beeinflussen. Der Neigung zum Überregeln und Pendeln kann man hierbei durch Wahl einer geeigneten Übersetzung ins Langsame zwischen Differentialgetriebe und Schalterbetätigung weitgehend begegnen. Fig. 3 zeigt diese vereinfachte Anordnung. Der Verstellmotor 4 wird hier unmittelbar vom Differentialgetriebe 6 ab-, zu-und umgeschaltet.
  • Man kann unter Umständen auch noch einen Schritt weitergehen und das Differentialgetriebe unter Wegfall des Reglers 5 und des Verstellmotors 4 unmittelbar auf die Bürstenbrücke einwirken lassen, wie es Fig. 4 zeigt. Wie beim Regler werden hierbei große Abweichungen der Drehzahl vom Sollwert schnell und kleine langsam ausgeregelt. Man wird auch hier zweckmäßig wieder eine geeignete Übersetzung ins Langsame zwischen Differentialgetriebe und Bürstenbrücke wählen, um Überregelungen und Pendelungen zu vermeiden bzw. gering zu halten.
  • Es ist auch möglich, die Drehzahl des Windmotors unter Wegfall des Hilfsmaschinensatzes selbst als Sollwert zu benutzen und ihr als Istwert die Leistung des Generators zuzuordnen. Dies kann z. B. unter Verwendung eines wattmetrischen Relais erfolgen, das mit einer Gegenfeder mit von der Drehzahl gesteuerter Zugkraft arbeitet. Die Zugkraft der Gegenfeder kann z. B. mit Hilfe einer von einem Fliehkraftpendel gesteuerten Kurvenscheibe in jede gewünschte Abhängigkeit von der Drehzahl gebracht werden.
  • Fig. 5 zeigt eine solche Anordnung. Mit dem Generator 2 ist ein Fliehkraftpendel gekuppelt, das über eine Kurvenscheibe io der Gegenfeder ii des Relais verschiedene Zugkräfte zuordnet, die von dem wattmetrischen Spulensystem 12 ebenfalls aufgebracht werden müssen, damit das bewegliche System in der Nullage bleibt. Auf diese Weise wird jeder Drehzahl eine bestimmte Leistung des Generators zugeordnet, die beim Abweichen von, ihrem Sollwert über den Verstellmotor 4 die Bürstenbrücke des Generators im einen oder anderen Sinne betätigt.
  • Statt einer regelbaren DrehstromnebenschluB-maschine kann auch eine andere regelbare Maschine für Gleich- oder Wechselstrom verwendet werden, bei der das Differentialgetriebe 6 bzw. das wattmetrische Relais io bis 12 auf das Verstellglied einwirkt.
  • Mit Vorrichtungen der vorbeschriebenen Art ist es demnach möglich, mit einfachen Mitteln eine selbsttätige Einregelung der günstigsten Drehzahl und dadurch eine wirtschaftliche Ausnutzung der anfallenden Wind- oder andersartigen Strömungsenergie zu erreichen.

Claims (6)

  1. PATE NTANSPROCHE: i. Elektrische Anlage, bei der ein von einem strömenden Medium angetriebener Motor einen Stromerzeuger antreibt, bei dem das Verhältnis zwischen Frequenz und Drehzahl geregelt werden kann, insbesondere Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in Abhängigkeit von einem Vergleich der Drehzahl dieser Maschine mit einer der Windgeschwindigkeit entsprechenden Sollwertdrehzahl durchgeführt wird.
  2. 2. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die Sollwertdrehzahl mit Hilfe eines Hilfsmaschinensatzes bestimmt wird:, der aus einem Windmotor und einem von diesem angetriebenen Lüfter besteht.
  3. 3. Anlage nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daB der Vergleich der beiden Drehzahlen mit Hilfe eines Differentialgetriebes erfolgt, das den Regler beeinflußt.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB der Regler als Zeigerregler mit Rückführung und Dämpfung ausgeführt ist.
  5. 5. Anlage nach Anspruch i bis 4 mit Wechselstromkommutatormaschine als Stromerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung auf die Bürstenverschiebung der Kommutatormaschine einwirkt.
  6. 6. Anlage nach Anspruch i bis 4 mit GleichstromnebenschluBstromerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung auf die Erregung des NebenschluBfeldes einwirkt.
DEP9020A 1948-10-02 1948-10-02 Windkraftanlage Expired DE811580C (de)

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DEP9020A DE811580C (de) 1948-10-02 1948-10-02 Windkraftanlage

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DEP9020A DE811580C (de) 1948-10-02 1948-10-02 Windkraftanlage

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DE811580C true DE811580C (de) 1951-08-20

Family

ID=7362037

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DEP9020A Expired DE811580C (de) 1948-10-02 1948-10-02 Windkraftanlage

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DE (1) DE811580C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0110471A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-13 TEMA S.p.A. Methode und Vorrichtung zur Umwandlung von Wind in elektrische Energie

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0110471A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-13 TEMA S.p.A. Methode und Vorrichtung zur Umwandlung von Wind in elektrische Energie

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