KR101192144B1

KR101192144B1 - 전기 드라이브

Info

Publication number: KR101192144B1
Application number: KR1020097025636A
Authority: KR
Inventors: 헤르만 케스터만; 조제프 업싱
Original assignee: 에스에스비 윈드 시스템즈 게엠베하 운트 코 카게
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2012-10-17
Also published as: JP5213951B2; DE502008003430D1; EP2145384A2; CA2682980A1; US8154235B2; JP2010530203A; CN101849352B; WO2008138454A3; CA2682980C; ATE508529T1; WO2008138454A2; ES2365287T3; US20100207397A1; KR20100018543A; EP2145384B1; DE102007021632A1; CN101849352A

Abstract

전기 드라이브가 개시되며, 전기 드라이브는 전기 모터 전류(30)가 전력 변환기(26)에 의해 공급되거나 또는 공급될 수 있는 적어도 하나의 전기 모터(31), 상기 전력 변환기(26)에 의해 취해진 동작에 의해 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)의 함수로서 상기 모터 전류(30)를 조절하거나 조절할 수 있는 전류 조절기(22), 및 상기 전류 조절기(22)와 연결되며 상기 전류 조절기(22)에 대해 기준 신호(23, I_f)를 생성하거나 또는 생성할 수 있는 전류에 대한 목표값 이미터(20)를 포함하며, 전류에 대한 목표값 이미터는 중간 추가 회로(21)를 통해 상기 전류 조절기(22)에 연결되고, 상기 중간 추가 회로(21)에 의해, 제 1 모드에서 상기 기준 신호(23, I_f) 또는 상기 기준 신호에 상응하는 신호가 상기 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)로서 상기 전류 조절기(22)에 공급되거나 공급될 수 있고, 제 2 모드에서 펄스형 신호(I_puls)가 상기 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)로서 상기 전류 조절기(22)에 공급되거나 공급될 수 있다.

Description

전기 드라이브{Electric drive}

본 발명은 전류 변환기에 의해 전기 모터 전류가 공급되거나 또는 공급될 수 있는 적어도 하나의 전기 모터, 전류 변환기에 의해 취해지는 동작(action)에 의해 전류에 대한 목표값 신호의 함수로서 모터 전류를 조절하거나 또는 조절할 수 있는 전류 조절기(regulator), 및 전류 조절기에 접속되며 전류 조절기에 대한 기준 신호(reference signal)를 생성하거나 또는 생성할 수 있는 전류에 대한 목표값 이미터(desired-value emitter)를 포함하는 전기 드라이브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 종류의 드라이브를 포함하는 풍력 발전기 시스템(wind power generator system), 이러한 종류의 드라이브의 이용법 및 풍력 발전기 시스템의 적어도 하나의 회전자 블레이드의 위치를 조절하는 방법에 관한 것이다.

풍력 발전기 시스템들에서는 회전자 블레이드들의 위치를 조절하기 위해 피치-제어 드라이브 시스템들(pitch-control drive systems)처럼 작동하는 변환기-장착 드라이브들이 이용된다. 변환기들의 최대 부하 보유 용량이 초과되지 않도록 하기 위해, 임의의 주어진 시간에서의 실제 전류가 모니터된다. 변환기들에 대해 허용되는 한계 전류(limiting current)는 동적 피크 전류가 한정된 시간 길이 동안 허용된 다음 유니트들의 정격 전류(rated current)로 감소되게 설계된다. 동적 조 건들하에서 허용되는 전류는 주어진 유니트의 정격 전류의 2배와 같다는 것은 공지되어 있다. 드라이브 기술 분야에서, 예를 들어, 동적 전류에 대한 통상의 값은 유니트의 정격 전류의 1.5 내지 2배이다.

일반적으로, D.C 드라이브들에 사용되는 변환기들은 반-평행(anti-parallel) 접속된 B6 사이리스터(thyristor) 브릿지들을 갖는 4-사분면(four-quadrant) 변환기들이며, 통상적으로 동적 전류는 변환기에서 6초 동안 이용가능하다. 그러나, 6초란 기간은 변환기 상에 선재하는(pre-existing) 부하가 없는 경우에만 달성된다. 다음 설정되는 정격 전류 또는 연속 전류(continuous current)에 대한 감소가 이루어진다.

동적 전류의 값 및 이의 지속기간은 고정된 값으로 미리설정되며, 모니터링 회로에 의해 전류의 모니터링이 수행된다. 일정 부하들이 선재하는 경우, 변환기는 정격 전류만을 허용하게 된다. 이러한 정격 전류의 허용은 부하 토크에 따라 요구되는 회전 속도를 달성할 수 없게 하며, 이는 드라이브 중단을 야기시킬 수 있다. 특히, 기계적 전송시 저항들(resistances)이 있는 경우, 드라이브 중단(stalls)이 발생할 수 있고, 이는 결함들을 모니터하는 마스터 시스템에 의해 에러가 방지되게 할 수 있다.

이러한 관점의 종래 기술에서 볼 때, 본 발명의 근본적 목적은 앞서 개시된 형태의 전기 드라이브가 장시간 동안 비교적 높은 전류에서 동작할 수 있도록 만드는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1항에 청구된 전기 드라이브, 청구항 8 항에 청구된 풍력 발전기 시스템, 청구항 9항에 청구된 사용, 및 청구항 10항에 청구된 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항들에 제공된다.

특히, 풍력 발전기 시스템의 적어도 하나의 회전자 블레이드의 위치를 조절하기 위한 본 발명에 따른 전기 드라이브는 전력 변환기에 의해 전기 모터 전류가 공급되거나 또는 공급될 수 있는 적어도 하나의 전기 모터, 전력 변환기 상에서 취해지는 동작(action)에 의해 목표값 신호의 함수로서 모터 전류를 조절하거나 또는 조절할 수 있는 전류 조절기, 및 전류 조절기에 결합되며 전류 조절기에 대한 기준 신호를 생성하거나 또는 생성할 수 있는 전류에 대한 목표값 이미터를 포함한다. 전류에 대한 목표값 이미터는 중간 추가 회로를 통해 전류 조절기와 결합되며, 이 경우, 제 1 모드에서는 기준 신호 또는 기준 신호에 대응하는 신호가 추가 회로에 의해 전류에 대한 목표값 신호로서 전류 조절기에 공급될 수 있고, 제 2 모드에서는 펄스형(pulsed) 신호가 추가 회로에 의해 전류에 대한 목표값 신호로서 전류 조절기에 공급되거나 또는 공급될 수 있다.

추가 회로에 의해, 펄스형 신호가 전류에 대한 목표값 신호로서 생성되거나 또는 생성될 수 있고, 혹은 전류에 대한 목표값 신호로서 전류 조절기에 공급되거나 또는 공급될 수 있기 때문에, 제 2 모드에서 전기 모터에 전류 펄스를 공급할 수 있다. 이는 전력 변환기를 통해 흐르는 전류의 rms 값의 감소를 산출하지만, 전기 모터에서는 각각의 펄스의 지속기간 동안 높은 토크가 발생할 수 있다. 펄스형 모드에서, 전력 변환기는 비펄스형(unpulsed) 모드에서 보다 오랜 시간 동안 (펄스 형태의) 높은 전류에서 동작할 수 있다. 특히, 비교적 짧은 시간 동안만 이용가능하며 (펄스화되지 않고) 연속적으로 작용하는 토크에 의해, 일정 시간 길이 동안 지속되는 펄스형 동작에 의해 기계적 전송에서의 방해들이 보다 쉽게 해결될 수 있다. 이 경우 바람직하게 펄스들의 신호 높이는 펄스들 동안 전력 변환기를 통해 흐르는 정격 전류의 1.5 내지 2배로 충분히 크다. 펄스들 사이에서 펄스형 신호의 신호 높이가 낮아, 예를 들어 정격 전류 또는 보다 적은 전류가 펄스들 사이의 전력 변환기를 흐른다. 이 경우 정격 전류에 의해 이해되어야 할 것은 특히 전류 변환기의 정격 전류에 있다. 그러나, 펄스들 동안 그리고 펄스들 사이에서 펄스형 신호의 신호 높이들에 대한 정확한 값들은 바람직한 값(figure)들로 설정될 수 있다. 특히, 펄스들의 일시적 지속기간 및/또는 펄스들 간의 시간적 지속기간이 설정될 수 있다. 바람직하게 이러한 일시적 지속기간 및 시간의 지속기간은 전류 조절 속도가 후속하는 펄스형 신호에 대해 충분하게 하는 크기를 갖는다.

예를 들어, 펄스형 신호는 구형파 신호 또는 톱니형 신호 또는 사인곡선 신호 등일 수 있다. 바람직하게, 펄스형 신호는 주기적 신호로 특히 주기적 신호의 주파수가 설정될 수 있다.

기준 신호에 해당하는 신호는 바람직하게 추가 회로에 의해 생성되거나 또는 추가 회로에 의해 생성될 수 있어, 전류에 대한 목표값 신호는 제 1 모드 및 제 2 모드 모두에서 추가 회로에 의해 생성되거나 또는 생성될 수 있다. 제 1 모드에서, 전류에 대한 목표값 신호는 바람직하게 기준 신호의 카피(copy)로서 생성되며, 제 2 모드에서 전류에 대한 목표값 신호는 바람직하게 펄스형 신호로서 생성될 수 있다.

개선안에서, 펄스형 신호에서의 펄스들은 적어도 2개의 그룹들의 펄스들를 형성하며, 적어도 2개 그룹들의 펄스들은 동일한 그룹의 펄스들에서 2개의 연속하는 펄스들 간의 시간 간격보다 큰 시간 간격을 두고 서로 연속한다. 전력 변환기의 임의의 오버로딩을 극복하는 것이 가능하며, 이는 2개의 연속하는 그룹들의 펄스들 사이에는 펄스들이 없는 주기가 존재하기 때문이다. 이러한 펄스가 없는 주기에서, 전류에 대한 목표값 신호의 신호 높이는 정격 전류가 전력 변환기를 통해 흐르도록 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 추가 회로에 의해 전력 변환기의 온도가 모니터될 수 있다. 이를 위해, 추가 회로는 바람직하게 전력 변환기의 온도를 측정하거나 또는 측정할 수 있는 온도 센서와 결합되며, 이 경우 측정되는 온도가 미리설정된 최대 온도에 도달했거나 또는 초과되면, 펄스형 신호의 펄스들의 신호 높이는 추가 회로에 의해 변형되거나 또는 변형될 수 있고, 특히 감소된다. 이의 제공 목적 역시 오버로딩에 대해 전력 변환기를 보호하는 것이다. 이 경우, 온도 측정은 전력 변환기에서 또는 바디, 이를 테면 예를 들어, 전력 변환기와 열적으로 결합되는 히트 싱크에서 직접 이루어질 수 있다.

추가 회로는 바람직하게 제 1 모드에서 기준 신호를 모니터링할 수 있으며, 이는 기준 신호 또는 기준 신호의 크기가 미리설정된 시간 주기 동안 미리설정된 최대값과 같거나 또는 이 보다 클 경우, 추가 회로가 제 2 모드로 스위치되거나 또는 스위치될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 추가 회로는 제 2 모드에서도 기준 신호를 모니터링할 수 있으며, 이는 기준 신호 또는 기준 신호의 크기가 특히 최대값과 같거나 또는 최대값 보다 작은 미리설정된 값 이하로 떨어지는 경우, 추가 회로가 제 1 모드로 스위치되거나 또는 스위치될 수 있다는 것을 의미한다.

전류에 대한 목표값 이미터는 바람직하게 모터 속도가 특히 제 1 모드에서 조절되거나 또는 조절될 수 있는 속도 조절기의 일부이거나, 또는 이러한 속도 조절기를 형성한다. 전류에 대한 목표값 이미터는 바람직하게 속도 조절기에 속하는 속도-교정 수단을 형성한다(대안적으로 속도-교정 수단도 속도 조절기로 불릴 수 있다). 이 경우, 기준 신호는 전기 모터 및 전기 모터에 대해 목표된 속도와 전기 모터의 실제 속도 간의 차와 관련된다. 특히, 기준 신호는 전기 모터에 대한 목표된 속도와 실제 속도 간의 차의 함수로서 생성된다. 따라서, 전기 드라이브는 바람직하게 다운스트림(downstream) 또는 2차 전류 제어를 이용하여 속도를 조절한다. 이 경우 전류 조절을 위한 기준 변수(reference variable)가 속도 조절기에 의해, 또는 다른 말로 이들의 속도-교정 수단에 의해 공급된다. 따라서, 본 발명은 속도-교정 수단 또는 속도 조절기와 전류 조절기 간의 접속을 차단하고(breaking) 이들 사이에 추가 회로를 삽입함으로써 현존하는 전기 드라이브에 쉽게 통합될 수 있다.

전기 모터는 바람직하게 D.C. 전기 머신으로, 특히 직렬로 감긴(series-wound) 전기 머신으로서 동작 및/또는 스위치된다.

전류 조절기는 모터 전류를 조절하기 위해 전력 변환기상에서 작동하거나 또는 모터 전류를 조절하기 위해 전력 변환기 상에서 작동할 수 있다. 따라서, 바람직하게 전력 변환기는 특히 전류 조절기에 의해 제어 또는 조절되는 또는 제어 또는 조절될 수 있는 제어가능한 전력 변환기이다. 바람직하게 전력 변환기는 하나 이상의 사이리스터들을 포함하며, 사이리스터들의 게이트 단자 또는 게이트 단자들 상에서 전류 제어기는 직접적으로 또는 간접적으로 작동하거나 또는 작동할 수 있다.

전력 변환기는 특히 다상(multi-phase) 전력으로 공급되거나 또는 공급될 수 있으며, 다상 전력은 바람직하게 2-상 전력 또는 3-상 전력이다. 특히, 전력 변환기는 다상 전력이 인가되는 또는 인가될 수 있는 적어도 하나의 다상 사이리스터 브릿지를 갖는다. 바람직하게 다상 사이리스터 브릿지는 2-상 또는 3-상 사이리스터 브릿지이다. 특히, 전력 변환기는 반평행하게(anti-parallel) 접속되며 3-상 전력이 공급되거나 또는 공급될 수 있는 2개의 B6 사이리스터 브릿지를 포함한다.

전류 조절기 및/또는 전류에 대한 목표값 이미터는 디지털 형태를 취할 수 있다. 바람직하게, 전류 조절기는 아날로그 조절기이며, 이는 기준 신호 및/또는 전류에 대한 목표값 신호 역시 바람직하게 아날로그 신호들이라는 것을 의미한다. 전류에 대한 목표값 이미터 및/또는 속도-교정 수단 또한 바람직하게 아날로그 회로들이다. 특히, 속도 조절기 또한 아날로그 조절기이다. 바람직하게 대조적으로 추가 회로는 디지털 프로세서를 갖는다. 프로세서가 아날로그 신호들을 취하여 처리하거나 또는 아날로그 신호들을 평가할 수 있도록, 추가 회로는 바람직하게 적어도 하나의 아날로그-대-디지털 변환기를 포함하며, 적어도 하나의 아날로그-대-디지털 변환기에 의해 기준 신호가 판독되고 디지털화될 수 있고, 적어도 하나의 아날로그-대-디지털 변환기에 의해 전류에 대한 목표값 신호가 방출될 수 있다. 그러나 대안적으로, 추가 회로가 아날로그 형태로 구현될 수도 있다.

또한, 본 발명은 지지부(support), 회전자 축 부근에서 선회가능하도록 지지부 상에 장착되며 회전자 허브(rotor hub)를 포함하는 회전자(rotor), 및 회전자 허브에 고정된 적어도 하나의 회전자 블레이드를 포함하는 풍력 발전기 시스템에 관한 것으로, 회전자 허브에 대한 적어도 하나의 회전자 블레이드의 위치는 피치-제어 드라이브에 의해 조절되거나 또는 조절될 수 있으며, 피치-제어 드라이브는 본 발명에 따라 적어도 하나의 드라이브를 포함하며, 본 발명은 언급된 모든 실시예에 따라 개선될 수 있다.

적어도 하나의 회전자 블레이드의 위치 조절을 위해, 회전자 블레이드는 바람직하게 블레이드 축 부근에서 회전가능하게 회전자 허브 상에 장착되며 특히 회전자 축에 비스듬히 또는 수직으로 연장되는 블레이드 축 부근에서 피치-제어 드라이브에 의해 선회될 수 있다.

또한, 본 발명은 풍력 발전기 시스템의 적어도 하나의 회전자 블레이드의 위치를 조절하기 위한 전기 드라이브의 사용에 관한 것으로, 전기 드라이브는 언급된 모든 실시예에 따라 개선되는 본 발명에 따른 드라이브이다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 전기 모터에 의해 풍력 발전기 시스템의 적어도 하나의 회전자 블레이드의 위치를 조절하는 방법 관한 것으로, 전류에 대한 목표값 신호의 함수로서 조절되는 전기 모터 전류는 전력 변환기에 의해 적어도 하나의 전기 모터에 공급되며, 기준 신호는 제 1 모드에 해당하는 전류에 대한 목표값 신호로 생성된다. 또한, 제 2 모드에 대응하는 전류에 대한 목표값 신호인 펄스형 신호가 있으며, 이는 기준 신호 또는 기준 신호의 크기가 미리설정된 시간 주기 동안 미리설정된 최대값을 초과하는 경우 생성된다.

바람직하게, 기준 신호 또는 기준 신호의 크기가 최대값과 같거나 또는 이 보다 작은 미리설정된 임계값 이하로 떨어지면, 제 1 모드로의 변화가 다시 이루어진다.

바람직하게 전기 모터의 속도는 특히 제 1 모드에서 조절된다. 이러한 조절이 수행될 때, 기준 신호는 전기 모터에 대한 목표된 속도와 전기 모터의 실제 속도 간의 차와 관련된다. 특히, 기준 신호는 목표된 속도와 실제 속도 간의 차의 함수로서 생성된다.

바람직하게 전력 변환기의 온도가 측정되며, 측정된 온도가 온도에 대해 미리설정된 최대값에 도달하거나 또는 이를 초과하는 경우, 펄스형 신호에서 펄스들의 신호 높이는 변하며, 특히 감소된다.

특히, 전기 모터는 D.C. 전기 머신이다. 또한, 바람직하게 전력 변환기에는 다상 전류, 특히 2-상 전류 또는 3-상 전류가 공급된다.

본 발명은 바람직한 실시예 및 도면을 참조로 하기에 개시된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 드라이브를 포함하는 풍력 발전기 시스템의 개략적 측면도이다.

도 2는 드라이브의 실시예의 개략적 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 추가 회로의 개략적 블록도이다.

도 4는 도 3에 도시된 추가 회로에 대한 흐름도이다.

도 5는 추가 회로로부터의 출력 신호의 시간에 따른 파형을 나타낸다.

도 6은 추가 회로로부터의 출력 신호의 시간에 따른 또 다른 파형을 나타낸다.

도 7은 전력 변환기의 회로도이다.

도 1에서 보여지는 것은 기반부(foundation)(3)에 의해 지면(4)에 고정된 타워(2)를 포함하는 풍력 발전기 시스템(1)의 측면도이다. 기반부(3)로부터 떨어져있는 타워(2)의 단부에서, 기계 지지부(5)가 방위각(azimuth) 시스템(6)에 의해 타워(2)의 종축(longitudinal axis) 부근에서 회전하는 방식으로 타워(2) 상에 장착된다. 기계 지지부(5) 상에는 회전자 축(9) 부근에서 선회가능하게 회전자(8)가 장착되며, 회전자는 블레이드 축(12) 부근에서 회전자 허브(10)를 기준으로 각각 선회가능한 다수의 회전자 블레이드들(11) 및 허브(10)를 포함한다. 블레이드 축들(12)은 회전자 축(9)에 직교하게 또는 비스듬히 연장되며, 회전자 블레이드들(11) 각각은 피치-제어 드라이브(13)에 의해 블레이드 축(12) 부근에서 선회할 수 있다. 회전자(8)는 바람(14)에 의해 회전자 축(9) 부근에서 선회하고 발전기(15)에 의해 구동될 수 있다. 또한, 피치-제어 드라이브들(13) 각각은 회전자 블레이드들(11)이 선회되도록 피치-제어 드라이브들(13)을 작동시키거나 또는 작동시킬 수 있는 시스템 제어기(16)와 전기적으로 결합된다. 피치-제어 드라이브 들(13) 각각은 본 발명의 실시예를 형성하는 전기 드라이브(85)(도 2 참조)를 포함하거나 또는 이러한 종류의 드라이브(85)에 의해 형성된다.

도 2에서 보여지는 것은 전기 드라이브들(85) 중 하나의 개략적 회로 블록도이다. 드라이브(85)에는 속도에 대한 목표값 신호(17)가 공급되며, 속도에 대한 실제-값 신호(18)는 속도에 대한 목표값 신호(17)로부터 차감되며, 속도들에서의 차에 대한 신호(9)는 속도-교정 수단(20)에 공급된다. 속도-교정 수단(20)은 중간 추가 회로(21)를 통해 전류 조절기(22)와 전기적으로 접속되며, 속도-교정 수단(20)은 속도들에서의 차에 대한 신호(19)의 함수로서 전류 조절기(22)에 대한 기준 신호(23)를 생성하며 이를 추가 회로(21)로 전송한다. 추가 회로(21)는 전류에 대한 목표값 신호(24)를 전류 조절기(22)로 전송한다.

전류 조절기(22)는 전류-교정 수단(25)을 포함하며, 전류-교정 수단(25)은 전류-교정 수단(25)의 하류에 접속되는 제어가능한 전력 변환기(26)를 포함한다. 전류에 대한 실제-값 신호(27)는 전류에 대한 목표값 신호(24)로부터 차감되며, 전류들의 차에 대한 신호(28)는 전류-교정 수단(25)에 공급된다. 전류-교정 수단(25)은 전류들의 차에 대한 신호(28)의 함수로서 제어 신호(29)를 생성하며 이를 전력 변환기(26)로 전송한다. 전력 변환기(26)는 제어 신호(29)의 함수로써, 이 경우 D.C. 전기 머신의 형태를 취하는 전기 모터(31)에 전류(30)를 공급한다. 전기 모터(31)의 속도(32)는 속도(32)에 대한 함수로써 전기 모터(31)의 현재(present) 속도(32)를 나타내는 속도에 대한 실제-값 신호(18)를 생성하며 이를 전송하는 속도-측정 수단(33)에 의해 측정된다. 또한, 전류(30)는 전기 모터(31)를 지나는 시점에서 흐르고 있는 전류(모터 전류)(30)를 나타내는 전류에 대한 실제-값 신호(27)를 생성하고 전송하는 전류-측정 수단(34)에 의해 측정된다.

도 2에서, 참조 번호 84는 속도 조절기를 나타낸다. 그러나 대안적으로, 속도 조절기로서 표시되는 속도-교정 수단(20)과 같을 수도 있다. 또한, 도 2에서, 참조 번호 22는 전류 조절기를 나타낸다. 그러나 대안적으로, 속도 조절기로 표시되는 속도-교정 수단(25)과 같을 수도 있다.

도 3에서 보여지는 것은 아날로그 기준 신호(23)를 디지털 기준 신호(36)로 변환하는 아날로그-대-디지털 변환기(35)를 포함하는 추가 회로(21)의 개략적 회로 블록도이다. 디지털 기준 신호(36)는 디지털 기준 신호(36)를 평가하고 평가에 대한 함수로서 전류에 대한 디지털의 목표값 신호(38)를 방출하는 디지털 프로세서(37)에 공급된다. 전류에 대한 디지털의 목표값 신호(38)는 전류에 대한 디지털의 목표값 신호(38)를 전류에 대한 아날로그의 목표값 신호(24)로 변환하는 디지털-대-아날로그 변환기(39)에 공급된다. 또한, 전력 변환기(26)와 열적으로 접속되는 온도 센서(53)가 제공된다. 온도 센서(53)에 의해 방출된 온도 신호(79)는 전력 변환기(26)의 현재 온도를 나타내며 아날로그 온도 신호(79)를 프로세서(37)에 공급되는 디지털 온도 신호(81)로 변환하는 아날로그-대-디지털 변환기(80)에 공급된다. 디지털 온도 신호(81)는 프로세서(37)에 의해 평가되며 요구되는 경우 전류에 대한 디지털의 목표값 신호(38)의 생성을 고려한다. 온도 센서(53)로서 바람직하게 이용되는 것으로는 KTY 센서가 있다.

추가 회로(21)에서 또는 프로세서(37)에서 수행되는 프로세스는 도 4에서 볼 수 있는 흐름도를 참조로 하기에서 개시된다. 이러한 흐름도는 본 발명의 경우에서 몇 가지 가능한 구현예들 중 단지 하나만을 나타내며 도 4의 흐름도가 제한되는 것으로서 구성되는 것은 아니다.

먼저, 단계(40)에서, 추가 회로(21)는 제 1 모드로 설정된다. 제 1 모드에서, 전류에 대한 목표값 신호(I_soll [= I_desired])(24)는 항상 기준 신호(I_f)(23)과 대응되며, 따라서 추가 회로(21)의 전달 함수(transfer function)는 "1"과 같거나 또는 "1"과 거의 같다. 이 경우, 전기 드라이브(85)는 전류 조절기(22)가 부속되는 속도 조절기(84)를 포함하는 전기 모터(31)를 형성한다.

단계(41)에서, 기준 신호(I_f)가 결정되며 단계(42)에서 기준 신호(I_f)가 현재 최대값(I_max)과 같은지 또는 현재 최대값(I_max) 보다 더 큰지가 검사된다. 검사 결과가 '아니오(not)' 라면, 단계(41)로 다시 변경된다. 단계(42)에서의 검사 결과가 '예(positive)'이라면, 단계(43)에서 타이머가 개시된다. 질의될 때, 타이머는 타이머가 개시되는 시간과 질의 시간 사이에 경과되는 시간 주기(△t)을 공급한다. 결과적으로, 타이머가 개시되는 시기에 적용되는 것은 △t=0이다. 이후, 단계(44)에서, 기준 신호(I_f)가 다시 결정되며 단계(45)에서는 기준 신호(I_f)가 최대값(I_max)과 같은지 또는 최대값(I_max) 보다 큰지가 검사된다. 검사 결과가 '아니오'라면, 다시 단계(41)로의 변경이 이루어진다. 단계(45)에서의 검사 결과가 '예'인 경우, 타이머는 단계(46)에서 질의되며, 질의 결과에 따라 단계(43)에서 타이머가 시작되는 시간에서 단계(46)에서의 질의 시간으로 경과되는 시간 주기(△t)이 유도된다.

단계(47)에서, 질의 결과로서 공급된 시간 주기(△t)이 최대 시간(t_max)과 같은지 또는 최대 시간(t_max) 보다 큰지가 검사된다. 검사 결과가 '아니오'라면, 다시 단계(44)로의 변경이 이루어진다. 단계(47)에서의 검사 결과가 '예'라면, 추가 회로(21)는 단계(48)에서의 제 2 모드로 설정된다. 제 2 모드에서, 펄스형 신호(I_puls)(도 5 참조)는 추가 회로(21)에 의해 생성되며 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)로서 방출된다.

단계(49)에서, 기준 신호(I_f)가 판독되고 단계(50)에서 기준 신호(I_f)가 최대 값(I_max)과 같은지 또는 최대 값(I_max) 보다 큰지가 검사된다. 검사 결과가 '아니오'라면, 다시 단계(40)로의 변경이 이루어지며 추가 회로(21)는 다시 제 1 모드로 설정된다. 단계(50)에서의 검사 결과가 '예'이면, 변환기(26)의 온도(T)가 단계(51)에서 결정된다. 다음 결정되는 온도(T)의 평가는 단계(52)로 이어지며, 이후 단계(49)로의 변경이 다시 이루어진다.

단계(52)에서의 결정된 온도(T) 평가는 특히 결정된 온도(T)가 미리설정된 최대 온도(T_max)에 도달했거나 또는 미리설정된 최대 온도(T_max)를 초과한 경우 펄스형 신호(I_puls)에서의 펄스들의 신호 높이(I_dyn)에서의 감소를 포함할 수 있다(도 5 참조).

시간(t)의 함수로서 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)에 대해 가능한 파형은 도 5에서 볼 수 있다. 초기에, 추가 회로(21)는 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)가 기준 신호(I_f)에 해당하는 제 1 모드에 있다. 먼저, 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)는 최대값(I_max) 이하이나, 시간(t)에 따라, 상승되어 시간(t_0)에서는 최대값(I_max)에 도달된다. 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)가 미리설정된 시간 주기(t_max)에 대한 최대값(I_max) 이하로 떨어지지 않기 때문에, 추가 회로(21)는 시간(t_0 + t_max)에서 제 2 모드로 전환된다. 펄스형 신호(I_puls)가 새롭게 생성되며 t_1에서 기준 신호(I_f)가 최대값(I_max) 이하로 떨어질 때까지, 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)로서 방출된다. 도 5에서, 펄스형 신호는 정현파(square-wave) 신호이다. 그러나 다른 펄스 형상들도 가능하다.

이 경우 펄스형 신호(I_puls)에서 펄스들의 신호 높이(I_dyn)는 I_max와 같다. 이는 바람직하게, 전력 변환기(26)를 통해 흐르는 전류가 펄스들 동안 전력 변환기의 정격 전류의 2배에 상응하는 결과를 산출한다. 펄스들 사이에서, 펄스형 신호(I_puls)의 신호 높이는 I_rec 이며, 이는 전력 변환기(26)의 정격 전류 또는 낮은 전류에 상응하도록 펄스들 사이의 시간(t_rec) 동안 전력 변환기(26)를 통해 흐르는 전류에 대해 충분히 높다. 이 경우 펄스들 사이의 시간(t_rec)은 펄스 길이(t_puls)와 같고, 따라서 펄스형 신호(I_puls)는 바람직하게 0.5의 마크-대-스페이스 비율(mark-to-space ratio)을 갖는다. 예를 들어, t_puls = t_rec에 대한 통상적 값은 1s이며, 이러한 값은 제한되는 것은 아니다.

t_1에서, 추가 회로(21)는 제 1 모드로 다시 전환되며, 여기서 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)는 기준 신호(I_f)에 대응한다. 그러나, t_2에서, 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)는 다시 최대값(I_max)에 도달하여 t_2 + t_max 시간 동안 유지되어, 스위치는 제 2 모드로 구성되고 펄스형 모드가 개시된다. 또한, 전력 변환기(26)의 시간(T)이 현재 최대 온도(T_max)에 도달 또는 초과하는 것이 시간(t_3)에서 발견되었으며, 펄스형 신호(I_puls)에서 펄스들의 신호 높이(I_dyn)는 I_max 미만의 값으로 감소된다.

도 6에서는, 먼저 5개의 펄스를 포함하는 펄스들의 그룹(82)이 생성되고 t_0 + t_max에서 시작되는 펄스형 모드(제 2 모드)에서 방출되는 변형으로, 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)의 시간에 따른 파형을 볼 수 있다. 이에 이어서, 펄스들이 방출되지 않는 리프레시 기간(refresh period)(t_refresh)이 제공된다. 리프레시 기간(t_refresh)의 종료시, 5개의 펄스들을 포함하는 펄스들의 그룹(83)이 전류에 대한 목표값 신호(I_soll)로서 다시 방출되며, 이후 리프레시 기간(t_refresh)이 다시 제공된다. 이러한 시퀀스는 펄스형 모드가 지속되는 동안 반복된다. 이 경우 펄스들의 각각의 그룹에서 펄스들의 수는 5개로 제한되지 않으며 소정의 다른 수로 설정될 수 있다. 또한, 이 경우 펄스들의 신호 높이의 감소는 전력 변환기(26)의 온도(T)가 최대 온도(T_max)에 도달 또는 이를 초과하는 경우에도 가능하다.

도 7에서 보여지는 것은 제 1 B6 사이리스터 브릿지(54) 및 제 2 B6 사이리스터 브릿지(55)를 포함하는 전력 변환기(26)의 회로도이며, 2개의 사이리스터 브릿지(54, 55)는 병렬로 연결되나 서로 반대 방향으로 배향된다. 사이리스터 브릿지(54, 55) 각각은 6개의 사이리스터(56)를 가지며, 사이리스터 브릿지(54)에서 사이리스터들(56)의 게이트 단자들은 펄스 변압기(pulse transformer)(57)에 접속되며 사이리스터 브릿지(55)에서 사이리스터들(56)의 게이트 단자들은 펄스 변압기(58)에 접속된다. 펄스 변압기들(57, 58)은 전류-교정 수단(25)에 의해 방출되 며 바람직하게 시간에서 지연각(delay angle)을 나타내는 제어 신호(29)가 입력 신호로서 공급되는 펄스-제어 모듈(59)과 접속된다.

사이리스터 브릿지들(54, 55)로부터의 제 1 출력 라인(60)은 중간 퓨즈(61)을 통해 전기 모터(31)의 회전자 와인딩(62)의 한쪽 단부에 접속된다. 또한, 회전자 와인딩(62)의 다른쪽 단부는 중간 다이오드 어레이(64)를 통해 리드(63)에 의해 전기 모터(31)의 고정자 와인딩(65)의 한쪽 단부에 접속된다. 사이리스터 브릿지들(54, 55)로부터의 제 2 출력 라인(66)은 중간 다이오드 어레이(64)를 통해 고정자 와인딩(65)의 다른쪽 단부와 접속된다. 이 경우, 전기 모터(31)는 직렬로-감긴(series-wound) 전기 머신으로서 동작하며, 다이오드 어레이(64)의 4개 다이오드들(67)은 전류가 항상 동일한 방향으로 고정자 와인딩(65)을 통해 흐르게 한다. 따라서, 전류가 고정자 와인딩(65)을 통해 반전(reversing)되지 않고 전류가 회전자 와인딩(62)을 통해 반전되게 할 수 있다. 이런 방식으로 회전자의 회전 방향의 변경이 이루어질 수 있다.

2개의 사이리스터 브릿지들(54, 55)은 접속부들(68, 69, 70)에 의해 3-상 메인 전원(mains supply)의 3 상에 접속되며, 직렬 회로는 각각의 상과 연관된 라인에 삽입되는 리액터(72) 및 퓨즈(71)를 포함한다. 또한, 과전압(over-voltage) 보호부로서 작용하도록 3개의 바리스터들(73)이 라인들(74, 75, 76) 사이에 접속된다.

사이리스터 브릿지들(54, 55)를 통해 흐르는 전류를 측정할 수 있는 수단에 의해 라인들(75, 76)에 변류기들(77, 78)이 삽입된다. 따라서, 2개의 변류기 들(77, 78)은 전류-측정 수단(34)의 센서부를 형성한다. 이 경우 측정되는 전류는 모터(31)를 통해 흐르는 전류를 나타내며 적절하게 전류에 대한 실제-값 신호(27)를 형성한다.

Claims

전기 드라이브로서,

전기 모터 전류(30)가 전력 변환기(26)에 의해 공급되거나 또는 공급될 수 있는 적어도 하나의 전기 모터(31);

상기 전력 변환기(26)에 대해 취해진 동작(action)에 의해 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)의 함수로써 상기 모터 전류(30)를 조절하거나 또는 조절할 수 있는 전류 조절기(22); 및

상기 전류 조절기(22)에 연결되며 상기 전류 조절기(22)에 대해 기준 신호(23, I_f)를 생성하거나 또는 생성할 수 있는 전류에 대한 목표값 이미터(emitter)(20)

를 포함하며, 상기 전류에 대한 목표값 이미터(20)는 중간 추가 회로(21)를 통해 상기 전류 조절기(22)에 연결되고, 상기 중간 추가 회로(21)에 의해, 제 1 모드에서는 상기 기준 신호(23, I_f) 또는 상기 기준 신호에 상응하는 신호가 상기 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)로서 상기 전류 조절기(22)에 공급되거나 또는 공급될 수 있고, 제 2 모드에서는 펄스형 신호(I_puls)가 상기 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)로서 상기 전류 조절기(22)에 공급되거나 또는 공급될 수 있고,

상기 기준 신호(23, I_f) 또는 상기 기준 신호(23, I_f)의 크기가 미리 설정된 시간 기간(t_max) 동안 미리설정된 최대값(I_max) 이상인 경우, 상기 추가 회로(21)는 상기 제 2 모드로 전환하거나 또는 전환할 수 있는,

전기 드라이브.
제 1 항에 있어서,

상기 펄스형 신호(I_puls)의 펄스들은 펄스들의 적어도 2개 그룹들(82, 83)을 형성하고, 상기 펄스들의 적어도 2개 그룹들(82, 83)은 시간 간격(t_refresh)을 두고 서로 연속하며, 상기 시간 간격(t_refresh)은 동일한 그룹의 펄스들에서 2개의 연속하는 펄스들 간의 시간 간격(t_rec)보다 더 큰,

전기 드라이브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 추가 회로(21)는 온도 센서(53)에 연결되며, 상기 온도 센서(53)에 의해 상기 전력 변환기(26)의 온도(T)가 측정되거나 또는 측정될 수 있으며, 측정되는 상기 온도(T)가 미리설정된(preset) 최대 온도값(T_max)에 도달하거나 또는 초과하는 경우, 상기 펄스형 신호(I_puls)의 펄스들의 신호 높이(I_dyn)는 상기 추가 회로(21)에 의해 가변되거나 또는 가변될 수 있는,

전기 드라이브.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 기준 신호(23, I_f) 또는 상기 기준 신호(23, I_f)의 크기가 상기 최대값 이하인 미리설정된 임계값 아래로 떨어지는 경우, 상기 추가 회로(21)는 상기 제 1 모드로 전환하거나 또는 전환할 수 있는,

전기 드라이브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전류에 대한 목표값 이미터(20)는 속도 조절기의 일부이거나 또는 상기 속도 조절기를 형성하고, 상기 속도 조절기에 의해 상기 전기 모터의 속도는 상기 제 1 모드에서 조절되거나 또는 조절될 수 있으며, 상기 기준 신호(23, I_f)는 상기 전기 모터(31)에 대한 목표된 속도와 상기 전기 모터(31)의 실제 속도 간의 차이에 의존하는,

전기 드라이브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전기 모터(31)는 D.C. 전기 머신이며, 상기 전력 변환기(26)는 입력측에서 다상(multi-phase) 전력이 공급되거나 또는 공급될 수 있는 적어도 하나의 다상 사이리스터 브릿지(thyristor bridge)(54)를 갖는,

전기 드라이브.
풍력 발전기 시스템으로서,

지지부(5);

회전자 축(9) 둘레를 선회(turn)할 수 있도록 상기 지지부(5) 상에 장착되며 회전자 허브(rotor hub)(10)를 갖는 회전자(8); 및

상기 회전자 허브(10)에 고정된 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)

를 포함하고, 상기 회전자 허브(10)에 대한 상기 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치는 피치-제어 드라이브(13)에 의해 조절되거나 또는 조절될 수 있으며, 상기 피치-제어 드라이브(13)는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 전기 드라이브(85)를 갖는,

풍력 발전기 시스템.
풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하기 위한 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전기 드라이브의 이용법.
적어도 하나의 전기 모터(31)에 의해 풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하는 방법으로서,

전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)의 함수로써 조절되는 전기 모터 전류(30)는 전력 변환기(26)에 의해 상기 적어도 하나의 전기 모터(31)에 공급되고,

제 1 모드에서 상기 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)에 대응하는 기준 신호(23, I_f)가 생성되며,

상기 기준 신호(I_f) 또는 상기 기준 신호(I_f)의 크기가 미리설정된 시간 기간(t_max) 동안 미리설정된 최대값(I_max)을 초과하는 경우, 제 2 모드에서 상기 전류에 대한 목표값 신호(24, I_soll)에 대응하는 펄스형 신호(T_puls)가 생성되는,

풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 기준 신호(23, I_f) 또는 상기 기준 신호(23, I_f)의 크기가 상기 최대값(I_max) 이하인 미리설정된 임계값 아래로 떨어지는 경우, 상기 제 1 모드로의 변경이 다시 이루어지는,

풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하는 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 전기 모터(31)의 속도(32)는 상기 제 1 모드에서 조절되고,

상기 기준 신호(23, I_f)는 상기 전기 모터(31)에 대한 목표된 속도와 상기 전기 모터(31)의 실제 속도(32) 간의 차이에 의존하는,

풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하는 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 전력 변환기(26)의 온도(T)가 측정되고, 측정되는 상기 온도(T)가 온도에 대해 미리설정된 최대값(T_max)에 도달하거나 또는 초과할 경우, 상기 펄스형 신호(I_puls)의 펄스들의 신호 높이(I_dyn)가 가변되는,

풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하는 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 전기 모터(31)는 D.C. 전기 머신이고, 상기 전력 변환기(26)는 상기 전력 변환기(26)에 공급되는 다상 전력을 갖는,

풍력 발전기 시스템(1)의 적어도 하나의 회전자 블레이드(11)의 위치를 조절하는 방법.