TWI529754B - 風力渦輪機 - Google Patents

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Description

風力渦輪機
本發明係關於一種風力渦輪機。
風力渦輪機具有通常包括三個轉子葉片之一氣動轉子，只要存在風，該三個轉子葉片便使轉子旋轉運動。轉子直接或間接耦合至一發電機，當轉子使發電機運動時該發電機產生一電力。在風力渦輪機之某些操作狀態中，可出現以下問題：發電機輸出處產生電壓突波。為減小此等電壓突波之影響，可將過剩的電能轉換為熱量。例如可藉由負載電阻器而使電能轉換為熱量發生。
在形成優先權基礎之德國專利申請案中，德國專利與商標辦公室搜尋出以下文件：DE 10 2008 049 630 A1；DE 10 2009 004 318 A1及US 2012/0025804 A1。
因此，本發明之一目的在於提供一種風力渦輪機，其能夠將由發電機產生之過剩電力有效地轉換為熱量。
此目的係由根據技術方案1之風力渦輪機達成。
因此，提供一種風力渦輪機，其包括：一轉子，該轉子包括至少兩個轉子葉片；一發電機，其直接或間接耦合至該轉子且產生一電力；及至少一電力電子單元，其經提供用於將具有一輸入頻率之一輸入電壓轉換為具有一輸出頻率之一輸出電壓。該電力電子單元具有至少一變阻器單元。該變阻器單元具有具備一電壓相依型電阻之至少一變阻器圓盤及至少一金屬圓盤，該至少一金屬圓盤經提供接觸該至少一變阻器圓盤且被提供作為用於冷卻該變阻器圓盤之冷卻元件。該變 阻器單元可具有一電壓相依型電阻。該等金屬圓盤具有良好的導熱性，因此當該等金屬圓盤用於冷卻該等變阻器圓盤時該等金屬圓盤可能較為有效。
根據本發明之一態樣，該至少一變阻器單元具有一外殼，且該外殼填充有一灌封化合物以增加該變阻器單元之熱容量。
根據本發明之一進一步態樣，複數個變阻器單元經由一支撐元件熱耦合。
根據本發明之一進一步態樣，複數個變阻器單元經由一支撐元件熱耦合。
根據本發明之一進一步態樣，三個變阻器單元彼此三角形電連接以形成一個三相變阻器單元。
根據本發明之一進一步態樣，用於變阻器單元之連接線行進至該變阻器單元之一側上的外部。
本發明係關於一種概念，藉此在風力渦輪機之某些操作狀態中(例如，在負載卸載之情況下)，發電機處可產生電壓突波，電壓突波可導致損壞發電機處之浪湧放電器(surge arrestor)及其他組件部分。為減小發電機處之此等電壓突波，提供根據本發明之至少一變阻器單元。該變阻器單元可提供於(例如)一機艙控制艙中。
本發明之其他組態係附屬技術方案之標的物。
下文將參考圖式更詳細地解釋本發明之優點及例示性實施例。
圖1展示根據本發明之一風力渦輪機之一示意圖解說明。風力渦輪機100具有一塔102及一機艙104。在機艙104上提供包括三個轉子葉片108及一旋轉器110之一轉子106。轉子106在操作期間藉由風力而進行旋轉運動中設定且因此亦使機艙104中之一發電機200之一轉子或電樞(直接或間接)旋轉。轉子葉片108之俯仰角可隨著各自轉子葉片108之轉子葉片根部處之俯仰馬達改變。
一發電機200提供在機艙104中。一第一電力電子單元300可提供在機艙104中，且一第二電力電子單元400可提供在塔102之底座區域中。第一電力電子單元300可為(例如)一整流器。然而，作為此之替代物，第一電力電子單元亦可為一機艙控制艙或一濾波器單元。
例如，第二電力電子單元400可為一換流器。
第一電力電子單元300及/或第二電力電子單元400可具有根據本發明之至少一變阻器單元。
圖2A展示根據一第一例示性實施例之一變阻器單元之一示意圖解說明。根據第一例示性實施例之變阻器單元500可提供在第一電力電子單元300及/或第二電力電子單元400中且可服務於將電力轉換為熱量之目的。
變阻器單元500在其第一側上具有一絕緣體510、一第一金屬圓盤520、一第一變阻器圓盤530、一第二金屬圓盤540、一第二變阻器圓盤530、一第三金屬圓盤540及一第四金屬圓盤550。第四金屬圓盤550亦可用作一罩。根據第一例示性實施例，因此變阻器圓盤530總是接觸至少一金屬圓盤，較佳地接觸兩個金屬圓盤，且可具有一電壓相依型電阻。第二及第三金屬圓盤540具有大於變阻器圓盤之厚度之一厚度。較佳地係由具有良好的導熱性之一金屬生產第二及第三金屬圓盤540。較佳地，第二及第三金屬圓盤540之體積實質上大於變阻器圓盤530之體積。第一、第二、第三及第四金屬圓盤以及變阻器圓盤530可例如藉由桿590彼此緊固，其中桿590螺合在第一金屬圓盤520及第四金屬圓盤550上，其中變阻器圓盤530以及第二及第三金屬圓盤540經配置堆疊在第一金屬圓盤520與第四金屬圓盤550之間。
圖2B展示根據第一例示性實施例之變阻器單元之一進一步示意圖解說明。除圖2A中展示之圖解說明以外，亦至少部分圖解說明一外殼501。此外殼501可具有(例如)一圓柱形組態。變阻器單元位於外 殼內，且外殼501接著可藉由一灌封化合物填充，同樣地就一增加之熱容量而言該灌封化合物係有利的。
在圖2B中，同樣展示連接線570及選用連接端子580。
圖2C展示根據第一例示性實施例之一變阻器單元之一平面圖。在此情況下，尤其可看見第四金屬圓盤550。
歸因於例如連接至發電機200之連接端子之第一電力電子單元300中根據第一例示性實施例之變阻器單元的使用，可限制發電機輸出端子處之高能量浪湧。特定言之，變阻器單元之精巧設計係有利的，這係因為其因此可內建至已存在的電力艙或電力電子單元中。
上述變阻器單元可直接連接至有線電網。
藉由將變阻器圓盤530耦合至金屬圓盤540，可達成熱耦合，因此由變阻器圓盤530產生之熱量可轉移至金屬圓盤540。因此，各自變阻器單元500之熱容量可顯著增加，因此亦提供改良之熱耗散。
藉由使用根據本發明之變阻器單元，例如風力渦輪機可極快地對負載卸載作出回應。緊接著在負載卸載之後，(仍然產生之)發電機之電力可經由變阻器單元轉換為熱量。藉由使用根據本發明之變阻器單元，可涵蓋直至可改變轉子葉片之俯仰角且可減小由發電機產生之電力之時間段(或產生於此時間段中之電力)。在直至可減小由發電機產生之電力之此時間跨度中，根據本發明之變阻器單元可用來將所產生之電力至少暫時轉換為熱量。
根據本發明，接觸變阻器圓盤之金屬圓盤經組態具有一大的體積，因此此等金屬圓盤具有一高的熱容量，使得產生於變阻器圓盤中之熱量可快速地轉移至金屬圓盤。歸因於根據本發明之變阻器單元之高的熱容量，變阻器單元亦可再次更快速地啟動，這係因為變阻器圓盤更快速地冷卻。
變阻器圓盤具有一電壓相依型電阻。
100‧‧‧風力渦輪機
102‧‧‧塔
104‧‧‧機艙
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉器
200‧‧‧發電機
300‧‧‧第一電力電子單元
400‧‧‧第二電力電子單元
500‧‧‧變阻器單元
501‧‧‧外殼
510‧‧‧絕緣體
520‧‧‧第一金屬圓盤
530‧‧‧第一變阻器圓盤/第二變阻器圓盤
540‧‧‧第二金屬圓盤/第三金屬圓盤
550‧‧‧第四金屬圓盤
570‧‧‧連接線
580‧‧‧選用連接端子
590‧‧‧桿
圖1展示根據本發明之一風力渦輪機之一示意圖解說明，圖2A展示根據一第一例示性實施例之一變阻器單元之一示意圖解說明，圖2B展示根據第一例示性實施例之一變阻器單元之一進一步示意圖解說明，及圖2C展示根據第一例示性實施例之一變阻器單元之一平面圖。
510‧‧‧絕緣體
520‧‧‧第一金屬圓盤
530‧‧‧第一變阻器圓盤/第二變阻器圓盤
540‧‧‧第二金屬圓盤/第三金屬圓盤
550‧‧‧第四金屬圓盤
590‧‧‧桿

Claims (3)

  1. 一種風力渦輪機，其包括一轉子(110)，其包括至少兩個轉子葉片(108)，一發電機(200)，其直接或間接耦合至該轉子(110)且產生一電力，及至少一電力電子單元(300、400)，其用於將具有一輸入頻率之一輸入電壓轉換為具有一輸出頻率之一輸出電壓，其中該電力電子單元(300、400)具有至少一變阻器單元(500)，其中該變阻器單元(500)具有：至少一變阻器圓盤(530)，其具備一電壓相依型電阻，及至少一金屬圓盤(540)，其包含直接接觸該至少一變阻器圓盤(530)之一側之一第一金屬圓盤(540)及直接接觸另一側之一第二金屬圓盤(540)，該第一金屬圓盤(540)及該第二金屬圓盤(540)作為用於冷卻該變阻器圓盤(530)之冷卻元件，其中該至少一金屬圓盤(540)之厚度大於該變阻器圓盤(530)之厚度，其中該至少一金屬圓盤(540)之體積大於該至少一變阻器圓盤(530)之體積。
  2. 如請求項1之風力渦輪機，其中該變阻器單元(500)具有一外殼(501)，其包圍該至少一變阻器圓盤(530)及該至少一金屬圓盤(540)，其中該外殼(501)係藉由一灌封化合物填充以增加熱容量。
  3. 如請求項1或2之風力渦輪機，其中三個變阻器單元(500)彼此三角形電連接以形成一個三相變阻器單元。
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