风能设备的叶片调整系统的紧急调整装置的利记博彩app

专利名称：风能设备的叶片调整系统的紧急调整装置的利记博彩app
风能设备的叶片调整系统的紧急调整装置本发明涉及风能设备(WEA)的叶片调整系统的紧急调整装置。从风产生电能的风能设备具有带可调整的叶片的转子。转子叶片的角度确定风的作用面是多大，由此能够调整风能设备的功率。该角度基本上取决于风速。在达到边界速度时调整叶片，使得风尽可能没有作用面。这应该使风力发动机不被损坏。风没有作用面的位置称为风信旗位置。正常运行中运行的转子叶片的调整可能在由于例如由雷击后部件失灵引起的调整装置故障的情况下不再能够进行。风能设备 可能由此达到不允许地高的转子转速，其能够引起风能设备损坏。因此特别重要的是在出现这种故障时保证把转子叶片可靠地调整到风信旗位置。这里人们称其为所谓的紧急调整。在风能设备的情况下，重要的是在供电电网故障的情况下风能设备不被损坏。正常运行中运行的用于调整转子叶片角度的调节装置在供电电网故障的情况下不再工作。在DE10335575B4中表示出一种紧急运行装置，其中用于电动机的电压由变换器为调整转子叶片提供使用。该变换器包括一个接一个接入的整流器、中间电路和逆变器。在中间电路内提供储能器，它保证在紧急故障情况下对于电动机供给能量。然而这里有问题的是，变换器的电子设备有失灵的危险。特别当通过雷击在风能设备中引起电网故障时就是这种情况，因为通过雷电引起的电压升高能够引起电子设备损坏。本发明的任务在于提供一种用于风能设备的转子叶片的调整装置，该调整装置与从现有技术中公知的调整装置相比不容易受干扰。该任务通过独立权利要求的主题解决。有利的扩展从从属权利要求产生。根据本发明，提供一种用于风能设备的转子叶片的调整装置，其中设置用于调整转子叶片的角位置的交流电动机。一个输入用于接收输入交流电流。设置频率变换器用于产生具有第二频率的第二交流电流，其中该第二交流电流驱动交流电动机。此外设置直流电压源和逆变器，用于把由直流电压源提供的电压变换为用于交流电动机的交流电流。这里逆变器从频率变换器分开。通过把逆变器与频率变换器分开设置，能够为逆变器使用特别稳定的部件。优选为频率变换器使用微控制器，因为微控制器能够实现高的能效，但是易受干扰，因为微控制器作为集成的电路实现。对于逆变器仅需设置少量部件，以便降低故障率或者提高可靠性。也可以用常规手段计算部件的故障率。本发明为所谓的交流调整系统、具有三相交流电机的调整系统提供优选作为异步电动机的实现，为等价的后退水平(Rilckfallebene)如常规的直流调整系统、具有直流电机的调整系统提供优选作为复励电动机的实现。可以设想，在风能设备的调整装置内使用直流电机的情况下，不中断地供电的储能器能够借助开关被直接接通并且这样使转子叶片运动到安全的风信旗位置。但是这种解决方案当前在常规的交流调整系统中不可能，因为三相交流电动机不能直接用直流运行。本发明能够变换从不中断地供电的储能器中提供的直流电压、确切说这样成为能够运行三相交流电动机的3相交流电压。
在直流调整系统中仅能通过附加的接线措施例如与电枢绕组串联起动电阻来减小发生的起动转矩。该起动电阻由于大的设计功率和结构空间大多必须在开关柜外部安装。起动电阻的使用持续时间通过部分冗余地实现的时间继电器控制。通过附加的部件和布线花费，系统变得更昂贵并且可靠性降低。优选逆变器由分立构造的部件组成，以便使逆变器尽可能稳定。如果逆变器的输出信号具有固定的频率，则能够用由逆变器产生高转矩的频率运行交流电动机。在一种实施方式中储能器作为电容器构造。这 样的储能器能够特别稳定地实现，其中借助双层电容器也能够存储足够的能量。在另一种实施方式中储能器作为蓄电池构造。它在正常运行中能够规律地充电，由此它在紧急断开的情况下能够提供足够的电流供使用，以便把转子叶片转动到风信旗位置。在一种实施方式中交流电动机作为三相交流电动机构造，逆变器为产生三相电流设立。由此作为交流电动机可以使用常规的异步电机或者同步电机，并且逆变器提供电流供使用，正如电流也从频率变换器产生一样。在向风信旗位置紧急调整时，在正好在大的风能设备中通过过大的风负载或者由于下落的叶片的重力引起的不恰当的情况下，会导致电动机上负载逆转。在这种情况下该电动机以发电机方式工作。为避免由发电机方式的电压尖峰弓I起的对于不中断地供电的储能器的反作用，必须通过适当的保护电路衰减过剩的能量。本发明通过测量接通的储能器的输入上的电压而工作。如果该电压处于一个临界的水平上，则放电电路被周期地激活，直到电压达到安全的水平。如果逆变器在它的直流侧具有过压保护，则能够减少电动机在发电机方式运行时出现的过剩的电压。由此避免直流电压源例如电容器或者蓄电池通过过电压损坏。在一种实施方式中，逆变器具有多个开关，它们各在直流电压侧的节点和交流电压侧的节点之间设置。每一个开关由脉冲宽度调制的信号控制。这样的脉冲宽度调制的信号可以用分立构造的部件产生。在另一种实施方式中，用于开关的控制信号由具有运算放大器的设备产生，该运算放大器在它的输入上接收正弦信号发生器和三角信号发生器的输出信号。在向风信旗位置紧急行进时要遵守运行速度窗口。这在直流调整系统中仅能通过大的花费才能够实现，因为直流电动机的转速取决于不中断地供电的储能器的电压。在一种实施方式中本发明除固定可调整的运行速度外还使得能够提供在起动和制动时的斜坡功能。该斜坡功能通常在起动时和可选择在制动时通过开关触点在就要到达风信旗位置之前不久激活。通过该措施使整个风能设备的部件和结构上的转矩冲击最小化。本发明还涉及具有本发明的调整装置的风能设备。它的特征在于在紧急断开时很高的安全性。优选风能设备包括为交流电动机而设置的电动机制动器。由此例如在调整装置故障的情况下能够使交流电动机停住。根据根据附图
的实施例更详细说明本发明。附图中图I示出用于风能设备的转子叶片的调整装置的一部分，
图2示出图I的调整装置的逆变器的细节，图3示出用于开关图3的逆变器的控制信号，图4示出图3的逆变器的选择的节点上的信号， 图5示出图2的逆变器的细节，图6示出图I的调整装置的逆变器的另一种实施方式。图I示出用于风能设备的转子叶片的调整装置I。调整装置I具有频率变换器2、电动机3、蓄电池4和电气逆变器5。电动机3操纵轴31，其调整转子叶片的位置角度。通过转子叶片的位置角度确定作用面并且从而确定风能设备的功率。角度基本上取决于风速被调整。不过在达到边界速度时调整叶片，使得风尽可能没有作用面。该位置称为风信旗位置。当风能设备的供电电网故障时叶片在风信旗位置也旋转。此时要保证即时在紧急故障情况下也可靠地保证在该电网故障时电动机能够调整叶片。频率变换器2包含三个输入端子23，通过它们从供电电网接收三个正弦形的、彼此相移的交流电压。这些信号分别通过整流器24被整流，使得在中间电路26内建立直流电压UZ。直流电压UZ通过电容器25被平滑。也是频率变换器2的一部分的逆变器27从直流电压重新产生三个正弦形的、彼此相移的电压，使得在频率变换器2的输出上产生三相电流。频率变换器2的输出上的三相电流的频率通常与在频率变换器2的输入上接收的三相电流的频率不同。除频率变换器2以外设置逆变器5。其用于在电网电压中断、亦即对于频率变换器2的输入电流出错时为电动机3提供三相电流。此时在蓄电池4中存储的能量通过电气逆变器5被变换为三相电流，以便驱动电动机3，后者在它那一方面使轴31旋转，使得转子叶片被转动到风信旗位置。把逆变器5从频率变换器2分开具有优点，即能够用分立的模拟部件构造逆变器3。这些分立的模拟部件与集成电路相比对于干扰很不敏感。与此相反频率变换器2优选作为复杂的部件借助一个或者多个微控制器构造。用这些控制器能够实现尽可能节能的结构，这对于风能设备的正常运行非常重要。逆变器5负责为连接的电动机3提供尽可能优化的输入信号供使用。由此导致电动机的良好的运行特性，因为不会通过大的电压变化引起大的转矩冲击。出于该理由，由逆变器5提供正弦形的信号。电气逆变器5以相对无磨损的方式工作，因为不必设置电刷和轴承。频率变换器2的输出信号12和逆变器5的输出信号13以一种“线OR连接”彼此连接。当供电电网向频率变换器2提供输入信号11供使用时，逆变器5被断开。如果供电电网故障，则逆变器5被接通。与此相反，在供电电网故障时频率变换器2不再提供输出电压供使用。因此每次仅两个部件中的一个驱动电动机3。为验证供电电网是否故障，设置一个图中未示出的检测器。在另一种可供选择的实施方式中代替“线0R”连接设置多路分配器，其选择两个信号12和13之一用于向电动机3的输入端子转发。图2示出图I的逆变器5的细节。逆变器5具有输入端子+DC、-DC、+UB和-UB。作为输出信号它在输出端子Al、A2和A3上产生交流信号。逆变器5具有第一过压保护器50、第二过压保护器51、第三过压保护器53、控制器52、第一开关SI、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6和第七开关S7以及电阻R。节点+DC’通过第一过压保护器50与节点+DC连接，而节点-DC’通过第一过压保护器50与输入-DC连接。在节点+DC’和-DC’之间分别设置由开关SI和S4组成的串联电路、由开关S3和S6组成的串联电路、由开关S5和S2组成的串联电路以及由开关S7和电阻R组成的串联电路。这里开关S1、S3、S5和S7分别用负载段的一个连接端子与节点+DC’连接，而开关S4、S6和S2的负载段的连接端子以及电阻R的连接端子分别与节点-DC’连接。开关SI和S4之间的连接节点通过第三过压保护器53向输出Al引导，开关S3和S6之间的连接节点通过第三过压保护器53向输出A2引导，开关S5和S2之间的连接节点通过第三过压保护器53向输出A3引导。
控制器52以两个输入通过第二过压保护器51与输入+UB和-UB连接，而它用两个另外的输入与节点+DC’和-DC’连接。控制器52的输出信号在其输出a、b、C、d、e和f处输出。输出a开闭开关SI,输出b开闭开关S4,输出c开闭开关S3,输出d开闭开关S6,输出e开闭开关S5和输出f开闭开关S2。在连接端子+DC和-DC上施加任意一个直流电压源的直流电压。该直流电压源可以由一个储能器或者多个储能器的电路连接组成。作为储能器例如可以使用电容器、优选双层电容器和蓄电池技术，优选锂离子蓄电池。在所述实施例中其为蓄电池4的电压。在端子+UB和-UB上施加供电电压，在这种情况下该电压同样在蓄电池4上截取。在控制器52中产生一个无穷的开关序列，它以规定的模式打开或者合上开关SI和S6。开关SI和S6可以作为IGBT(绝缘栅双极晶体管)、功率晶体管或者其他的功率半导体制造。—般该设备用于驱动三相交流电机，使得产生用于转动转子叶片的旋转转矩。然而在转子叶片上作用的风通过它驱动转子叶片可能短时地使三相交流电机3上的负载逆转。在这种运行情况下三相交流电机3以发电机方式工作。开关S7和R为发电机方式的运行而设置。如果电动机3如此被驱动，使得它提高输出A1、A2和A3上的电压，则这将导致反转的电流流动和端子+DC和-DC上的过电压。该过电压必须通过由开关S7和负载电阻R实现的适宜的保护电路来减少。通过规律地打开和合上开关S7,电压被减少。开关S7例如可以作为IGBT、功率晶体管或者其他的功率半导体实施。保护电路的控制通过控制器52中的电压检测器520进行。图3示出用于开关SI到S6的控制信号。开关SI到S6分别周期地在短的脉冲上接通。在一个周期内每个开关在一个脉冲的时间段上接通，而它在其他的时间期间保持断开。开关的控制彼此错开相位地进行，其中特别注意，串联电路的两个开关任何时间都不能同时接通。通过分块地控制开关SI到S6产生互相相移120°的信号。通过这种分块换向(Blockkummutierung)在端子Al、A2和A3上产生交变的交流电压，其能够运行三相交流电机例如异步电机。图4示出用于逆变器5的开关SI到S6的脉冲宽度调制的控制信号，其中在周期持续时间内开关SI到S6的两个控制信号按照正弦函数变化。在该图中分别用虚线示出在输出Al、A2和A3上的输出电压。应该理解，在这些输出上连接的以电感方式作用的三相交流电动机起对电压平滑的作用。图5示出图2的控制电路53、控制器52的一部分。控制电路53包括正弦信号发生器54、三角信号发生器55、移相块56、57和58、运算放大器59、60、和61、反相器62、63、64和短路保护器65、66和67。运算放大器59、60、和61的反相输入分别与三角信号发生器55的输出连接。正弦信号发生器54的输出通过第一移相器56与运算放大器59的未反相的输入连接，通过第二移相器57与运算放大器60的未反相的输入连接和通过第三移相器58与运算放大器61的未反相的输入连接。运算放大器59的输出通过短路保护器65与输出a和反相器62的输入连接。运算放大器60的输出通过短路保护器66与输出c和反相器63的输入连接。运算放大器61的输出通过短路保护器67与输出e连接。反相器62的输出通过短路保护器65与输出b连接，反相器63的输出通过短路保护器66与输出d连接，反相器64的输出通过短路保护器67与输出f连接。第一移相器56不引起相移,也就是说 它的相移是0° ,移相器57的相移是120°并且移相器58的相移是240°。所谓相移指各移相器的输入信号和输出信号之间的相位差。通过比较运算放大器59、60、和61内的正弦信号电压与三角信号电压产生图4所示的信号。控制电路53用尽可能少的模拟部件实现，并且分立构造。因此该电路尽可能可靠地构造，它也在供电电压中断和在雷击的情况下继续作用。图6示出图I的调整装置的逆变器5的另一种实施方式。具有与上述图中相同功能的部件用相同的附图标记表示而不再重新说明。该紧急调整装置具有用于连接直流电压源4的输入+DC和-DC。直流电压源4可以由一个或者多个串联的或者并联的储能器组成。作为储能器可以使用电容器尤其是双层电容器、基于锂或铅的蓄电池技术。逆变器5也可以视为黑盒子，具有可开关的输入S13和S14。通过这些输入S13和S14通过开关72在就要到达风信旗位置之前不久激活用于制动的斜坡功能。最终的断开通过去除紧急调整装置的输入上的直流电压源实现。逆变器5具有附加的输出Xl和X2，它们控制电动机制动器75。电动机制动器75可以使电动机3制动或者停止。在逆变器5内设置两个电压发生器80和81。电压发生器80从节点+DC’和-DC’之间的电压产生用于电动机制动的例如24V的电压。电压发生器81为控制器52产生电压。通过在端子+DC和-DC上施加直流电压源4通过输出Xl和X2控制电动机制动器75，使得其被打开。在紧急调整装置内控制器52工作，其控制到制动电阻和到三相交流电动机的输出。控制器52可以由分立构造的逻辑电路、一个或者多个集成的电路或者这两种解决方案的组合构成。控制器52通过自己的电压发生器51通过直流电压源的输入给自己供电。应该理解，该电压发生也可以在外部进行。紧急调整装置具有用于连接外部制动电阻70的输出+BR和-BR，该制动电阻70减少在发电机方式运行中的能量。制动电阻70的控制优选通过半导体开关S7内部地进行，其中该半导体开关具有通过二极管和电容器转化的保护电路D7。保护电路的控制通过控制器52内的电压检测器520进行。紧急调整装置具有用于连接三相交流电动机3的输出A1、A2和A3，三相交流电动机3优选作为异步电动机构造。输出Al、A2和A3在内部优选通过半导体开关SI到S6实现，其中半导体开关各具有一个通过二极管和电容器转化的保护电路Dl到D6。
因为该紧急调整装置为把转子叶片紧急调整到风信旗位置而设置，所以它在整个系统中具有重要的意义。因此全部输入和输出与过压保护装置50、53、71、73和74连接。作为外壳结构构造的法拉第笼保护逆变器5不受干扰电磁场、灰尘和脏物影响。通过紧急调整装置的损失功率引起产生的热量通过外壳结构排出。功能可以如下说明。通过在逆变器5的输入上有目的地施加直流电压它被激活并且电动机制动器被打开。
通过内部提供电压智能电路被激活。控制器以这样的方式和方法控制半导体开关SI到S6，在其中在起动斜坡之后在三相交流电动机上出现恒定的转速。在整个运行持续时间期间监视储能器4的连接端子+DC和-DC上的电压。如果它过大，则智能电路以某种方式激活用半导体开关S7和外部制动电阻70构造的放电段，使得可以减少过剩的能量。该紧急调整装置通过另外的开关输入S13和S14提供停止过程的可能性。由此能够在就要到达风信旗位置之前不久减低三相交流电动机3的转速。“软行进”到最终位置。随着到达风信旗位置，通过机械式开关断开输入上的直流电压。电动机制动器75接入，三相交流电机3保持停止。附图标记列表I用于转子叶片的调整装置2频率变换器3三相交流电机5逆变器4 电池23 输入24整流器25中间电路26电容器27逆变器50第一过压保护器51第二过压保护器52控制器53第三过压保护器520电压检测器54正弦信号发生器55三角信号发生器
56、57、58 移相器59、60、61运算放大器62、63、64 反相器65、册、67短路保护器
70制动电阻71第三电压保护器72 开关74第四电压保护器75电动机制动器80电压发生器
81电压发生器
权利要求
1.用于风能设备的转子叶片的调整装置，具有下述部件 -用于调整转子叶片的角位置的交流电动机(3)； -用于接收具有第一频率的输入交流电流(11)的输入(23)； -频率变换器(2)，用于产生具有第二频率的输出交流电流(12)，其中该输出交流电流(12)为驱动交流电动机(3)而提供； -直流电压源(4)， 其特征在于， 与频率变换器(2)分开地设置有逆变器(5)，用于把由直流电压源(4)提供的电压变换为用于交流电动机(3)的交流电流(13)。
2.根据权利要求I所述的调整装置，其特征在于， 所述逆变器(5)由分立构造的部件组成。
3.根据权利要求I或2所述的调整装置，其特征在于， 由所述逆变器(5)提供的交流电流(13)具有固定的频率。
4.根据权利要求I到3之一所述的调整装置，其特征在于， 所述储能器(4)作为电容器构造。
5.根据权利要求I到4之一所述的调整装置，其特征在于， 所述储能器(4)作为蓄电池构造。
6.根据权利要求I到4之一所述的调整装置，其特征在于， 所述交流电动机(3)是三相交流电动机，所述逆变器(5)被设立用于产生三相电流。
7.根据权利要求I到6之一所述的调整装置，其特征在于， 所述逆变器(5)在它的直流侧具有过压保护器(50)。
8.根据权利要求I到7之一所述的调整装置，其特征在于， 所述逆变器(5)相应地在直流电压侧的节点和交流电压侧的节点之间具有多个开关(SI、S2、S3、S4、S5、S6)，其中开关(SI、S2、S3、S4、S5、S6)分别由脉冲宽度调制的信号控制。
9.根据权利要求8所述的调整装置，其特征在于， 用于开关(S1、S2、S3、S4、S5、S6)的控制信号由具有运算放大器(59)的设备(53)产生，运算放大器在它的输入上接收正弦信号发生器(54)和三角信号发生器(55)的输出信号。
10.根据权利要求I到8之一所述的调整装置，其特征在于， 所述交流电动机(3)作为异步电机实现。
11.根据权利要求I到9之一所述的调整装置，其特征在于， 设置有用于检测输入交流电压和用于接通逆变器(5)的电压检测器。
12.根据权利要求I到11之一所述的调整装置，其特征在于， 所述逆变器(5)具有用于调整交流电动机(3)的固定可调的运行速度的第一模式和用于调整交流电动机(3)的运行速度的斜坡功能的第二模式。
13.根据权利要求I到9之一所述的调整装置，其特征在于， 开关(72)，用于在就要到达风能设备的转子的风信旗位置之前不久激活第二模式。
14.根据权利要求I到13之一所述的调整装置，其特征在于，所述逆变器(5)包括至少一个集成电路(1C)。
15.风能设备，具有根据权利要求I到14之一所述的调整装置。
16.根据权利要求15所述的风能设备，其特征在于，设置有用于交流电动机(3)的电动机制动器(75)。
全文摘要
提供一种风能设备的转子叶片的调整装置(1)，其中设置用于调整转子叶片的角位置的交流电动机(3)。输入(23)用于接收输入交流电流(11)。频率变换器(2)被设置用于产生具有第二频率的第二交流电流(12)，这里该第二交流电流驱动交流电动机(3)。另外设置直流电压源(4)和逆变器(5)，用于把由直流电压源(4)提供的电压变换为用于交流电动机(3)的交流电流(13)。其中逆变器(5)与频率变换器(2)分开。
文档编号F03D11/00GK102804592SQ201080028503
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月6日 优先权日2009年6月23日
发明者S·贝克, B·斯帕茨 申请人:罗伯特·博世有限公司