KR101448540B1 - Start-up and braking control of a wind turbine - Google Patents

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KR101448540B1
KR101448540B1 KR1020130112968A KR20130112968A KR101448540B1 KR 101448540 B1 KR101448540 B1 KR 101448540B1 KR 1020130112968 A KR1020130112968 A KR 1020130112968A KR 20130112968 A KR20130112968 A KR 20130112968A KR 101448540 B1 KR101448540 B1 KR 101448540B1
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은범수
이승헌
김대철
최상록
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주식회사 이노벤투스
주식회사 삼성이앤아이
주식회사 이앤씨
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for controlling the starting and braking of a wind power generator, the apparatus including a servo motor and a clutch to start blades by commercial electricity at low-speed rotation of the blades according to low wind speed or at high-speed rotation of the blades according to strong wind, or to mechanically brake the blades at high wind speed. The apparatus according to the present invention includes: a nacelle housing formed into a hollow pipe shape and fixed to an upper end of a tower installed on the ground at a given height; a generator installed at one side of a front end of the nacelle housing to convert mechanical energy of a rotor to electric energy, and having a rotation shaft to which blades are installed; a generator fixing shaft for supporting and fixing the generator to the nacelle housing; a generator link gear installed to one side of the generator and formed with teeth on an inner race; the servo motor fixed to the generator fixing shaft by a fixing bracket and rotated forward or reverse by the application of power; the clutch installed to one side of the servo motor to transmit or interrupt the power by the forward or reverse rotation of the servo motor; and a clutch link gear installed on a center shaft of the clutch and meshed with teeth formed on the inner race of the generator link gear to drive the generator link gear forward or reverse, thereby starting or braking the generator.

Description

풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치{Start-up and braking control of a wind turbine}Technical Field [0001] The present invention relates to a start-up and braking control of a wind turbine,

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타워의 상단에 설치되는 너셀(nacelle)에 서보모터와 클러치를 구성하여 저풍속에 따른 블레이드의 저속회전이나 강풍에 따른 블레이드의 고속회전시 상용전원 또는 풍력발전기를 통해 미리 충전한 전원 외부 재생 에너지 전원을 통해 블레이드의 기동 또는 고풍속에서의 안정적인 기계식 제동이 이루어질 수 있도록 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly, to a turbine generator having a servomotor and a clutch in a nacelle provided at an upper end of a tower, so that when the blade rotates at a low speed according to low wind speed, Or a stable mechanical braking operation at a high wind speed through a power source external regenerative energy pre-charged through a wind power generator.

일반적으로, 풍력발전기라 함은 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치를 말한다. 즉, 공기가 익형 위를 지날 때 양력이 발생되는 공기역학적 특성을 통해 회전자가 회전하게 되는데, 이때 발생되는 기계적 회전 에너지가 발전기를 통해 전기 에너지로 변환되게 된다.Generally, a wind turbine is a device that converts kinetic energy of wind into electric energy. That is, when the air passes over the airfoil, the rotor rotates through an aerodynamic characteristic in which the lift is generated, and the mechanical rotation energy generated at this time is converted into electric energy through the generator.

전술한 바와 같은 풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수평축형과 수직축형으로 구분되는데, 현재는 주로 수평축 또는 프로펠러 방식의 풍력발전기가 주로 사용된다.The wind turbine generator as described above is classified into a horizontal axis type and a vertical axis type according to the direction of the rotation axis. At present, a horizontal axis or propeller type wind turbine generator is mainly used.

한편, 전술한 바와 같은 대부분의 풍력발전기는 타워(또는 지주)와 타워의 상단에 설치된 너셀(nacelle) 및 너셀의 선단에 설치된 회전체로 구성된다.　 이러한 풍력발전기의 구성에서 너셀은 기어박스와 발전기 등으로 이루어지며, 회전체에는 블레이드(회전날개)가 구비된다. 물론, 기어박스와 발전기는 회전체 안에 구비되는 경우도 있다.On the other hand, most of the wind turbines described above are composed of a tower (or a tower) and a rotating body installed at the tip of a nacelle and a nacelle installed at the top of the tower. In the configuration of such a wind turbine generator, the nacelle is composed of a gear box and a generator, and the rotating body is provided with a blade (rotating blade). Of course, the gear box and the generator may be provided in the rotating body.

전술한 바와 같은 풍력발전기는 정격 풍속을 초과한 과풍속의 강풍이 불 경우 과열에 의한 기계적 구조의 소손이 생기는 문제가 있다.　 이를 방지하기 위해 과풍속의 바람이 불 경우 회전체와 너셀을 바람 방향으로부터 벗어나게 하거나 블레이드의 회전수를 감소시키는 여러 가지 형태의 과풍속 제어장치를 사용한다.The wind turbine generator as described above has a problem that the mechanical structure is burned out due to overheating when the wind speed of the wind turbine exceeds the rated wind speed. In order to prevent this, various types of over-wind control devices are used to make the rotor and nacelle deviate from the wind direction or to reduce the number of revolutions of the blades when the wind speed is high.

종래 기술에 따른 과풍속 제어장치의 경우 소형 풍력발전기는 꼬리 날개에 의해 회전체와 너셀을 바람 방향으로부터 벗어나게 하고 있다.　 그리고, 대형 풍력발전기는 풍향기로부터의 신호에 의해 전기적으로 회전체 및 너셀을 바람 방향으로부터 벗어나도록 하거나 블레이드의 피치를 제어하여 블레이드의 회전력을 감소시키고 있다.In the over-wind speed control apparatus according to the related art, the small wind power generator causes the rotating body and the nose cell to deviate from the wind direction by the tail wing. The large wind turbine generator also reduces the rotational force of the blades by electrically discharging the rotor and nacelle from the wind direction or controlling the pitch of the blades by a signal from the wind direction sensor.

그러나, 종래 기술에 따른 과풍속 제어장치의 경우 회전체와 너셀이 바람 방향을 회피한 다음 원위치로 복귀하는 순간마다 꼬리 날개 쪽의 연결블록이 너셀 후미의 스토퍼에 지속적으로 충돌하게 되면 발전시스템에 진동이 지속적으로 가해져 시스템이 파손되거나 힌지기구가 손상될 우려가 있다.However, in the over-wind speed control apparatus according to the related art, if the connecting block on the tail wing continuously collides with the stopper on the tail of the nacelle every time the rotating body and the nacelle avoid the wind direction and then return to the home position, The system may be damaged or the hinge mechanism may be damaged.

또한, 종래 기술에 따른 과풍속 제어장치의 경우 꼬리 날개가 수평으로 장착되므로 과풍속이 그치고 정속 풍속이 된 후에도 꼬리 날개가 즉시 원위치로 회복되지 않고 계속해서 회전된 상태로 있게 되어 발전기의 정상 동작이 지연되는 문제가 발생한다.Further, in the over-wind speed control apparatus according to the related art, since the tail wing is mounted horizontally, the tail wing is not immediately restored to its original position even after the over wind speed becomes the constant wind speed, There is a delay problem.

한편, 종래 기술에 따른 풍력발전기는 저풍속에 따른 블레이드의 저회전이나 무회전의 경우 충분한 발전용량이 발생되지 않는다는 문제가 있다.On the other hand, the conventional wind turbine generator has a problem that sufficient generation capacity is not generated in the case of low rotation or no rotation of the blade according to low wind speed.

특허문헌 1. 공개특허공보 제2010-0029475호(2010.03.17.자 공개)[Patent Document 1] JP-A-2010-0029475 (published on Mar. 17, 2010) 특허문헌 2. 공개특허공보 제2012-0076923호(2012.07.10.자 공개)Patent Document 2. Patent Publication No. 2012-0076923 (July 10, 2012)

본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 저풍속에 따른 블레이드의 저회전이나 무회전시 서보모터 및 클러치에 전원을 인가하여 기어박스를 통해 발전기를 구동시켜 일정 RPM 도달시 전원의 차단을 통해 블레이드의 원심력으로 회전상태를 유지하는 기동지원을 할 수 있도록 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to solve all the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a power generator that drives a generator through a gear box by applying power to a low- And to provide a starting and braking control device for a wind power generator that can support a starting operation of maintaining the rotating state of the blades by centrifugal force through interception.

또한, 본 발명에 따른 기술은 설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 회전시 클러치에 전원을 인가하여 서보모터를 역회전시킴으로써 안정적인 기계식 제동을 통해 풍력발전기의 회전력을 안정역역까지 감소시켜 안정적인 발전이 이루어질 수 있도록 하는 풍력발전기의 블레이드 회전속도 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.Also, according to the technology of the present invention, the power is applied to the clutch when rotating at a predetermined speed or more than the set wind speed or the number of revolutions to reverse the rotation of the servomotor, thereby reducing the rotational force of the wind turbine to stable range through stable mechanical braking And an object of the present invention is to provide an apparatus for controlling the rotation speed of a blade of a wind power generator.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 회전시 클러치에 전원을 인가하여 서보모터의 역회전을 통해 안정적인 기계식 제동을 함으로써 풍력발전기의 회전력을 안정역역까지 감소시켜 과열이나 과부하로 인한 기계적 구조의 소손을 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.Further, according to the technology of the present invention, by applying power to the clutch when rotating at a predetermined speed or more than the set wind speed or rotational speed, the rotational force of the wind power generator is reduced to the stable range by performing stable mechanical braking through the reverse rotation of the servo motor, And to prevent burning of the mechanical structure.

나아가, 본 발명에 따른 기술은 저풍속에 따른 블레이드의 기동 지원과 고풍속에 따른 안정적인 제동을 통해 풍력발전시스템의 안정적인 운전과 효율을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.Furthermore, the present invention has an object of improving the stable operation and efficiency of the wind power generation system by supporting the starting of the blades according to the low wind speed and the stable braking according to the old wind.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치는 중공의 파이프 형태로 형성되어 면에 일정 높이로 설치된 타워의 상단부에 설치 고정되는 너셀 하우징; 너셀 하우징의 선단 일측에 설치되어 로터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하되 블레이드가 설치되는 회전축이 구성된 발전기; 발전기를 너셀 하우징에 고정 지지되도록 하는 발전기 고정축; 발전기의 일측에 설치되어 내륜 상에 치(齒)가 형성된 발전기 링크기어; 발전기 고정축 상에 고정 브라켓을 통해 고정되어 전원의 인가를 통해 정역 구동되는 서보모터; 서보모터의 일측에 설치 고정되어 서보모터의 정역 구동에 의한 동력을 연결하거나 차단하는 클러치; 및 클러치의 중심축 상에 설치되어 발전기 링크기어의 내륜에 형성된 치(齒)와 치(齒)결합되어지되 발전기 링크기어를 정역 구동시켜 발전기의 기동 또는 제동이 이루어질 수 있도록 하는 클러치 링크기어를 포함한 구성으로 이루어진다.The present invention configured to achieve the above-described object is as follows. That is, the starting and braking control apparatus for a wind turbine according to the present invention comprises a nacelle housing formed as a hollow pipe and fixed to an upper end of a tower installed at a predetermined height on a surface thereof; A generator installed at one end of the nacelle housing and configured to convert the mechanical energy of the rotor into electric energy, the rotary shaft on which the blades are installed; A generator fixing shaft for fixing and supporting the generator to the nacelle housing; A generator link gear provided at one side of the generator and having teeth formed on the inner ring; A servomotor fixed on a generator fixed shaft via a fixed bracket and driven in a forward and reverse direction through a power supply; A clutch fixedly installed on one side of the servomotor for connecting or disconnecting power due to forward and reverse drive of the servomotor; And a clutch link gear provided on a central axis of the clutch and connected to a tooth formed on an inner ring of the generator link gear so that the generator link gear can be driven in a forward and reverse direction for starting or braking the generator .

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 풍력발전기의 기동은 무풍 또는 저풍속에 따른 풍력발전기의 무회전시 발전기의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 통해 설정치 보다 작은 경우에 서보모터와 클러치에 전원을 인가하여 클러치 링크기어를 통해 발전기 링크기어를 정회전시켜 발전기를 구동시키되 설정된 일정 RPM에 도달하면 서보모터와 클러치의 전원을 차단하여 블레이드의 원심력에 의해 회전 상태가 유지되도록 하는 구성으로 이루어질 수 있다.In the configuration of the present invention as described above, the starting of the wind turbine is performed by measuring one or more of the output voltage, the output frequency, the air velocity of the air, and the RPM of the generator according to the no- The power is supplied to the servo motor and the clutch to drive the generator by forward rotation of the generator link gear through the clutch link gear. When the predetermined RPM is reached, the power of the servo motor and the clutch is cut off, So that the state can be maintained.

그리고, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 풍력발전기의 기동은 발전기의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 일정 시간 간격으로 실시하여 설정치 보다 작은 경우에 서보모터와 클러치에 전원의 인가 및 차단을 통해 발전기의 기동과 원심력에 의한 회전 상태가 유지되도록 하는 구성으로 이루어질 수 있다.In the configuration according to the present invention as described above, the start-up of the wind turbine is performed at a predetermined time interval by measuring at least one of the output voltage of the generator, the output frequency, the air velocity of the air and the RPM of the generator, And the rotation state of the generator due to the centrifugal force is maintained through the application and interruption of the power to the servo motor and the clutch.

한편, 본 발명에 따른 구성에서 풍력발전기의 제동은 과풍속에 따른 설정된 풍속 또는 풍력발전기의 과회전시 발전기의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 통해 설정치 보다 큰 경우에 클러치에 전원을 인가하여 서보모터의 전원이 인가되지 않은 상태로 서보모터의 역회전을 통해 풍력발전기의 회전력을 설정된 안정영역까지 감소시켜 지속적인 발전을 유도할 수 있도록 한 구성으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the configuration according to the present invention, the braking of the wind power generator may be performed by measuring at least one of the set wind speed according to the wind speed, the output voltage of the generator, the wind speed of the air, When the power is applied to the clutch when the power is greater than the set value, the rotation power of the wind power generator is reduced to the set stable region through the reverse rotation of the servo motor in a state in which the power of the servo motor is not applied, .

그리고, 본 발명에 따른 구성에서 풍력발전기의 제동시 지속적인 회전수의 과회전 이상이 감지되는 경우 서보모터의 상간전납을 0V에 수렴하게 만들어 단계적으로 발전기의 회전력을 낮추고 최종적으로 풍력발전기를 완전 정지시키는 구성으로 이루어질 수 있다.In the configuration according to the present invention, when the overrun of the revolving speed is detected during the braking operation of the wind turbine, the total load between the phases of the servomotor is converged to 0V so that the rotational force of the generator is lowered step by step, .

아울러, 본 발명에 따른 풍력발전기의 제동시 최종적으로 풍력발전기를 완전 정지시킨 이후 일정 시간 경과 후에 풍력발전기의 제동 상태를 초기상태로 전환하여 풍력발전기의 동작을 리셋시키는 구성으로 이루어질 수 있다.In addition, the braking state of the wind power generator may be reset to an initial state after a predetermined time elapses after the wind power generator is completely stopped at the time of braking the wind power generator according to the present invention, thereby resetting the operation of the wind power generator.

또한, 본 발명에 따른 구성에서 풍력발전기의 기동 및 제동에 따른 서보모터와 클러치에 인가되는 전원은 외부 상용전원, 자체 발전전원, 기 충전 전원 및 외부 발전 전원 중 어느 하나 또는 둘 이상의 구성으로 이루어질 수 있다.In addition, in the configuration according to the present invention, the power supplied to the servo motor and the clutch due to start-up and braking of the wind turbine may be any one or more of an external commercial power source, a self- have.

본 발명의 기술에 따르면 저풍속에 따른 블레이드의 저회전이나 무회전시 서보모터 및 클러치에 전원을 인가하여 기어박스를 통해 발전기를 구동시켜 일정 RPM 도달시 전원의 차단을 통해 블레이드의 원심력으로 회전상태를 유지하는 기동지원을 할 수 있도록 하는 효과가 발현된다.According to the technique of the present invention, the generator is driven through the gear box by applying power to the low-rotation or the non-rotating servo motor and the clutch according to the low wind speed, and when the RPM reaches a certain RPM, So that it is possible to carry out a maneuvering support to keep the vehicle.

또한, 본 발명에 따른 기술은 설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 회전시 클러치에 전원을 인가하여 서보모터를 역회전시킴으로써 안정적인 기계식 제동을 통해 풍력발전기의 회전력을 안정역역까지 감소시켜 안정적인 발전이 이루어질 수 있도록 하는 효과가 발현된다.Also, according to the technology of the present invention, the power is applied to the clutch when rotating at a predetermined speed or more than the set wind speed or the number of revolutions to reverse the rotation of the servomotor, thereby reducing the rotational force of the wind turbine to stable range through stable mechanical braking .

아울러, 본 발명에 따른 기술은 설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 회전시 클러치에 전원을 인가하여 서보모터의 역회전을 통해 안정적인 기계식 제동을 함으로써 풍력발전기의 회전력을 안정역역까지 감소시켜 과열이나 과부하로 인한 기계적 구조의 소손을 방지함은 물론, 풍력발전시스템의 안정적인 운전과 효율을 향상시키는 효과가 발현된다.Further, according to the technology of the present invention, by applying power to the clutch when rotating at a predetermined speed or more than the set wind speed or rotational speed, the rotational force of the wind power generator is reduced to the stable range by performing stable mechanical braking through the reverse rotation of the servo motor, It is possible to prevent burning of the mechanical structure and to improve the stable operation and efficiency of the wind power generation system.

도 1 은 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치가 적용된 풍력발전기를 보인 사시 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 분리하여 보인 사시 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 결합하여 보인 단면 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 투시하여 보인 사시 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치 구성에서 기어의 작용을 투시하여 보인 사시 구성도.1 is a perspective view showing a wind turbine to which a starting and braking control device for a wind turbine according to the present invention is applied.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind turbine generator,
3 is a cross-sectional view showing a start-up and braking control device of a wind turbine according to the present invention.
4 is a perspective view showing the starter and braking control device of the wind turbine according to the present invention.
5 is a perspective view showing the operation of the gear in the starting and braking control device of the wind turbine according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a starting and braking control apparatus for a wind turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치가 적용된 풍력발전기를 보인 사시 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 분리하여 보인 사시 구성도, 도 3 은 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 결합하여 보인 단면 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치를 투시하여 보인 사시 구성도, 도 5 는 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치 구성에서 기어의 작용을 투시하여 보인 사시 구성도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a wind turbine to which a starting and braking control device for a wind turbine according to the present invention is applied, FIG. 2 is a perspective view showing a starting and braking control device for a wind turbine according to the present invention, FIG. 4 is a perspective view of a starting and braking control device for a wind turbine according to the present invention, and FIG. 5 is a perspective view of the wind turbine according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the operation of the gear in the configuration of the starting and braking control device of the wind turbine according to the present invention.

도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)는 지면에 일정 높이로 설치되는 타워(10)의 상단에 설치 고정되어지되 발전기(120)의 회전축(122) 상에 블레이드(20)가 설치된 구조로 이루어져 무풍에 따라 풍력발전기의 발전이 이루어지지 않거나 과풍속에 의한 이상 회전 발생시 풍력발전기를 기동 또는 제동하여 안정적이 발전이 이루어질 수 있도록 하는 기술이다.1 to 5, the starting and braking control apparatus 100 for a wind turbine according to the present invention is installed and fixed on an upper end of a tower 10 installed at a predetermined height on the ground, And the blade 20 is installed on the wind turbine 122 so that the wind turbine generator can not be generated according to the no wind or when the abnormal wind turbine rotates due to excessive wind speed, the wind turbine generator can be started or braked to generate stable power.

한편, 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)의 구성을 살펴보면 중공의 파이프 형태로 형성되어 면에 일정 높이로 설치된 타워(10)의 상단부에 설치 고정되는 너셀 하우징(110), 너셀 하우징(110)의 선단 일측에 설치되어 로터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하되 블레이드(20)가 설치되는 회전축(122)이 구성된 발전기(120), 발전기(120)를 너셀 하우징(110)에 고정 지지되도록 하는 발전기 고정축(130), 발전기(120)의 일측에 설치되어 내륜 상에 치(齒)가 형성된 발전기 링크기어(140), 발전기 고정축(130) 상에 고정 브라켓(152)을 통해 고정되어 전원의 인가를 통해 정역 구동되는 서보모터(150), 서보모터(150)의 일측에 설치 고정되어 서보모터(150)의 정역 구동에 의한 동력을 연결하거나 차단하는 클러치(160) 및 클러치(160)의 중심축 상에 설치되어 발전기 링크기어(140)의 내륜에 형성된 치(齒)와 치(齒)결합되어지되 발전기 링크기어(140)를 정역 구동시켜 발전기(120)의 기동 또는 제동이 이루어질 수 있도록 하는 클러치 링크기어(170)의 구성으로 이루어진다.A nacelle housing 110, which is formed in a hollow pipe shape and fixed to the upper end of a tower 10 installed at a predetermined height on a surface thereof, will be described in detail with reference to the construction of a starting and braking control apparatus 100 of a wind turbine according to the present invention. A generator 120 installed at one end of the nacelle housing 110 and configured to convert the mechanical energy of the rotor into electrical energy and having a rotation axis 122 to which the blade 20 is installed, a generator 120 connected to the nacelle housing 110 A generator link gear 140 provided on one side of the generator 120 and having teeth formed on the inner ring, a fixing bracket 152 mounted on the generator fixing shaft 130, A clutch 160 installed and fixed to one side of the servomotor 150 for connecting or disconnecting power due to forward and reverse drive of the servo motor 150, Lt; RTI ID = 0.0 > 160 < / RTI & And the generator link gear 140 is connected to a tooth formed on the inner ring of the generator link gear 140 so that the generator link gear 140 can be rotated in a forward and reverse direction, 170).

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)는 풍력발전기의 무회전시 풍력발전시스템의 제어부에 의해 일정 시간 간격으로 서보모터(150)와 클러치(160)에 전원을 인가하여 클러치 링크기어(170)를 통해 발전기 링크기어(140)를 회전시킴으로써 발전기(120)를 구동시키고, 일정 RPM 도달시 서보모터(150)와 클러치(160)에 전원을 차단하여 원심력에 의해 발전기(120)의 회전상태를 유지하도록 하는 기동 지원을 할 수가 있다.The starting and braking control device 100 of the wind turbine generator according to the present invention configured as described above supplies power to the servo motor 150 and the clutch 160 at predetermined time intervals by the controller of the wind turbine generator The power generator 120 is driven by rotating the generator link gear 140 through the clutch link gear 170 and the power is supplied to the servo motor 150 and the clutch 160 when the RPM reaches a predetermined RPM, It is possible to provide start-up support for maintaining the rotation state of the motor 120.

한편, 전술한 바와 같이 바람의 무풍이나 저풍속에 따른 풍력발전기의 무회전시 기동은 발전기(120)의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기(120)의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 통해 측정된 측정값이 설정치 보다 작은 경우에 이루어진다. 이때, 발전기(120)의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기(120)의 RPM 측정은 일정 시간 간격으로 이루어져 측정값에 따라 풍력발전기의 기동 지원에 대한 판단이 결정되어진다.As described above, the asynchronous start-up of the wind power generator according to the no wind or the low wind speed can be performed by measuring one or more of the output voltage of the generator 120, the output frequency, the wind speed of the air, and the RPM of the generator 120 Is less than the set value. At this time, the output voltage of the generator 120, the output frequency, the wind speed of the air, and the RPM of the generator 120 are measured at predetermined time intervals, and the determination of support for starting the wind turbine is determined according to the measured value.

전술한 바와 같이 풍력발전기의 기동 지원시 블레이드(20)의 동작특성은 블레이드(20)에 접하는 풍속의 상대속도에 의해 결정되는데, 이러한 방법을 통한 기동 지원시 블레이드(20)에 접하는 풍속의 상대속도가 블레이드(20) 동작속도의 벡터합으로 증가되어 그에 해당하는 속도의 영향만큼 기동 효과가 향상된다.As described above, the operating characteristics of the blade 20 in supporting the starting of the wind power generator are determined by the relative speed of the air velocity in contact with the blade 20. The relative speed of the air velocity in contact with the blade 20 during start- Is increased by the vector sum of the operating speed of the blade 20, and the starting effect is improved by the influence of the corresponding speed.

반면, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)는 설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 풍력발전기의 회전시 풍력발전시스템의 제어부에 의해 클러치(160)에 전원을 인가하여 서보모터(150)의 전원이 인가되지 않은 상태로 서보모터(150)의 역회전을 통해 풍력발전기의 회전력을 제동시켜 설정된 안정영역까지 감소시킴으로써 안정적으로 지속적인 발전을 유도할 수 있도록 한다.On the other hand, the starting and braking control apparatus 100 for a wind turbine according to the present invention configured as described above supplies power to the clutch 160 by the control unit of the wind power generation system during rotation of the wind turbine generator So that the rotational force of the wind power generator is braked through the reverse rotation of the servo motor 150 in a state where the power of the servo motor 150 is not applied.

그리고, 전술한 바와 같이 풍력발전기의 제동이 이루어진 후에도 지속적으로 회전수를 감지하여 회전수 이상 감지시 서보모터(150)의 상간전압을 0V에 수렴하게 만들어 단계적으로 발전기(120)의 회전력을 낮추고 최종적으로는 완전히 정지상태에 도달하게 한다. 이후에는 일정시간 경과 후에 제동상태를 초기상태로 전환하여 풍력발전시스템의 동작을 리셋시킨다.As described above, even after the wind turbine is braked, the rotational speed is continuously sensed, and when the rotational speed is detected, the phase voltage of the servo motor 150 is converged to 0V to gradually reduce the rotational force of the generator 120, To reach a completely stopped state. Thereafter, after a lapse of a predetermined time, the braking state is changed to the initial state to reset the operation of the wind power generation system.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 기술은 발전기 링크기어(140), 서보모터(150), 클러치(160) 및 클러치 링크기어(170)의 구성을 통해 바람의 무풍이나 저풍속에 따른 발전기(120)의 무회전시 풍력발전기를 기동하여 발전이 이루어질 수 있도록 하거나 바람의 과풍속에 따른 발전기(120)의 과회전시(또는 과부하시)에 풍력발전기를 제동하여 안정적인 발전이 이루어질 수 있도록 한다.As described above, according to the present invention, the generator 120 according to the no-wind or low wind speed of the wind through the configuration of the generator link gear 140, the servo motor 150, the clutch 160 and the clutch link gear 170, (Or overloaded) of the generator 120 according to the wind speed and the wind speed so that the wind power generator can be braked and stable power generation can be achieved.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 풍력발전기의 기동 및 제동에 따른 서보모터(150)와 클러치(160)에 인가되는 전원은 외부 상용전원, 자체 발전전원, 기 충전 전원 및 외부 발전 전원 중 어느 하나 또는 둘 이상의 구성으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the configuration according to the present invention as described above, the power supplied to the servomotor 150 and the clutch 160 according to the start-up and braking of the wind power generator is supplied from the external commercial power source, Or a combination of two or more of them.

본 발명에 따른 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 너셀 하우징(110)은 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)의 외형을 형성하는 것으로, 이러한 너셀 하우징(110)은 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 중공의 파이프 형태로 형성되어 면에 일정 높이로 설치된 타워(10)의 상단부에 설치 고정되어진다.The components constituting the starting and braking control apparatus 100 of the wind power generator according to the present invention will now be described in detail. First, the nacelle housing 110 constituting the present invention forms the outer shape of the starting and braking control device 100 of the wind power generator. The nacelle housing 110 has a hollow structure as shown in FIGS. 1 to 4, And is installed and fixed to the upper end of the tower 10 installed at a predetermined height on the surface.

전술한 바와 같이 구성된 너셀 하우징(110)에는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치(100)를 구성하는 발전기(120), 발전기 고정축(130), 발전기 링크기어(140), 서보모터(150), 클러치(160) 및 클러치 링크기어(170)가 설치되어 타워(10)의 상단에 설치 고정되도록 한다.The generator 120, the generator fixed shaft 130, the generator link gear 140, the servo motor 150, and the generator 150 constituting the starting and braking control device 100 of the wind power generator are connected to the nacelle housing 110, The clutch 160 and the clutch link gear 170 are installed and fixed to the upper end of the tower 10. [

다음으로, 본 발명을 구성하는 발전기(120)는 풍력발전기의 발전에 따른 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 것으로, 이러한 발전기(120)는 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 너셀 하우징(110)의 선단 일측인 상단부에 설치되어 로터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하게 된다.Next, the generator 120 of the present invention converts the mechanical energy generated by the wind turbine generator into electrical energy. The generator 120 is connected to the nacelle housing 110 as shown in FIGS. 1 to 5, And the mechanical energy of the rotor is converted into electrical energy.

전술한 바와 같이 구성된 발전기(120)의 중심에는 회전축(122)이 구성되어 회전축(122)의 상단부를 통해 블레이드(20)가 설치 고정된다.A rotating shaft 122 is formed at the center of the generator 120 constructed as described above and the blade 20 is installed and fixed through the upper end of the rotating shaft 122.

다음으로, 본 발명을 구성하는 발전기 고정축(130)은 발전기(120)를 너셀 하우징(110) 상에 고정시키기 위한 것으로, 이러한 발전기 고정축(130)은 도 2 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 발전기(120)의 하부측 중심으로부터 하부로 일정길이 연장 형성되어 발전기(120)를 너셀 하우징(110)에 고정 지지되도록 한다.2 to 5, the generator fixing shaft 130 is used to fix the generator 120 on the nacelle housing 110. The generator fixing shaft 130 is fixed to the nacelle housing 110, The generator 120 is extended from the center of the lower side of the generator 120 by a predetermined length to fix and support the generator 120 to the nacelle housing 110.

그리고, 본 발명을 구성하는 발전기 링크기어(140)는 클러치 링크기어(170)와의 동력전달을 통한 풍력발전기의 기동 및 제동을 위한 것으로, 이러한 발전기 링크기어(140)는 도 2 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 발전기(120)의 하부측에 설치되어 내륜 상에 치(齒)가 형성된 구성으로 이루어진다.The generator link gear 140 constituting the present invention is for starting and braking the wind power generator through power transmission to the clutch link gear 170. This generator link gear 140 is shown in FIGS. And a tooth is formed on the inner ring on the lower side of the generator 120 as shown in FIG.

전술한 바와 같이 구성된 발전기 링크기어(140)는 풍력발전기의 무회전에 따른 기동 지원시 클러치 링크기어(170)를 통해 회전되어 발전기(120)를 구동시키게 된다. 이때, 풍력발전기의 기동 지원시 발전기(120)의 RPM이 설정된 RPM에 도달하면 서보모터(150) 및 클러치(160)의 전원을 차단하여 원심력에 의해 발전이 이루어질 수 있도록 한다.The generator link gear 140 configured as described above is rotated through the clutch link gear 170 to drive the generator 120 when the wind turbine generator starts supporting the wind turbine without rotation. At this time, when the RPM of the generator 120 reaches the set RPM when the wind power generator is started, the power of the servo motor 150 and the clutch 160 is cut off so that the centrifugal power can be generated.

다음으로, 본 발명을 구성하는 서보모터(150)는 저풍속(또는 무풍) 기동 향상과 제동을 위한 구동원으로, 이러한 서보모터(150)는 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 발전기 고정축(120) 상에 고정 브라켓(152)을 통해 고정되어 전원의 인가를 통해 정역 구동되는 구성으로 이루어진다.Next, the servo motor 150 constituting the present invention is a driving source for low wind speed (or no wind) start improvement and braking, and the servo motor 150 is connected to the generator fixed shaft 120 via a fixing bracket 152 and is driven in a forward and reverse direction through application of power.

전술한 바와 같이 구성된 서보모터(150)의 정회전이 이루어지면 클러치 링크기어(170)를 통해 발전기 링크기어(140)의 회전이 이루어져 발전기(120)가 구동되는 기동 지원이 이루어지고, 서보모터(150)의 역회전이 이루어지면 발전기(120)의 회전력이 감소되는 제동이 이루어진다.When the servo motor 150 configured as described above is rotated in a normal direction, the generator link gear 140 is rotated through the clutch link gear 170 to support the generator 120, 150 is reversed, braking is performed in which the rotational force of the generator 120 is reduced.

다음으로, 본 발명을 구성하는 클러치(160)는 클러치 링크기어(170)와 연결되어 서보모터(150)와의 연동을 지원해주는 전자석 구동장치를 말하는 것으로, 이러한 클러치(160)는 도 2 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 서보모터(150)의 상부 일측에 설치 고정되어진다.Next, the clutch 160 constituting the present invention refers to an electromagnet driving device connected to the clutch link gear 170 to assist interlocking with the servo motor 150. Such a clutch 160 is shown in Figs. 2 to 5 And is fixed to one side of the upper portion of the servo motor 150 as shown in FIG.

전술한 바와 같이 구성된 클러치(160)는 서보모터(150)의 정역 구동에 의한 동력을 연결하거나 차단하여 클러치 링크기어(170)와 서보모터(150)의 연동이 이루어질 수 있도록 한다.The clutch 160 configured as described above connects or disconnects the power of the servomotor 150 by the forward and reverse motors so that the clutch link gear 170 and the servo motor 150 can be interlocked.

다음으로, 본 발명을 구성하는 클러치 링크기어(170)는 클러치(160)와 연계되어 발전기(120)를 회전시키거나 정지시킬 수 있는 동력 전달 및 제동 기어를 말하는 것으로, 이러한 클러치 링크기어(170)는 도 2 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 클러치(160)의 중심축 상에 설치되어 발전기 링크기어(140)의 내륜에 형성된 치(齒)와 치(齒)결합되어는 구성으로 이루어진다.The clutch link gear 170 constituting the present invention refers to a power transmitting and braking gear capable of rotating or stopping the generator 120 in conjunction with the clutch 160, 2 to 5 are coupled to teeth formed on the inner ring of the generator link gear 140 on the center axis of the clutch 160. [

전술한 바와 같이 구성된 클러치 링크기어(170)는 발전기 링크기어(140)를 정역 구동시켜 발전기(120)의 기동 또는 제동이 이루어질 수 있도록 한다.The clutch link gear 170 configured as described above drives the generator link gear 140 forward and reverse so that the generator 120 can be started or braked.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 저풍속에 따른 저회전이나 무회전시 서보모터(150) 및 클러치(160)에 전원을 인가하여 기어박스(140, 170)를 통해 발전기(120)를 구동시켜 일정 RPM 도달시 전원의 차단을 통해 블레이드(20)의 원심력으로 회전상태를 유지하는 기동지원을 할 수 있도록 한다.As described above, according to the present invention, the generator 120 is driven through the gearboxes 140 and 170 by applying power to the low-rotation or non-rotating servo motor 150 and the clutch 160 according to low wind speed So that it is possible to support the starting operation in which the rotating state of the blade 20 is maintained by the centrifugal force through interruption of the power supply when the predetermined RPM is reached.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 설정된 풍속 또는 회전수 이상으로 회전시 클러치(160)에 전원을 인가하여 서보모터(150)를 역회전시킴으로써 안정적인 기계식 제동을 통해 풍력발전기의 회전력을 안정역역까지 감소시켜 안정적인 발전이 이루어질 수 있도록 한다.In addition, according to the present invention, the rotation of the wind turbine is reduced to a stable range by a stable mechanical braking by applying power to the clutch 160 when the turbine is rotated at a speed higher than the set wind speed or the number of revolutions So that stable development can be achieved.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the technical idea of the present invention.

10. 타워 20. 블레이드
100. 제어장치 110. 너셀 하우징
120. 발전기 122. 회전축
130. 발전기 고정축 140. 발전기 링크기어
150. 서보모터 160. 클러치
170. 클러치 링크기어10. Tower 20. Blade
100. Control device 110. Neschel housing
120. Generator 122. Rotor
130. Generator fixing shaft 140. Generator link gear
150. Servo motor 160. Clutch
170. Clutch link gear

Claims (7)

중공의 파이프 형태로 형성되어 면에 일정 높이로 설치된 타워의 상단부에 설치 고정되는 너셀 하우징;
상기 너셀 하우징의 선단 일측에 설치되어 로터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하되 블레이드가 설치되는 회전축이 구성된 발전기;
상기 발전기를 상기 너셀 하우징에 고정 지지되도록 하는 발전기 고정축;
상기 발전기의 일측에 설치되어 내륜 상에 치(齒)가 형성된 발전기 링크기어;
상기 발전기 고정축 상에 고정 브라켓을 통해 고정되어 전원의 인가를 통해 정역 구동되는 서보모터;
상기 서보모터의 일측에 설치 고정되어 서보모터의 정역 구동에 의한 동력을 연결하거나 차단하는 클러치; 및
상기 클러치의 중심축 상에 설치되어 상기 발전기 링크기어의 내륜에 형성된 치(齒)와 치(齒)결합되어지되 발전기 링크기어를 정역 구동시켜 상기 발전기의 기동 또는 제동이 이루어질 수 있도록 하는 클러치 링크기어를 포함한 구성으로 이루어진 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.A nacelle housing formed in a hollow pipe shape and fixed to an upper end of a tower installed at a predetermined height on a surface thereof;
A generator installed at one end of the nacelle housing and configured to convert a mechanical energy of the rotor into electrical energy, the rotation axis of which is provided with a blade;
A generator fixing shaft for fixing and supporting the generator to the nacelle housing;
A generator link gear provided on one side of the generator and having teeth on an inner ring;
A servomotor fixed on the generator fixed shaft via a fixed bracket and rotated in reverse direction through application of power;
A clutch installed on one side of the servo motor for connecting or disconnecting power due to forward and reverse drive of the servo motor; And
A clutch link gear which is installed on a central axis of the clutch and is connected to a tooth formed on an inner ring of the generator link gear so that the generator link gear can be driven in a forward and reverse direction, And a controller for controlling the starting and braking of the wind turbine. 제 1 항에 있어서, 상기 풍력발전기의 기동은 무풍 또는 저풍속에 따른 풍력발전기의 무회전시 상기 발전기의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 통해 설정치 보다 작은 경우에 상기 서보모터와 클러치에 전원을 인가하여 상기 클러치 링크기어를 통해 상기 발전기 링크기어를 정회전시켜 발전기를 구동시키되 설정된 일정 RPM에 도달하면 상기 서보모터와 클러치의 전원을 차단하여 상기 블레이드의 원심력에 의해 회전 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.The method as claimed in claim 1, wherein the start-up of the wind turbine is performed by measuring one or more of the output voltage of the generator, the output frequency, the wind speed of the air and the RPM of the generator The power is applied to the servo motor and the clutch to rotate the generator link gear through the clutch link gear to drive the generator and when the predetermined RPM is reached, the power of the servo motor and the clutch is cut off, And the rotation state is maintained by the centrifugal force. 제 2 항에 있어서, 상기 풍력발전기의 기동은 상기 발전기의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 일정 시간 간격으로 실시하여 설정치 보다 작은 경우에 상기 서보모터와 클러치에 전원의 인가 및 차단을 통해 상기 발전기의 기동과 원심력에 의한 회전 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.The method as claimed in claim 2, wherein the start-up of the wind turbine is performed at a predetermined time interval by measuring at least one of an output voltage of the generator, an output frequency, an air velocity of the air and RPM of the generator, And the rotation and the centrifugal force of the generator are maintained through the application of power to the clutch and the disconnection of the clutch. 제 1 항에 있어서, 상기 풍력발전기의 제동은 과풍속에 따른 설정된 풍속 또는 풍력발전기의 과회전시 상기 발전기의 출력 전압, 출력 주파수, 공기의 풍속 및 발전기의 RPM 중 어느 하나 또는 둘 이상의 측정을 통해 설정치 보다 큰 경우에 상기 클러치에 전원을 인가하여 상기 서보모터의 전원이 인가되지 않은 상태로 서보모터의 역회전을 통해 풍력발전기의 회전력을 설정된 안정영역까지 감소시켜 지속적인 발전을 유도할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.The method as claimed in claim 1, wherein the braking of the wind power generator is performed by measuring at least one of an output voltage of the generator, an output frequency of the generator, an air velocity of the air, Power is applied to the clutch so that the rotational force of the wind power generator is reduced to the set stable region through the reverse rotation of the servo motor in a state where the power of the servo motor is not applied, Wherein the starting and braking control device of the wind power generator is characterized by: 제 4 항에 있어서, 상기 풍력발전기의 제동시 지속적인 회전수의 과회전 이상이 감지되는 경우 상기 서보모터의 상간전납을 0V에 수렴하게 만들어 단계적으로 상기 발전기의 회전력을 낮추고 최종적으로 풍력발전기를 완전 정지시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.[5] The method of claim 4, wherein, when the wind turbine is continuously braked, when the overrun of the revolving speed is detected, the total phase load of the servomotor is converged to 0V so that the rotational force of the generator is lowered step by step, And a control unit for controlling the starting and stopping of the wind turbine. 제 5 항에 있어서, 상기 풍력발전기의 제동시 최종적으로 풍력발전기를 완전 정지시킨 이후 일정 시간 경과 후에 풍력발전기의 제동 상태를 초기상태로 전환하여 풍력발전기의 동작을 리셋시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.6. The wind turbine generator according to claim 5, wherein the braking state of the wind power generator is reset to an initial state after a lapse of a predetermined time since the wind power generator is finally stopped at the time of braking the wind power generator to reset the operation of the wind power generator A starting and braking control device. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력발전기의 기동 및 제동에 따른 상기 서보모터와 클러치에 인가되는 전원은 외부 상용전원, 자체 발전전원, 기 충전 전원 및 외부 발전 전원 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치.The power supply according to any one of claims 1 to 6, wherein the power supplied to the servo motor and the clutch due to the start and braking of the wind power generator is any one of an external commercial power source, Wherein said control means is one or two or more.
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