ES2602738T3 - Sistema de regulación de paso de pala redundante - Google Patents

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ES2602738T3 ES11707143.1T ES11707143T ES2602738T3 ES 2602738 T3 ES2602738 T3 ES 2602738T3 ES 11707143 T ES11707143 T ES 11707143T ES 2602738 T3 ES2602738 T3 ES 2602738T3
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Fabio Bertolotti
Hermann Kestermann
Jens Van Schelve
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Abstract

1.- Instalación de energía eólica (1) con un sistema de regulación de paso de pala que comprende al menos un accionamiento de regulación de paso de pala (18, 19) accionado eléctricamente, asignado a cada pala de rotor (B1) de la instalación (1), con al menos un electromotor (M) para el ajuste de pala, dispuesto en una parte rotatoria (6, 14) de la instalación (1), y con una unidad de potencia y de control (Um) asignada al motor (M), con primeras conexiones de cable (520) con las que pueden transmitirse datos de energía y de control de la unidad de potencia y de control (Um) al motor (M) y viceversa, estando guiadas las primeras conexiones de cable (520) a través de una primera junta rotativa (Se1) dispuesta en un punto de unión entre la parte rotatoria (6, 14) y una parte estacionaria (4) situada axialmente a continuación, presentando el sistema una junta rotativa (Se2) adicional que es redundante con respecto a la primera junta rotativa (Se1) y que trabaja de forma separada mecánicamente y eléctricamente de la primera junta rotativa (Se1) y que está conectada a la unidad de potencia y de control (Um) y al motor (M) a través de una conexión de cable (620) adicional para mantener de esta manera una transmisión segura de los datos de energía y de control en caso del fallo de la primera junta rotativa (Se1), caracterizada porque las dos juntas rotativas (Se1, Se2) están dispuestas axialmente una detrás de otra en serie y a una distancia entre sí, estando soportadas la primera junta rotativa (Se1) sobre un primer casquillo (700) y la junta rotativa (Se2) adicional sobre un casquillo (720) adicional, estando dispuesto el casquillo (720) adicional coaxialmente y en parte dentro del primer casquillo (700), de manera que por la diferencia de diámetro de los dos casquillos (700, 720) queda formado un espacio anular exterior de extensión radial entre los dos casquillos (700, 720), estando guiadas las conexiones de cable (520) de la primera junta rotativa (Se1) a través del espacio anular exterior y la conexión de cable (620) de la junta rotativa (Se2) adicional a través del espacio interior radial del casquillo (720) adicional.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de regulacion de paso de pala redundante
La invencion se refiere a una instalacion de ene^a eolica segun la reivindicacion 1.
Las instalaciones de energfa eolica modernas comprenden palas de rotor montadas de forma giratoria en un rotor que mediante una modificacion individual del angulo de pala pueden variar el angulo de incidencia del viento para cada pala de rotor (sistema de regulacion de paso de pala / sistema de pitch). Ademas, del ajuste energeticamente eficiente de las palas de rotor para la transformacion optima de energfa cinetica en energfa electrica, un sistema de regulacion de paso de pala de este tipo tiene tambien una funciona de seguridad, ya que un ajuste inmediato de las palas de rotor a la posicion de aparcamiento o de bandera permite evitar movimientos de rotacion inadmisibles del rotor o el exceso inadmisible de valores de estabilidad del conjunto de la instalacion. Por lo tanto, en situaciones meteorologicas extremas con fuertes rafagas, el sistema de regulacion de paso de pala es el freno de accion mas rapida de la instalacion. Por esta razon, existen elevados requisitos en cuanto a la fiabilidad del sistema de regulacion de paso de pala. Segun las normas y directivas aplicables de organizaciones de supervision, estatales u organizadas de forma privada para la seguridad de las instalaciones de energfa eolica, la disponibilidad de una instalacion de energfa eolica ha de garantizarse tambien en caso de un fallo o de un fallo parcial de componentes del sistema de regulacion de paso de pala.
En instalaciones de energfa eolica con tres palas de rotor y un sistema de regulacion de paso de pala asignado individualmente a cada pala de rotor, en caso de fallo de un sistema de regulacion de paso de pala pueden garantizar una redundancia suficiente respectivamente los otros dos sistemas de regulacion de paso de pala. Sin embargo, resulta problematico en caso de existir solo dos palas de rotor en las que en caso de un fallo de un sistema de regulacion de paso de pala solo queda un sistema de regulacion de paso de pala que ha de cumplir la funcion de seguridad. Esto se considera como no suficiente para una redundancia.
El documento DE60311896T2 muestra un sistema de regulacion de paso de pala redundante generico con al menos dos convertidores previstos como unidad de control de potencia para el control del sistema de regulacion de paso de pala. A cada accionamiento esta asignado respectivamente solo un convertidor. En caso de un fallo de un sistema de regulacion de paso de pala, a traves de un dispositivo de conmutacion se pone en funcionamiento el segundo convertidor.
El documento DE10116011A1 muestra una instalacion de energfa eolica con un sistema de regulacion de paso de pala redundante. El sistema presenta mas de un accionamiento (motor) para una pala de rotor, pudiendo conectarse adicionalmente el segundo accionamiento a traves de un dispositivo de conmutacion en caso de un fallo de un accionamiento.
Uno de los componentes mas sensibles del sistema de regulacion de paso de pala es la llamada junta rotativa o disposicion de anillos colectores, en las que datos de energfa y de control se transmiten de la parte rotatoria de la instalacion a la parte estacionaria y viceversa.
Una junta rotativa para la transmision de corriente en instalaciones de energfa eolica se describe por ejemplo en el documento DE20116756U1. La disposicion conocida se compone de una carcasa anular en dos piezas, en la que estan soportadas una o varias carcasas aislantes compuestas que abren de forma repetida y que giran radialmente y que engranan unas en otras y estan aisladas unas respecto a otras. Dentro de la carcasa aislante estan soportados ademas dos anillos colectores de forma giratoria uno respecto a otro. Las dos carcasas aislantes estan soportadas junto con resortes sobre un casquillo interior que sirve de eje de cojinete y estan retenidas axialmente dentro de un casquillo exterior de dicha carcasa anular. Los dos casquillos de la carcasa anular portante se deslizan axialmente una dentro de otra y se retienen y se giran 360°. Durante ello, las carcasas aislantes se comprimen de forma separable y axialmente elastica con anillos colectores y los resortes entre los dos casquillos de la carcasa anular portante.
En general, las juntas rotativas o disposiciones de anillos colectores estan expuestas a esfuerzos electricos y mecanicos muy fuertes. En caso del fallo o la avena de este componente queda sin funcionamiento la funcion de seguridad del sistema de regulacion de paso de pala, especialmente para las partes del sistema que estan dispuestas en la parte rotatoria de la instalacion. Esto se refiere al motor de accionamiento y las partes del convertidor que estan dispuestas en la parte rotatoria.
El documento DE19752241C2 muestra un generador para la alimentacion de consumidores en una red de a bordo de un vetuculo. El generador presenta un devanado de estator de dos hilos para corriente trifasica, dos devanados de estator separados de forma galvanica y un devanado de excitacion con un regulador. El devanado de excitacion
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al que paralelamente con respecto al primer regulador esta asignado otro regulador es alimentado respectivamente a traves de un propio par de escobillas por anillos colectores que trabajan independientemente entre su
El documento DE20020232U1 describe una instalacion de energfa eolica con medios para el ajuste de las palas de rotor alrededor de un eje longitudinal que estan dispuestos en el cubo de un arbol de rotor y que presentan al menos un accionamiento de ajuste con al menos un motor de ajuste para el ajuste de al menos una pala de rotor, al menos un generador auxiliar para el desacoplamiento de energfa electrica de la energfa cinetica al menos del arbol de rotor, un dispositivo de deteccion de avenas que entra en accion en caso de detectar un error de la instalacion de energfa eolica, y un dispositivo de conmutacion que en caso de la activacion del dispositivo de deteccion de avenas conduce la energfa electrica del generador auxiliar al menos a un motor de ajuste para el ajuste de al menos una pala de rotor a una posicion de bandera. Estan previstos dos juegos de anillos colectores, estando conectada una alimentacion a la red a convertidores / inversores a traves de un primer cable de conexion que se extiende a traves del primero de los juegos de anillos colectores. El dispositivo de deteccion de avenas esta conectado al dispositivo de conmutacion a traves de un segundo cable de conexion que igualmente se extiende a traves del primer juego de anillos colectores. Ademas, el generador auxiliar esta conectado al dispositivo de conmutacion a traves de un tercer cable de conexion que se extiende a traves del segundo juego de anillos colectores.
El documento WO2005/021962A1 describe un sistema de ajuste de pala de rotor para una instalacion de energfa eolica, con al menos un accionamiento de ajuste de palas de rotor para modificar un angulo de inclinacion de las palas de rotor, al menos dos modulos de control de potencia para el control del accionamiento de ajuste de palas de rotor para ajustar el angulo de inclinacion de palas de rotor, y al menos una unidad de conmutacion para la conexion del accionamiento de ajuste de palas de rotor a cada uno de los dos modulos de control de potencia. Los modulos de control de potencia son alimentados a traves de una sola disposicion de anillos colectores.
El documento WO2006/069573A1 describe una instalacion de energfa eolica con dispositivos controlados y con un sistema de control para uno o varios de estos componentes principales, estando previsto el sistema de control de forma multiple al estar previsto al menos un sistema de control adicional para controlar los mismos dispositivos controlados.
El documento DE2010431A1 describe un accionamiento de ajuste por motor para valvulas con una desconexion en posicion de fin de carrera, dependiente de la fuerza de empuje, en la que un husillo roscado guiado de forma no giratoria y acoplado a la pieza de cierre puede moverse axialmente mediante una tuerca de husillo asignada, giratoria por motor.
El documento EP0858148A1 describe una maquina asincronica de anillos colectores, en la que los contactos por rozamiento pueden accionarse de forma magnetica.
El documento WO2009/008863A1 describe una instalacion de energfa eolica con un cubo giratorio, con al menos una pala de rotor soportada de forma giratoria en el cubo, con un sistema de control de angulo de pala dispuesto dentro del cubo para el ajuste del angulo de inclinacion de cada pala de rotor, con una gondola estacionaria, con una disposicion de anillos colectores prevista para la transmision de senales electricas entre dispositivos dispuestos dentro del cubo y dispositivos dispuestos dentro de la gondola y prevista en una transicion de un circuito electrico entre el cubo y la gondola, y con un dispositivo para la continuacion del funcionamiento del sistema de control de angulo de pala durante un fallo de la red, estando previstos medios para el registro y la vigilancia de la alimentacion de tension en el lado giratorio de la disposicion de anillos colectores y estando previstos ademas medios para la alimentacion de tension del sistema de control de angulo de pala desde una alimentacion de corriente de emergencia cuando la tension registrada cae debajo de un valor umbral predeterminado. Se describen en total dos disposiciones de anillos colectores, sirviendo la primera de las disposiciones de anillos colectores para la transmision de potencia y sirviendo la segunda disposicion de anillos colectores para la transmision de datos de control.
El estado de la tecnica en sistemas de regulacion de paso de pala redundantes para instalaciones de energfa eolica no ofrece una seguridad de funcionamiento suficiente en cuanto a un fallo de la junta rotativa o de la unidad de anillos colectores. Por lo tanto, la invencion tiene el objetivo de proporcionar un sistema de regulacion de paso de pala redundante que ofrezca una seguridad de funcionamiento suficiente del sistema tambien en cuanto a una avena de la junta rotativa.
Este objetivo se consigue segun la invencion mediante una instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1. Variantes ventajosas de la invencion resultan de las reivindicaciones subordinadas.
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Por lo tanto, segun la invencion se crea una instalacion de ene^a eolica segun la reivindicacion 1 que comprende entre otros al menos un accionamiento de regulacion de paso de pala accionado de forma electrica, asignado a cada pala de rotor de la instalacion, con al menos un electromotor dispuesto en una parte rotatoria de la instalacion y una unidad de potencia y de control, asignada al motor, con conexiones de cable con las que datos de energfa y de control pueden transmitirse de la unidad de potencia y de control al motor y viceversa, estando guiadas las conexiones de cable a traves de una junta rotativa que esta dispuesta en un punto de union entre la parte rotatoria y una zona estacionaria situada axialmente a continuacion, y presentando el sistema una junta rotativa adicional que es redundante con respecto a la primera junta rotativa y que trabaja de forma separada mecanicamente y electricamente de la primera junta rotativa y que esta conectada o se puede conectar a la unidad de potencia y de control y al motor para mantener en caso de un fallo de la primera junta rotativa una transmision segura de los datos de energfa y de control.
La parte rotatoria esta formada especialmente por un rotor y/o por un arbol de rotor de la instalacion de energfa eolica. La zona estacionaria que aqu tambien se denomina estator esta formada por ejemplo por una sala de maquinas y/o un soporte de maquina de la instalacion de energfa eolica. La parte rotatoria esta soportada especialmente de forma giratoria dentro de o en la zona estacionaria.
La idea de la invencion consiste en ampliar la redundancia del sistema tambien a la junta rotativa como componente mas sensible del sistema de regulacion de paso de pala. Por lo tanto, la redundancia se extiende no solo a las partes rotatorias del sistema de regulacion de paso de pala, sino tambien a otros componentes dispuestos dentro del estator. Segun el estado de la tecnica, para ello hana falta un componente redundante adicional.
Por lo tanto, el sistema de regulacion de paso de pala redundante segun la invencion presenta una junta rotativa adicional que trabaja de forma separada mecanicamente y electricamente de la primera junta rotativa y que esta conectada a la unidad de potencia y de control y al motor. Por lo tanto, en caso de un fallo de la primera junta rotativa se mantiene una transmision segura de los datos de energfa y de control a traves de la segunda junta rotativa. Por lo tanto, la instalacion puede seguir funcionado, pudiendo recambiarse o repararse la junta rotativa con el fallo de funcionamiento durante el proximo ciclo de mantenimiento programado de la instalacion de energfa eolica.
Tambien se garantiza una desconexion segura de la instalacion, ya que por las dos juntas rotativas queda asegurado en cualquier momento el flujo de energfa y de control del accionamiento a la unidad de potencia y de control. De esta manera, tambien queda garantizado que se puede iniciar un procedimiento de desconexion de emergencia, porque por el accionamiento el ajuste de una pala de rotor vinculada al accionamiento puede hacerse girar a la posicion de bandera o de aparcamiento.
En una forma de realizacion ventajosa esta previsto que las conexiones de cable entre el motor y la unidad de potencia y de control se realizan a traves de grnas de cables separadas mecanicamente y electricamente. Esto resulta ventajoso especialmente en la zona de las dos juntas rotativas. Mediante esta disposicion se garantiza que un cortocircuito electrico o un dano mecanico por incendio o calor en una de las grnas de cables no repercuta en la otra grna de cables.
Las dos juntas rotativas estan dispuestas axialmente una detras de otra en serie y a una distancia entre sf, estando dispuestas en esta disposicion la primera junta rotativa en la zona del lado frontal, orientado hacia la pala de rotor, de la parte rotatoria, y la segunda junta rotativa en el lado frontal opuesto.
A causa de la escasez de espacio arriba en la sala de maquinas resulta ventajoso disponer las dos juntas rotativas axialmente una detras de otra de forma contigua. Entonces pueden estar encerradas de manera ventajosa por una carcasa comun. Esta carcasa esta realizada de tal forma que esta estanqueizada contra la suciedad y la humedad.
Las dos juntas rotativas redundantes habitualmente estan realizadas como dos unidades de anillos colectores de estructura identica, comprendiendo cada unidad una carcasa individual, anillos colectores y brazos de contacto que pueden presionarse sobre los anillos para la transmision de los datos de energfa y de control.
La fuerza de presion de los brazos de contacto de una o de ambas unidades de anillos colectores puede hacerse ajustable de manera ventajosa a traves de un dispositivo de reduccion de presion sobre los anillos colectores. El dispositivo de reduccion de presion empleado comprende dispositivos magneticos / electromagneticos que en caso de la falta de una senal de energfa y/o de control establecen una presion de apriete que forma un contacto o que interrumpe un contacto. Por lo tanto, los anillos colectores estan en una especie de "modo de espera" cuando esta activado el iman o el dispositivo magnetico. Los brazos de contacto se mueven saliendo de la posicion de contacto
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por ejemplo por fuerza magnetica para reducir la presion entre los brazos de contacto y los anillos colectores. Mediante esta reduccion, hasta la anulacion de la presion de contacto, se alarga la duracion util de la unidad de anillos colectores. Sin embargo, bajo la presion de apriete reducida, los anillos colectores ya no pueden transmitir el flujo de corriente pleno.
Durante el funcionamiento normal, durante la reduccion de presion esta inactiva respectivamente solo una unidad de anillos colectores. La otra unidad de anillos colectores esta completamente activa durante ello. Ademas, por razones de seguridad resulta ventajoso concebir los dispositivos magneticos o electromagneticos de tal forma que en caso de una cafda de tension o de magnetizacion, los brazos de contacto son presionados retornando a la plena presion de apriete, a traves de un dispositivo de retroceso, por ejemplo en forma de un resorte de retroceso.
Para garantizar una conexion de cable redundante, la primera junta rotativa esta soportada sobre un primer casquillo y la segunda junta rotativa esta soportada sobre un casquillo adicional, estando dispuesto este ultimo coaxialmente con respecto al primero. De manera ventajosa, la entrada y salida de cables de la primera junta rotativa se realiza en el espacio anular exterior de extension radial, formado por la diferencia de diametro, y la otra entrada y salida esta prevista en el espacio interior radial del casquillo insertado y/o interior.
Para seguir aumentando la redundancia del sistema, de manera ventajosa, el convertidor puede presentar un sistema de alimentacion de tension y de corriente ininterrumpida (SAI). Un dispositivo de este tipo se dio a conocer por ejemplo por el documento US6921985B2.
Como electromotor entran en consideracion como accionamiento tanto motores de corriente continua, motores de corriente alterna y motores de corriente trifasica.
En una primera disposicion ventajosa, en la parte rotatoria de la instalacion de energfa eolica esta dispuesto solo el electromotor del accionamiento de regulacion de paso de pala, y la unidad de potencia y de control correspondiente con otros componentes esta dispuesta en la zona estacionaria, estando conectada la unidad de potencia y de control correspondiente a traves de un dispositivo de conmutacion a una de las dos juntas rotativas. De manera ventajosa, en la zona estacionaria, los componentes del convertidor asignados al motor pueden dotarse de un dispositivo de alimentacion de corriente de emergencia conectada a una fuente de energfa independiente (batena, condensador) que en caso de un fallo de la unidad de potencia y de control, especialmente en caso de una interrupcion del suministro de corriente de la unidad de potencia y de control, mantiene la alimentacion de corriente a traves de las unidades de anillos colectores redundantes.
En caso de usar motores de corriente continua se necesitan dos conexiones de cable para la conduccion de la corriente continua, lo mismo es aplicable a la corriente alterna. En el caso de motores de corriente trifasica se necesitan tres conexiones de cable.
Preferentemente, el sistema de regulacion de paso de pala comprende un o al menos un convertidor que presenta o forma la unidad de potencia y de control. Por ejemplo, la unidad de potencia y de control esta realizada como convertidor.
Segun una variante de la invencion, el sistema de regulacion de paso de pala comprende varios convertidores que presentan o forman respectivamente una unidad de potencia y de control. Por ejemplo, las unidades de potencia y de control estan realizadas respectivamente como convertidores.
El o cada convertidor comprende como componentes especialmente un rectificador, una unidad de control de potencia y preferentemente ademas otros componentes. De manera ventajosa, el o cada uno de los convertidores esta provisto con el o con un dispositivo de alimentacion de corriente de emergencia y/o esta conectado electricamente a este.
En una forma de realizacion alternativa, la disposicion de los componentes del convertidor esta dispuesta tanto en la parte rotatoria como en la zona estacionaria. En el caso de esta disposicion "divida" del convertidor, la unidad de potencia y de control del convertidor esta dispuesta directamente en el motor, es decir, en la parte rotatoria, mientras que el rectificador y los demas componentes del convertidor asf como el dispositivo de alimentacion de corriente de emergencia estan dispuestos en la zona estacionaria. Esta disposicion resulta ventajosa como accionamiento especialmente en motores de corriente continua. De esta manera, se puede reducir a un mmimo el numero de conexiones de cable y de unidades de anillos colectores. Se requieren respectivamente solo dos cables para un motor. Ademas, la disposicion divida puede aplicarse tambien en motores de corriente alterna o de corriente trifasica, con una adaptacion correspondiente de los convertidores o rectificadores.
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Para seguir aumentando la redundancia del sistema, de manera ventajosa, a cada unidad de potencia y de control puede asignarse al menos una unidad de potencia y de control adicional que en caso del fallo de la primera unidad de potencia y de control esta conectada de forma conmutable al motor correspondiente de la primera unidad de potencia y de control. Por lo tanto, por ejemplo en el caso de tres motores pueden estar previstas tres unidades de potencia y de control, cuyas conexiones de cable estan guiadas a traves de la primera junta rotativa, y tres unidades de potencia y de control adicionales que trabajan independientemente entre sf y cuyas conexiones de cable estan guiadas a traves de la segunda junta rotativa y que estan conectadas de forma conmutable a cada uno de los tres motores. Preferentemente, las unidades de potencia y de control estan realizadas como convertidores.
Segun una variante, la instalacion de energfa eolica presenta varias, especialmente dos o tres palas de rotor. En este caso, el sistema de regulacion de paso de pala segun la invencion comprende preferentemente varios accionamientos de regulacion de paso de palas accionados de forma electrica que estan asignados especialmente a respectivamente una de las palas de rotor. Cada uno de los accionamientos de regulacion de paso de palas presenta de manera ventajosa al menos un electromotor para el ajuste de palas, dispuesto en la parte rotatoria de la instalacion, y una unidad de potencia y de control asignada al motor, con conexiones de cable para la transmision de datos de energfa y de control de la unidad de potencia y de control al motor y viceversa. Las conexiones de cable de cada accionamiento de regulacion de paso de pala estan guiadas a traves de una (primera) junta rotativa. Ademas, la junta rotativa adicional esta conectada o puede conectarse a cada unidad de potencia y de control y a cada motor para mantener de esta manera en caso del fallo de la primera junta rotativa una transmision segura de los datos de energfa y de control de cada accionamiento de regulacion de paso de pala.
Ademas, la invencion se refiere a una instalacion de energfa eolica con al menos dos palas de rotor y un sistema de regulacion de paso de pala segun la invencion. Este sistema de regulacion de paso de pala puede estar realizado ademas segun todas las formas de realizacion descritas.
Mas ejemplos de realizacion de la invencion estan representados a continuacion en el dibujo.
Las figuras 1a a 1e muestran en una representacion esquematica diferentes formas de realizacion de la invencion.
La figura 2 muestra en seccion longitudinal una primera forma de realizacion de las dos unidades de anillos colectores sin dispositivo de reduccion de presion.
La figura 3 muestra en seccion longitudinal una segunda forma de realizacion de las dos unidades de anillos colectores con un dispositivo de reduccion de presion accionado magneticamente, en el estado no accionado.
La figura 4 muestra la disposicion segun la figura 3 en el estado accionado del dispositivo de reduccion de presion.
La figura 5 muestra una vista esquematica de una instalacion de energfa eolica con un sistema de regulacion de paso de pala segun la invencion.
La figura 6 muestra una vista esquematica de un convertidor.
En la figura 1a se puede ver un accionamiento de regulacion de paso de pala de un sistema de regulacion de paso de pala segun una primera forma de realizacion de la invencion, en la que un electromotor M acoplado mecanicamente a una pala de rotor BI se puede conectar electricamente a un convertidor Um, a traves de una primera conexion en serie formada por un interruptor S y una primera junta rotativa Se1. Ademas, el electromotor M se puede conectar electricamente al convertidor Um a traves de una segunda conexion en serie formada por un interruptor y una segunda junta rotativa Se2, estando conectada la segunda conexion en serie en paralelo con respecto a la primera conexion en serie. Por lo tanto, por medio de los interruptores, el electromotor M puede conectarse electricamente al convertidor Um opcionalmente a traves de la primera junta rotativa Se1 o a traves de la segunda junta rotativa Se2. Preferentemente, las juntas rotativas Se1 y Se2 estan realizadas respectivamente como unidad de anillos colectores. Especialmente, las juntas rotativas forman una disposicion de anillos colectores.
Si esta defectuosa una de las juntas rotativas, el electromotor M puede conectarse electricamente al convertidor Um a traves de la otra junta rotativa.
Las juntas rotativas definen un punto de separacion mecanico del sistema de regulacion de paso de pala, de tal forma que el electromotor M y los interruptores estan dispuestos en una parte rotatoria de la instalacion de energfa eolica y el convertidor Um esta dispuesto en una zona estacionaria de la instalacion de energfa eolica, por ejemplo en la sala de maquinas. La pala de rotor Bl puede girar alrededor de un eje de pala asignado a la pala de rotor, por
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medio del electromotor M.
En la figura 1b se puede ver un accionamiento de regulacion de paso de pala de un sistema de regulacion de paso de pala segun una segunda forma de realizacion de la invencion, en la que un electromotor M acoplado mecanicamente a una pala de rotor Bl puede conectarse electricamente opcionalmente a una primera junta rotativa Se1 o a una segunda junta rotativa Se2, a traves de un interruptor S realizado como conmutador. La primera junta rotativa Se1 esta conectada electricamente a un primer convertidor UmL, y la segunda junta rotativa esta conectada electricamente a un segundo convertidor Umll. Por lo tanto, por medio del interruptor S, el electromotor M opcionalmente puede conectarse electricamente al primer convertidor Uml a traves de la primera junta rotativa Se1 o conectarse electricamente al segundo convertidor Umll a traves de la segunda junta rotativa Se2. Preferentemente, las juntas rotativas Se1 y Se2 estan realizadas respectivamente como unidad de anillos colectores. Especialmente, las juntas rotativas forman una unidad de anillos colectores.
Si esta defectuosa una de las juntas rotativas, el electromotor M puede conectarse electricamente, a traves de la otra junta rotativa, al convertidor asignado a esta. Si esta defectuoso el convertidor, el electromotor M puede conectarse electricamente al otro convertidor, a traves de la junta rotativa asignada al otro convertidor. La pala de rotor Bl puede girar alrededor de un eje de pala asignado a la pala de rotor, por medio del electromotor M.
En la figura 1c se puede ver un sistema de regulacion de paso de pala segun una tercera forma de realizacion de la invencion, en la que dos electromotores M1 y M2 estan acoplados respectivamente mecanicamente a una pala de rotor Bl1 o Bl2. Cada una de las palas de rotor puede girar alrededor de un eje de pala asignado a la pala de rotor correspondiente, por medio del electromotor correspondiente. Ademas, estan previstas dos juntas rotativas Se1 Se2 asf como dos convertidores Uml y Umll, pudiendo conectarse cada uno de los electromotores electricamente a cada uno de los convertidores, a traves de cada una de las juntas rotativas. El electromotor M1 y el convertidor Uml estan asignados uno a otro. Ademas, el electromotor M2 y el convertidor Umll estan asignados uno a otro. Las juntas rotativas Se1 y Se2 preferentemente estan realizadas como unidad de anillos colectores. Especialmente, las juntas rotativas forman una disposicion de anillos colectores.
Si esta defectuosa una de las juntas rotativas, cada uno de los electromotores puede conectarse electricamente al convertidor asignado respectivamente, a traves de la otra junta rotativa. Si esta defectuoso uno de los convertidores, cada uno de los electromotores puede conectarse electricamente al otro convertidor, a traves de cada una de las juntas rotativas. Para la seccion de la junta rotativa que ha de usarse y/o del o de los convertidores que han de usarse estan previstos especialmente elementos de conmutacion adecuados.
En la figura 1d se puede ver un sistema de regulacion de paso de pala segun una cuarta forma de realizacion de la invencion, en la que dos electromotores M1 y M2 estan acoplados respectivamente mecanicamente a una pala de rotor Bl1 o Bl2. Cada una de las palas de rotor puede girar alrededor de un eje de pala asignado a la pala de rotor correspondiente, por medio del electromotor correspondiente. Ademas, estan previstas dos juntas rotativas Se1 y Se2 asf como tres convertidores Uml, Umll y Umll, pudiendo conectarse cada uno de los electromotores electricamente a cada uno de los convertidores a traves de cada una de las juntas rotativas. El electromotor M1 y el convertidor Uml estan asignados uno a otro. Ademas, el electromotor M2 y el convertidor Umll estan asignados uno a otro. El convertidor Umlll esta previsto como reserva. Las juntas rotativas Se1 y Se2 preferentemente estan realizadas respectivamente como unidad de anillos colectores. Especialmente, las juntas rotativas forman una disposicion de anillos colectores.
Si esta defectuosa una de las juntas rotativas, cada uno de los electromotores puede conectarse electricamente al convertidor asignado respectivamente, a traves de la otra junta rotativa. Si esta defectuoso el convertidor asignado a uno de los electromotores, este electromotor puede conectarse electricamente al convertidor Umlll previsto para la reserva, a traves de cada una de las juntas rotativas. Si estan defectuosos dos de los convertidores, cada uno de los electromotores puede conectarse electricamente al tercero de los convertidores, a traves de cada una de las juntas rotativas. Para la seleccion de la junta rotativa que se ha de usar y/o del convertidor que se ha de usar estan previstos especialmente elementos de conmutacion adecuados.
En la figura 1e se puede ver un sistema de regulacion de paso de pala segun una quinta forma de realizacion de la invencion, en la que estan previstos tres electromotores M1, M2 y M3 que especialmente estan acoplados mecanicamente a una pala de rotor respectivamente. Preferentemente, cada una de las palas de rotor puede girar alrededor de un eje de pala asignado a la pala de rotor correspondiente, por medio del electromotor correspondiente. Ademas, estan previstas dos juntas rotativas Se1 y Se2, asf como tres convertidores Uml, Umll y Umlll, pudiendo conectarse cada uno de los electromotores electricamente a cada uno de los convertidores, a traves de cada una de las juntas rotativas. El electromotor M1 y el convertidor Uml estan asignados uno a otro. Ademas, el electromotor M2 y el convertidor Umll estan asignados uno a otro. Finalmente, el electromotor M3 y el
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convertidor Umlll estan asignados uno a otro. Las juntas rotativas Se1 y Se2 preferentemente estan realizadas respectivamente como unidad de anillos colectores. Especialmente, las juntas rotativas forman una disposicion de anillos colectores.
Si esta defectuosa una de las juntas rotativas, cada uno de los electromotores puede conectarse electricamente al convertidor asignado respectivamente, a traves de la otra junta rotativa. Si esta defectuoso uno de los convertidores, el electromotor asignado a este puede conectarse electricamente a otro de los convertidores, a traves de cada una de las juntas rotativas. Si estan defectuosos dos de los convertidores, los electromotores asignados a estos pueden conectarse electricamente al tercero de los convertidores, a traves de cada una de las juntas rotativas. Para la seleccion de la junta rotativa que ha de usarse y/o del convertidor que ha de usarse estan previstos especialmente elementos de conmutacion adecuados.
La figura 2 muestra en seccion longitudinal una primera forma de realizacion de una disposicion de anillos colectores 20 que comprende dos unidades de anillos colectores Se1 y Se2 y que puede formar cada uno de los pares o disposiciones de anillos colectores representados en las figuras 1a a 1e. La disposicion de anillos colectores 20 esta encerrada por una carcasa exterior 100 con el tipo de proteccion IP 67 que esta prevista para la proteccion contra el agua y la suciedad. La unidad de anillos colectores Se1 comprende una parte estacionaria 200 con una carcasa 210, y la unidad de anillos colectores Se2 comprende una parte estacionaria 300 con una carcasa 310. Entre las carcasas 210 y 310 esta previsto un hueco 110 en el que esta dispuesta una pared de separacion 730 que especialmente sirve para que no puedan caerse a la carcasa 100 partfculas de las unidades de anillos colectores Se1 y Se2. Ademas, la pared de separacion 730 evita que estas partfculas puedan entrar en la carcasa contigua 310 desde la carcasa 210 y viceversa.
La parte estacionaria 200 comprende brazos de contacto 250 que estan guiados sobre anillos colectores 500 y que estan en contacto electrico con estos. Los anillos colectores 500 forman una parte rotatoria de la primera unidad de anillos colectores Se1. Una conexion de cable 520 de un anillo colector de los anillos colectores 500 esta guiada a traves de una grna de cables 700 exterior que esta realizada en forma de un primer casquillo y que esta prevista para todas las conexiones de cable de los anillos colectores 500. En este sentido, la conexion de cable 520 representa las conexiones de cable de los anillos colectores 500. La grna de cables 700 esta separada totalmente de una grna de cables 720 interior, mecanicamente y electricamente. Ademas, las unidades de anillos colectores Se1 y Se2 presentan una distancia diferente con respecto al rotor de la instalacion de energfa eolica (no esta representado en la figura 2). Cualquier cortocircuito electrico o calentamiento inadmisible o un fuego en la grna 700 no dana los cables en la otra grna 720.
La parte estacionaria 300 comprende brazos de contacto 350 que estan guiados desde la parte estacionaria 300 hasta anillos colectores 600 y que estan en contacto electrico con estos. Los anillos colectores 600 forman una parte rotatoria de la unidad de anillos colectores Se2. Una conexion de cable 620 de la unidad de anillos colectores 600 esta guiada a traves del interior de la grna de cables 720 que esta realizada en forma de un casquillo dispuesto coaxialmente con respecto a la grna de cables 700 exterior.
Las figuras 3 y 4 muestran una segunda forma de realizacion de la disposicion de anillos colectores 20 que es una variante de la forma de realizacion que se puede ver en la figura 2, refiriendose las diferencias unicamente a la parte estacionaria 300 de la segunda unidad de anillos colectores Se2 que comprende adicionalmente un dispositivo de reduccion de presion 22 accionado magneticamente.
Los brazos de contacto 350 estan unidos mecanicamente entre sf a traves de un banco de contacto 355, presentando la parte estacionaria 300 adicionalmente dos electroimanes 360 y 360', con los que puede ser atrafdo al banco de contacto 355. Al activarse los imanes (vease la figura 4) el banco de contacto 355 es atrafdo hacia arriba, de manera que se afloja la presion entre los brazos de contacto 350 y los anillos colectores 600. Bajo la presion reducida aumenta la resistencia de contacto electrica en los anillos colectores, pero se reduce el rozamiento, de manera que por la reduccion de presion se puede alargar la duracion util de los anillos colectores 600 y de los brazos de contacto 350. Por lo tanto, con un dimensionamiento correspondiente de los imanes, al activarse estos, los anillos colectores estan en un "modo de espera".
En el modo de funcionamiento normal, la segunda unidad de anillos colectores Se2 no esta activa durante la reduccion de presion. Por razones de seguridad, un dispositivo de recuperacion en forma de un resorte helicoidal 362 presiona el banco de contacto 355 de retorno a la plena presion de apriete en caso de una cafda de tension de magnetizacion. Por lo tanto, la segunda unidad de anillos colectores Se2 esta totalmente activada en cuanto ha fallado la primera unidad de anillos colectores Se1.
Para la siguiente descripcion de la segunda forma de realizacion de la disposicion de anillos colectores se remite a
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la descripcion de la primera forma de realizacion de la disposicion de anillos colectores.
En la figura 5 se puede ver en una representacion esquematica una instalacion de energfa eolica 1 que comprende una torre 3 basada sobre unos cimientos 2, en cuyo extremo opuesto a los cimientos 2 esta dispuesta una sala de maquinas 4. La sala de maquinas 4 presenta un soporte de maquina 5 en el que esta soportado de forma giratoria alrededor de un eje de rotor 7 un rotor 6 que comprende un cubo de rotor 8 y varias palas de rotor 9 unidas a este que estan soportadas en el cubo de rotor 8 respectivamente de forma giratoria alrededor de un eje de pala 11 o 12. Las palas de rotor 9 y 10 se extienden en la direccion de sus ejes de pala 11 y 12 en direccion contraria al cubo de rotor 8, extendiendose los ejes de pala 11 y 12 transversalmente con respecto al eje de rotor 7. El rotor 6 gira alrededor del eje de rotor 7 por el viento 13 y comprende un arbol de rotor 14 que, estando intercalado un engranaje 15, esta acoplado a un generador 16 electrico accionado por el rotor 6. El generador 16 produce energfa electrica y la alimenta a una red electrica 17. Las palas de rotor 9 y 10 pueden girar alrededor de su respectivo eje de pala con respecto al cubo de rotor 8, a traves de un accionamiento de regulacion de paso de pala 18 o 19 respectivamente. Ademas, el rotor 6 puede comprender una tercera pala de rotor que esta soportada en el cubo de rotor 8 de forma giratoria alrededor de un eje de pala de extension transversal con respecto al eje de rotor 7 y que se extiende en direccion hacia este eje de pala en sentido contrario al cubo de rotor 8 y que puede girar con respecto al cubo de rotor 8 alrededor de dicho eje de pala, por medio de un accionamiento de regulacion de paso de pala. Las palas de rotor estan dispuestos de forma distribuida uniformemente por la circunferencia del eje de rotor 7, de manera que dos ejes de pala adyacentes encierran respectivamente un angulo de 180° en el caso de dos palas de rotor o de 120° en el caso de tres palas de rotor. Cada uno de los accionamientos de regulacion de paso de pala comprende al menos un convertidor y un electromotor que a traves de una disposicion de anillos colectores 20 acoplada mecanicamente al arbol de rotor 14 esta conectado electricamente al convertidor correspondiente que esta dispuesto en un dispositivo de control 21 dentro de la sala de maquinas 4. En la figura 5, los electromotores M1 y M2 de los accionamientos de regulacion de paso de pala 18 y 19 estan representados esquematicamente.
Por ejemplo, cada uno de los accionamientos de regulacion de paso de pala esta formado por uno de los accionamientos de regulacion de paso de pala representados en las figuras 1a y 1b. Pero, alternativamente, los accionamientos de regulacion de paso de pala tambien pueden formar un sistema de regulacion de paso de pala segun las figuras 1c a 1e. La disposicion de anillos colectores 20 comprende especialmente juntas rotativas segun las figuras 1a a 1e y forma preferentemente una disposicion de anillos colectores segun la figura 2 o segun las figuras 3 y 4.
En la figura 6 se puede ver una representacion esquematica de un convertidor 23, por el que puede estar formado cada uno de los convertidores segun las figuras 1a a 1e y/o cada uno de los convertidores mencionados en la descripcion de la figura 5. El convertidor 23 comprende un rectificador 24 y una unidad de control de potencia 25 postconectada a la que esta postconectado un electromotor M y que es controlada por medio de un control 26. El rectificador 24 y la unidad de control de potencia 25 estan conectados electricamente entre sf a traves de un circuito intermedio de corriente continua 27 que comprende un condensador de circuito intermedio 28. Ademas, un dispositivo de alimentacion de corriente de emergencia 29 esta conectado electricamente al circuito intermedio 27. El rectificador 24 se alimentado de una corriente alterna monofasica o polifasica por medio de una alimentacion de corriente 30, por ejemplo desde una red electrica, la transforma en una corriente continua y conduce esta corriente continua al circuito intermedio 27. La unidad de control de potencia 25 toma corriente continua del circuito intermedio 27 y la transforma, en funcion del control 26, o bien en una corriente alterna monofasica o polifasica, o bien, en una corriente continua pulsada, y conduce esta corriente transformada al electromotor M. Si por la unidad de control de potencia 25 se emite una corriente alterna monofasica o una corriente continua pulsada depende de si el electromotor M es un motor de corriente alterna monofasico o polifasica o un motor de corriente continua.
El convertidor 23 se emplea especialmente en la instalacion de energfa eolica 1 segun la figura 5. Por ejemplo, el convertidor 23 esta dispuesto en la sala de maquinas 4. Segun esta alternativa, el rectificador 24 esta dispuesto dentro de la sala de maquinas 4 y la unidad de control de potencia 25 esta dispuesta dentro del rotor 6. En este caso, el circuito intermedio 27 esta guiado a traves de la disposicion de anillos colectores 20. El control 26 puede estar dispuesto dentro de la sala de maquinas 4 o dentro del rotor 6. Lo correspondiente es valido para el dispositivo de alimentacion de corriente de emergencia 29.
Lista de signos de referencia
1 Instalacion de energfa eolica
2 Cimientos
3 Torre
4 Sala de maquinas
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5 Soporte de maquina
6 Rotor
7 Eje de rotor
8 Cubo de rotor
9 Pala de rotor
10 Pala de rotor 11Eje de pala
12 Eje de pala
13 Viento
14 Arbol de rotor
15 Engranaje
16 Generador
17 Red
18 Accionamiento de regulacion de paso de pala
19 Accionamiento de regulacion de paso de pala
20 Disposicion de anillos colectores
21 Dispositivo de control
22 Dispositivo de reduccion de presion
23 Convertidor
24 Rectificador del convertidor
25 Unidad de control de potencia del convertidor
26 Control del convertidor
27 Circuito intermedio del convertidor
28 Condensador de circuito intermedio
29 Dispositivo de alimentacion de corriente de emergencia 100 Carcasa exterior de la disposicion de anillos colectores 110 Hueco entre las unidades de anillos colectores
200 Parte estacionaria de la primera unidad de anillos colectores 210 Carcasa de la primera unidad de anillos colectores 250 Brazos de contacto de la primera unidad de anillos colectores 300 Parte estacionaria de la segunda unidad de anillos colectores 310 Carcasa de la segunda unidad de anillos colectores 350 Brazos de contacto de la segunda unidad de anillos colectores 500 Anillos colectores de la primera unidad de anillos colectores 520 Conexiones de cables de la primera unidad de anillos colectores 600 Anillos colectores de la segunda unidad de anillos colectores 620 Conexiones de cables de la segunda unidad de anillos colectores 700 Grna de cables exterior 720 Grna de cables interior
730 Pared de separacion entre las unidades de anillos colectores
M Electromotor S Interruptor
Se1 Primera unidad de anillos colectores Se2 Segunda unidad de anillos colectores L., Bl1, Bl2 Pala
Um, Uml, Umll, Umlll Convertidor

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
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    30
    35
    40
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    55
    60
    REIVINDICACIONES
    1. - Instalacion de ene^a eolica (1) con un sistema de regulacion de paso de pala que comprende al menos un accionamiento de regulacion de paso de pala (18, 19) accionado electricamente, asignado a cada pala de rotor (B1) de la instalacion (1), con al menos un electromotor (M) para el ajuste de pala, dispuesto en una parte rotatoria (6, 14) de la instalacion (1), y con una unidad de potencia y de control (Um) asignada al motor (M), con primeras conexiones de cable (520) con las que pueden transmitirse datos de energfa y de control de la unidad de potencia y de control (Um) al motor (M) y viceversa, estando guiadas las primeras conexiones de cable (520) a traves de una primera junta rotativa (Se1) dispuesta en un punto de union entre la parte rotatoria (6, 14) y una parte estacionaria (4) situada axialmente a continuacion, presentando el sistema una junta rotativa (Se2) adicional que es redundante con respecto a la primera junta rotativa (Se1) y que trabaja de forma separada mecanicamente y electricamente de la primera junta rotativa (Se1) y que esta conectada a la unidad de potencia y de control (Um) y al motor (M) a traves de una conexion de cable (620) adicional para mantener de esta manera una transmision segura de los datos de energfa y de control en caso del fallo de la primera junta rotativa (Se1), caracterizada porque las dos juntas rotativas (Se1, Se2) estan dispuestas axialmente una detras de otra en serie y a una distancia entre sf, estando soportadas la primera junta rotativa (Se1) sobre un primer casquillo (700) y la junta rotativa (Se2) adicional sobre un casquillo (720) adicional, estando dispuesto el casquillo (720) adicional coaxialmente y en parte dentro del primer casquillo (700), de manera que por la diferencia de diametro de los dos casquillos (700, 720) queda formado un espacio anular exterior de extension radial entre los dos casquillos (700, 720), estando guiadas las conexiones de cable (520) de la primera junta rotativa (Se1) a traves del espacio anular exterior y la conexion de cable (620) de la junta rotativa (Se2) adicional a traves del espacio interior radial del casquillo (720) adicional.
  2. 2. - Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1, caracterizada porque las conexiones de cable (520, 620) entre el motor (M) y la unidad de potencia y de control (Um) se realizan a traves de grnas de cables (700, 720) separadas mecanicamente y electricamente.
  3. 3. - Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque las dos juntas rotativas (Se1, Se2) estan encerradas por una carcasa (100) comun.
  4. 4. - Instalacion de energfa eolica segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada junta rotativa (Se1, Se2) comprende respectivamente una unidad de anillos colectores, compuesta por una carcasa individual (210, 310), anillos colectores (500, 600) y brazos de contacto (250, 350) que se pueden presionar sobre los anillos para la transmision de los datos de energfa y de control.
  5. 5. - Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 4, caracterizada porque la fuerza de presion de los brazos de contacto (250, 350) de una o ambas unidad de anillos colectores (Se1, Se2) puede ajustarse a traves de un dispositivo de reduccion de presion (22) sobre los anillos colectores (500, 600).
  6. 6. - Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 5, caracterizada porque el dispositivo de reduccion de presion (22) comprende dispositivos magneticos / electromagneticos (360, 360') que en caso de la falta de una senal de energfa y/o de control posibilitan una presion de apriete que forma un contacto electrico o que interrumpe un contacto electrico.
  7. 7. - Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 6, caracterizada porque los dispositivos (360, 360') magneticos / electromagneticos estan realizados de tal forma que en caso de una cafda de tension y de magnetizacion en la conexion de cable (620) entre el motor (M) y la unidad de potencia y de control (Um) se establece una presion de apriete de los brazos de contacto (350) que establece un contacto electrico.
  8. 8. - Instalacion de energfa eolica segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el accionamiento de regulacion de paso de pala (18, 19) presenta en la parte rotatoria solamente un electromotor (M) y la unidad de potencia y de control (Um) correspondiente con otros componentes del accionamiento esta dispuesta en la zona estacionaria (4), estando conectada la unidad de potencia y de control (Um) correspondiente, a traves de un dispositivo de conmutacion (S), a una de las dos juntas rotativas (Se1, Se2).
  9. 9. - Instalacion de energfa eolica segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque a cada unidad de potencia y de control (Uml) esta asignada al menos una unidad de potencia y de control (UmII) adicional que en caso del fallo de la primera unidad de potencia y de control esta conectada de forma conmutable al motor (M) correspondiente de la primera unidad de potencia y de control (Uml).
  10. 10. - Instalacion de energfa eolica segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque estan previstos tres motores (M1, M2, M3) y tres unidades de potencia y de control (Uml, Umll, Umlll), cuyas
    conexiones de cable (520) estan guiadas a traves de la primera junta rotativa (Se1) y tres unidades de potencia y de control adicionales que trabajan de forma independiente y cuyas conexiones de cable (620) estan guiadas a traves de la segunda junta rotativa (Se2) y conectadas de forma conmutable a cada uno de los tres motores (M1, M2, M3).
    5
  11. 11.- Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 9 o 10, caracterizada porque las unidades de potencia y de control (Uml, Umll, Umlll) estan realizadas respectivamente como convertidor.
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