NO339062B1 - Vindenergianlegg med en asynkron motor for bestemmelse av asimutposisjonen - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår vindenergianlegg med en asynkronmaskin til innstillingen av asimutposisjonen til maskinhuset i vindenergianlegget, hvorved asynkronmaskinene er utstyrt med en første løper/stenderanordning, hvor løperen er forbundet med en aksel.

Asynkronmaskiner har vært vanlig kjent i lang tid, feks. fra WO 98/40958, DE 32 34 673, WO 90/13937, US 5 838 135 og blir anvendt til mange forskjellige drifts- h.h.v. innstillingsoppgaver. En innstillingsoppgave er her hyppig fremgangsmåten til en maskindel fra en utgangsposisjon til en ny målposisjon som kan bli forhåndsangitt.

I Dokumentet US 3235758 A beskrives automatisk hastighetskontroll med et magnetisk båndtransportsystem ved konstant dreiemoment hvor hastigheten detekteres av tachometer. I dokumentet DE 19920504 Al beskrives vindturbiner generelt utstyrt med et aktivt drivsystem som roterer vindturbin i maskin huset, slik at rotorbladene er orientert i vindretningen.

Et anvendelsestilfelle som eksempel er omstillingen av asimutposisjonen i vindenergianlegg. Gjennom denne omstillingen av asimutposisjonen, nemlig innstillingen av gondolen i horisontalakseanlegg, kan rotoren bli ført etter vinden for dermed stadig å kunne produsere elektrisk energi.

Til å virkeliggjøre denne vindretningsføringen er gondolen i et slikt anlegg lagret dreibar og blir beveget med minst en såkalt asimutmotor. Denne bevegelsen foregår i det for eksempel et driwerkstannhjul griper inn i en tannrekke på tårntoppen og omstiller gondolen i forhold til tårntoppen gjennom betjening av motoren. Er den ønskede asimutposisjonen nådd så blir asynkronmotoren stanset.

Riktignok blir ikke asimutposisjonen forandret ved hver liten forandring av vindretningen. Derigjennom blir det ved små vmdretningsforandringer en skrå tilstrømning på rotoren og av dette fremkommer et awiksmoment om den vertikale aksen (=Hochachse) i vindenergianlegget på gondolen. For at dette avviksmomentet ikke skal føre til en ufrivillig forandring av asimutposisjonen kan asimutmotoren pålegges en likestrøm for å lage et tilsvarende bremsemoment.

Men problemene fremkommer allikevel gjennom de anvendte mekaniske komponentene. Selv med den største nøyaktighet og omsorg kan det ikke bli unngått en klaring mellom tannkransen på tårntoppen og driwerkstannhjulene. Når det opptrer vekslende awiksmomenter fører dette til en tilsvarende bevegelse av gondolen innenfor det området som denne klaringen tillater.

Problemene ligger her mindre i området for det lille avviket fra den ideelle asimutposisjonen, men snarere i den økte mekaniske belastningen på komponentene som igjen fører til en forkorting av levetiden.

Det er derfor oppgaven til den foreliggende oppfinnelsen å angi et drivverk for innstillingen av maskinhuset i et vindenergianlegg, hvorved drivverket tillater en oppheving av klaringen for de mekaniske komponentene i den forhåndsangitte målposisjonen, uten at det kommer til en gjensidig påvirkning mellom det ønskede bremsemomentet og fjerningen av klaringen.

Videre er det en oppgave for den foreliggende oppfinnelsen å stille til rådighet en egnet fremgangsmåte for styring av et drivverk som angår oppfinnelsen.

Denne oppgaven blir hva oppfinnelsen angår løst med et vindenergianlegg med kjennetegnene ifølge krav 1. Fordelaktige videreutforminger er beskrevet i underkravene.

Hva oppfinnelsen angår har asynkronmaskinene som er beskrevet i innledningen en andre løper/stenderanordning, men som er elektrisk skilt fra den første løper/stenderanordningen, hvorved løperen til den andre løper/stenderanordningen likeledes er forbundet med akselen. Derigjennom kan en løper/stenderanordning bli pålagt en likestrøm i den ønskede retningen for å lage et ønsket bremsemoment, mens den andre løper/stenderanordningen bli pålagt en vekselstrøm som lager et dreiemoment i retning av det omgivende dreiefeltet og dermed fremkaller en betjening av drivverket.

Anvender man nå to drivverk som angår oppfinnelsen, som virker i motsatte retninger, kan gjennom den motsatte retningen til dreiemomentet hvert av drivverkene bli innstilt slik at det overvinner området for mekanisk klaring. Derigjennom er den mekaniske klaringen fjernet.

Uavhengig av dette blir bremsemomentet beholdt, da hver av strømmene pålegges forskjellige løper/stenderanordninger og ikke overlagrer hverandre i sin elektriske virkning. Mekanisk inntreffer det en overlagring på akselen da begge løperne er forbundet med denne akselen.

I en utvalgt videreutvikling av oppfinnelsen blir ved omstillingen av en maskindel begge løper/stenderanordningene til drivverket pålagt en vekselstrøm i samme fase. Derigjennom blir momentene som kommer fra hver enkelt løper/stenderanordning addert til et høyere samlet moment.

Fordelaktige utforminger er angitt i underkraven. I det etterfølgende blir oppfinnelsen nærmere forklart ved hjelp av figurene. Her viser figur 1 et delvis snitt i et drivverk som angår oppfinnelsen, figur 2 en alternativ utforming av et drivverk som angår oppfinnelsen, figur 3 en annen utforming av et drivverk som angår oppfinnelsen og figur 4 en skjematisk anordning av fire asimutdrivverk i en omstulmgsinnretning på maskinhuset.

I figur 1 betegner henvisningstegnet 10 en driwerksmotor som angår oppfinnelsen. Denne driwerksmotoren har en første løper 12 som er forbundet med akselen 20 og en første stender 14 som virker sammen med den første løperen 12. Videre har drivverket 10 som angår oppfinnelsen en andre løper 22 som likeledes er forbundet med akselen 20 og virker sammen med stenderen 24. De to løper/stenderanordningene 12, 14; 22, 24 er i dette utformingseksemplet sammenfattet i et hus, men skilt elektrisk fra hverandre. Dette er vist gjennom hver av de separat viste tilkoplingsklemmene 15, 25.

Figur 2 viser en annen utforming av den foreliggende oppfinnelsen. I denne utformingen er løper/stenderanordningene 12, 14; 22, 24 hver plassert i et eget hus 10, 18. Men begge virker allikevel, som i utformingseksemplet vist i figur 1, på den samme akselen 20 som løper gjennom huset 10 til den første løper/stenderanordningen 12, 14 og griper videre inn i huset 18 til den andre løper/stenderanordningen 22, 24 og er forbundet med begge løperne 12, 22.

En annen utforming er vist i figur 3. Også her er de to løper/stenderanordningene 12, 14; 22, 24 plassert i adskilte hus 10, 18. Men avvikende fra utformingene vist i figurene 1 og 2 har i denne utformingen begge løper/stenderanordningene 12, 14; 22, 24 egne maskinakslinger 16, 26 som igjen virker på en felles aksel 20.

Denne utformingen tillater spesielt en bruk av mekanisk mindre komponenter og en relativt enkel utskifting av en enkeltkomponent i tilfelle av en forstyrrelse.

Figur 4 viser en skjematisk anordning av fire asimutdriwerk i en omstillingsinnretning på maskinhuset i et vindenergianlegg. Vindenergianlegg har som regel et aktivt drivverk for vindretningsetterføring. Dette dreier maskinhodet (maskinhuset) i vindenergianlegget slik at rotorbladene til rotoren er innstilt optimalt i retning av vinden. Det aktive drivverket for vmdretningserterføringen er et asimutdriwerk 1 med de tilhørende asimutlagrene 2 og befinner seg som regel mellom tårntoppen og maskinhuset i vindenergianlegget. I små vindenergianlegg er et eneste asimutdriwerk tilstrekkelig, større vindenergianlegg er som regel utstyrt med flere driwerk, feks. fire driwerk, som vist i figur 4. De fire drivverkene 1 er fordelt jevnt rundt omkretsen til tårntoppen 3 (også en ujevn fordeling er mulig).

Som asimutdriwerk blir i det foreliggende asynkronmotorer anvendt, slik de allerede er beskrevet i det foregående, hvorved akselen 20 (figur 1) virker direkte på driwerkstannhjulet 4.

Claims (7)

1. Vindenergianlegg med en rotor og en generator og også et maskinhus som omfatter generatoren, hvorved det til omstilling av maskinhuset er forutsatt et asimutdriwerk,karakterisert vedat asimutdrivverket er utformet ved en asynkronmaskin og har en første løper/stenderanordning, at løperen er forbundet direkte med en aksel og at minst en andre løper/stenderanordning (22, 24) er utformet, som er skilt elektrisk fra den første løper/stenderanordningen (12, 14), hvorved løperen (22) på den andre løper/stenderanordningen (22, 24) likeledes er direkte forbundet med akselen (20), den første løper/stenderanordning er tilveiebrakt for å bli pålagt med likestrøm.

2. Vindenergianlegg ifølge krav 1,karakterisert vedat det er et skille i rommet mellom den første løper/stenderanordningen (12, 14) og den andre løper/stenderanordningen (22, 24).

3. Vindenergianlegg ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedet felles hus for den første løper/stenderanordningen (12, 14) og den andre løper/stenderanordningen (22, 24).

4. Vindenergianlegg ifølge ett av krav 1-2,karakterisert vedet hus for hver av løper/stenderanordningene (12, 14; 22, 24).

5. Fremgangsmåte for styring av en asynkronmaskin ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat en løper/stenderanordning (12, 14; 22, 24) blir pålagt en vekselstrøm og den andre løper/stenderanordningen (22, 24; 12, 14) blir pålagt en likestrøm.

6. Vindenergianlegg ifølge krav 1,karakterisert vedat det som driwerk for asimutomstillingen er utformet minst to asynkronmaskiner ifølge foregående krav.

7. Anvendelse av en asynkronmaskin ifølge ett av de foregående krav som innretning til omstillingen for asimutposisjonen til en gondol i et vindenergianlegg.