专利名称：用于风能设备的风轮叶片调节装置的利记博彩app
用于风能设备的风轮叶片调节装置本发明涉及一种风能设备，包括一个具有可调风轮叶片用于驱动发电机的转子； 一个具用伺服电动机的用于风轮叶片的调节装置，所述伺服电动机具有至少一个励磁绕 组，其中所述调节装置具有一个能自动减小伺服电动机牵引力矩的转矩降低装置。现代风能设备均包括具有可调风轮叶片的风轮。可以通过调节来改变风轮叶片相 对于空气流动方向的迎角。对风轮叶片的调节也可用来使风能设备的风轮停住。为此可使 得风轮叶片进入所谓的顺风位置。为了安全起见，必须适当设置风能设备，以使得风轮能够 在必要时迅速进入停止状态。当风力过强、以及当风能设备的部件发生故障时，就需要如 此。在正常工作状态下，可利用叶片调节机构及其控制系统调节风轮叶片进入安全的顺风 位置之中。但可以不再认为，在控制系统功能完全可用的情况下才能实现安全应急运行。因 此要适当设计叶片调节装置，使得风轮叶片即使在没有控制的应急运行情况下也能迅速、 安全地进入顺风位置之中。经验表明，在没有控制的应急运行情况下，由于空气动力作用，一定条件下会使得 被调风轮叶片的调节速度快于伺服电动机的速度。伺服电动机此时将被风轮叶片所驱动而 成为发电机。流经电枢的电流转变方向。这种反馈电流流过串励绕组，从而增大磁化强度。 感应电压升高，从而可能进一步提高电流。结果形成并非所愿的、可能会导致危险不稳定现 象的正反馈(Mitkopplimg)。尤其会改变作用于风能设备塔顶的负荷，从而可能会引起风塔 振动。为了避免在滑行状态下出现这些不稳定现象，已知若为复励电动机型式的伺服电 动机，可在滑行状态下利用一个二极管桥接串励绕组。伺服电动机在滑行状态下所产生的 电流被二极管短路，使得电流相应地不再流过串励绕组，且磁化强度也会相应下降。电机的 牵引力矩将因此而减小(EP-A-1744444)。但是经验表明，特别是就某些结构型式的复励电 动机而言，串励绕组短路会产生不利的转矩-转速特性曲线，即转矩随转速升高的幅度过 于平缓。存在转速过快而损坏调节装置的危险。本发明的目的在于提供一种经过改进的风能设备风轮叶片调节装置，可用简单方 式避免上述缺点。本发明所述的解决方法基于独立权利要求所述的特征。从属权利要求所述内容均 为有益的改进实施方式。本发明所述的风能设备包括具有可调风轮叶片的用于驱动发电机的风轮；一个 利用伺服电动机调节风轮叶片的调节装置，所述伺服电动机具有至少一个励磁绕组，其中 所述调节装置具有一个能自动减小伺服电动机牵引力矩的转矩降低装置；按照本发明所 述，转矩降低装置具有一个分流器，该分流器可控制流过励磁绕组的电流，即在电动机工作 模式下使得电流全额流过励磁绕组，而在滑行状态下仅使得电流部分流过励磁绕组。本发明发现利用分流器给励磁绕组部分馈电，就能以简单方式适当调节励磁绕组引起的磁化强度，从而一方面能在伺服电动机的发电机模式下能够通过减小磁化强度的 方式达到所需的稳定性，另一方面也可适当维持磁化强度，使得尚能形成足够大的制动力 矩。与现有技术条件下已知的桥接励磁绕组的实施方式相比，可以产生所希望的更为陡峭的转矩-转速特性曲线。本发明可以使得伺服电动机具有用于滑行工况的独立特性曲线， 可以不改变用于电动机运行模式的伺服电动机特性曲线，以及少的花费添加第二个可选择 的、用于滑行模式的特性曲线。分流器可以完全由无源器件构成，以下将详细说明。本发明所述的分流器能够以 极其简单的方式结合诸多优点，即改善了稳定性、有足够大的制动力矩，故障安全性极高， 因此适用于应急运行。可消除损坏驱动机构的危险。还可消除风塔或者塔顶发生振动的危 险，因此可减小机械结构过载的风险。采用本发明能够以很少花费显著提高机组的设备的 工作可靠性和故障安全性。以下将对所使用的一些术语进行解释 所谓“牵引力矩”是指电动机作为再生制动器工作时所吸收的转矩。所谓“应急运行”指的是一种不需要外部控制器、并且在必要时从一个独立(直 流)电源进行馈电的运行模式。优选配置一种利用牢固耐用的元器件所构成的“触点控制
典”
'ΠΒ' O分流器适宜包括一种在滑行模式下无源导通的开关元件。所谓“无源”指的是不 需要外部控制器或调节器提供开关信号。对于应急运行模式而言，这明显有利于开关元件 自主工作。因此即使风能设备的运行控制系统或者其它控制单元失灵，也不会影响本发明 所述分流器的功能。按照本发明所述，尤其有两种方式可用来分配流过励磁绕组引起磁化的电流。第 一种方式为分流器包括一个利用一个电阻和一个在滑行状态下导通的开关元件与励磁绕 组并联的支路。在滑行模式下将励磁绕组和电阻并联，从而将电流分配到励磁绕组和电阻 上。而在正常的电动机工作模式下则相反，开关元件将截止，从而使得电流不会分流。在滑 行模式下通过并联电路按照励磁绕组和电阻的电导率比例减小流过励磁绕组的电流。可通 过选择电阻值(电导率的倒数)来确定哪一种比例的电流应当流过励磁绕组，以此可以调 节转矩-转速特性曲线的斜率。例如可适当选择电阻，使其电导率恰好等于励磁绕组的电 导率，这样就会有一半电流流过电阻，另一半电流则流过励磁绕组。流过励磁绕组的电流被 减半，从而使得磁化强度以及伺服电动机的制动力矩相应减小。电流完全流过励磁绕组会 引起并非所愿的正反馈，而励磁绕组短路又会并非所愿地严重降低制动力矩，因此利用分 流器可以在此之间实现某种折中。分流器适宜由串励绕组和一个定值并联电阻构成。也可以根据用途，使用至少两 个可以选择与开关元件相连的串联或并联电阻构成多梯度分流器。这样就能相应地选择至 少两个并联电阻的值，从而可以将所需制动力矩分成梯度，例如并联两个二元梯度电阻即 可将制动力矩减小75%、50%或者25%，具体要看哪一个并联电阻与开关元件相连。可以 将并联电阻分别单独、或者将其组合与开关元件相连，后者的优点在于可以实现比并联电 阻数量更多的梯度。例如可以利用两个并联电阻实现三个不同的梯度，而使用三个并联电 阻甚至能实现七个不同的梯度。所谓“可以选择”指的是可以在运行过程中动态选择并联 电阻，或者通过接线盒内的适当开关元件或并联电阻的接线方式实现准静态选择。通常后 者就已足够，因为并联电阻对转矩-转速特性曲线的影响取决于风能设备的配置、尤其是 风轮叶片和所使用的伺服电动机，也就是运行过程中不会发生变化的参数。利用一个或多个并联电阻的分流器实施方式的优点尤其在于也能以很少的花费在现有电动机上加装并联电阻。但是这种简单性也有需要面对的缺点，即在电阻内可能会 产生必须排出的损耗热。可以通过散热装置以主动方式排出热量，但这又会引起额外的花 费；或者通过足够大的通风截面以被动方式排出热量，但这又会限制这种实施方式的可用 性。由于在应急运行过程中仅仅短时间出现滑行状态，因此不必针对持续运行、而是仅针对 短时间能量吸收来设计电阻。本发明的第二种实施方式可避免这一缺点。按照本发明的第二种实施方式，分流器将励磁绕组分为至少两个子绕组，其中开关元件可在滑行状态下桥接一个或多个子绕组，但并不桥接所有子绕组。这样就可在滑行 状态下使得至少一个子绕组不再通电形成磁化，而其它或者其余的子绕组则继续通电。由 于所产生的总磁化强度取决于通电绕组的数量，因此可按照不通电子绕组和通电子绕组的 比例减小磁化强度。这样就可以适当选择转矩-转速特性曲线的斜率以及滑行状态下的制 动力矩。这种实施方式的优点是仅仅需要划分已有的励磁绕组。除了至少要添加一个端子 之外，无需添加其它元器件。可以根据使用目的将励磁绕组划分为两个以上可以选择与开关元件相连的子绕 组。例如，只要现有匝数允许，可以将励磁绕组划分成各为25%的节段，从而可以选择与开 关元件的连接方式，将制动力矩减小25%、50%或者75%。如此实际上不会产生额外的硬 件费用，因为只要在励磁绕组上安排相应的中间抽头，然后连接到接线端子上。对于利用并联电阻以及划分励磁绕组的方式实现的这两种实施方式而言，可以利 用一种选择开关来选择电流分配比率。可以固定设置这种选择开关，或者在运行过程中 通过风能设备的运行控制系统加以改变，只要有利于风能设备运行即可。所述选择开关 的好处在于可以在运行过程中确定是否要将更大或更小的电流分配给励磁绕组，以及转 矩-转速特性曲线是否应具有更小或更大的斜率。所述选择开关并非一定是一个单独的单 元，而是也可以按照使用目的与开关元件组合在一起。这样就能形成一种特别紧凑且易于 控制的实施方式。本发明还涉及一种风能设备风轮叶片调节装置，包括一个伺服电动机，所述伺服 电动机具有至少一个励磁绕组，其中所述调节装置具有一个能自动减小伺服电动机牵引力 矩的转矩降低装置，其中按照本发明所述，转矩降低装置具有一个分流器，该分流器可控制 流过励磁绕组的电流，即在电动机工作模式下使得电流全额流过励磁绕组，而在滑行状态 下仅使得电流部分流过励磁绕组。关于详细说明，可参阅上述实施方式。以下将参照附图对本发明进行解释，附图所示均为本发明的有益实施例。图中示 出附
图1为具有一个调节装置的风能设备的示意图；附图2具有根据第一种实施方式的转矩降低装置的伺服电动机的等效电路图；附图3示出附图2所示实施方式的另一种方案；附图4示出本发明的转矩降低装置和伺服电动机的第二种实施方式；附图5示出附图4所示第二种实施方式的另一种方案；和附图6示出转矩-转速特性曲线。以下将以一种风能设备为例对本发明进行解释，所述风能设备具有一个安装于风 塔10上可以在方位角方向旋转的吊舱(Maschninenhaus) 11，在吊舱一端安装有一个用于 驱动吊舱内的发电机14的风轮12，风轮具有多个(附图所示实施例中有两个)可以相对于其迎角进行调节的风轮叶片13。发电机14通过附图中没有绘出的连接线输出它所产生的 电能。安装有一个用来调节风轮叶片13的迎角θ的调节装置3。附图所示为所有叶片的调节装置3，但也可以给每一个叶片单独配置一个至少部分独立的调节装置3。所述调节 装置包括一个伺服电动机4和一个叶片控制模块5。叶片控制模块5适当控制伺服电动机 4，以便针对风轮叶片13上的叶片角度θ调整作为输入信号施加的给定值。由风能设备的 运行控制单元15提供给定值。叶片调节装置可以按照两种方式工作。第一个运行阶段是风能设备产生电力的正 常工作模式。由运行控制单元15控制正常工作模式。另一种运行方式是应急运行模式，这 时可在一定条件下使得风能设备进入安全工作状态。使得转子12停止运转，并且使得风轮 叶片13进入顺风位置(Fahnenstellimg)，就达到了安全工作状态。顺风位置表示风轮叶 片13的迎角大约为θ =90度。为了也能在由于干扰而不再与电网相连时执行应急运行 模式，风能设备具有一个独立的备用蓄能器6，即使电网掉电，该备用蓄能器也能给调节装 置3供电。为了在运行控制单元15或者叶片控制模块5失灵时也能保证到达安全的顺风 位置，调节装置3经过适当设计，使其能够自主将风轮叶片13移动到安全的顺风位置。为 此可适当控制伺服电动机4，使得叶片3在没有控制的运行状态下进入顺风位置(称作没有 控制的蓄电池运行模式)。伺服电动机4为复励电动机，包括一个电枢40、一个励磁绕组(以下称作串励绕组 41)以及一个并励绕组42。电枢通过调节机构(图中没有绘出)总是与风轮叶片13机械 相连，因此可控制伺服电动机4来改变迎角θ。在应急运行状态下，蓄电池6所提供的电流一部分流过并励绕组42，另一部分流 过电枢40、串励绕组41以及连接在其间的整流器7所组成的支路。流过该支路的电流称作 电枢电流。这种构造相当于没有转矩降低装置的传统型调节装置。附图2所示的实施方式中有一个转矩降低装置8，包括一个并联电阻81和一个作 为开关元件的二极管82。该二极管的极性经过适当安排，当电机以正向电枢电流正常工作 时，作为开关元件的二极管82截止，使得电流不再流过该支路。而当伺服电动机4由于作 用在被调风轮叶片13上的空气动力负荷进入滑行状态时，电流方向就会反转。作为开关元 件的二极管82在这种情况下就会导通，使得电枢电流IA不再完全流过串励绕组41，而是分 配到该绕组和并联电阻81上。如果并联电阻81的值等于串励绕组41的值，则电流就会均 勻分配到并联电阻81和串励绕组41上，也就是说，只有一半电流流过串励绕组。磁化强度 以及伺服电动机4的牵引力矩就会因此而相应减小。如此形成的转矩-转速特性曲线以及 相应的电枢电流IA如附图6Β所示。可看出与没有分流器的传统型伺服电动机相比曲线明 显较为平缓，传统型伺服电动机在滑行状态下全部电流均流过串励绕组41 (参见附图5Α)。也可选配两个或更多的并联电阻(参见附图2中的虚线部分)。可通过选择开关 88选择连接并联支路中的哪一些并联电阻。这些并联电阻的阻值不同，可以根据用途适当 选择阻值，使得可根据选择开关88的位置使得电流按照25% (切换到较大的并联电阻)、 50% (切换到较小的并联电阻)或者按照75% (切换到两个并联电阻)的比例流过并联支 路，从而相应地改变制动力矩和转矩_转速特性曲线。附图3所示为附图2所示实施方式的另一种方案。同类元件均以相同的附图标记进行标识。其主要区别在于分流器8的并联电阻81与整流器7的一个二极管71并联。 该二极管由此可作为分流器的开关元件，因此不需要配置单独的二极管82。参照附图4和5对本发明的第二种实施方式进行解释。基本结构与上述第一种实 施方式相同，包括一个蓄电池6、一个带有电枢40的伺服电动机4、串励绕组41和并励绕组 42。但这里的分流器8'有所不同，没有配置并联电阻，取而代之的是将串励绕组划分为两 个子绕组47和48，在两个子绕组47、48之间的连接点上有一个中间抽头81'。作为开关 元件的二极管82'的正极连接在中间抽头上，其负极连接在电枢40上。在正常电动机工作 模式下，电流经过电枢绕组40和整流器7流入串励绕组41之中。起到开关元件作用的二 极管82'这时截止。全部电枢电流IA流过串励绕组41，不进行电流分配。而在滑行状态 下则相反，将按照以上所述反转电流方向。起到开关元件作用的二极管82'现在导通，并且 桥接子绕组48。电枢电流仅仅部分流过串励绕组，即仅仅流过其子绕组47。串励绕组41 的磁化强度将按照子绕组47、48的匝数比例减小。在所选的示例中，两个绕组匝数相同，因 此当二极管82'在滑行状态下导通时，仅给励磁绕组41适当馈电，即关闭一半绕组，使得 磁化强度相应减小。伺服电动机的牵引力矩随之减小。这样就会产生如附图5B所示的特 性曲线。比较附图6中的特性曲线可以看出，可利用本发明所述分流器进行调节的特性曲 线明显比没有分流器的情况下更加平缓，但是明显比串励绕组41短路时更加陡峭(参见附 图5C)。附图5所示为附图4所示第二种实施方式的另一种方案，其区别主要在于整流器 的二极管、即二极管74的正极不再连接在串励绕组41的终点上，而是与中间抽头81'相 连。这样二极管74就能起到分流器的开关元件作用，从而不需要配置单独的二极管作为开 关元件。关于工作原理可参考针对附图4所示实施方式所做的说明。
权利要求
一种风能设备，包括具有可调风轮叶片(13)的用于驱动发电机(14)的风轮(12)；利用伺服电动机(4)调节风轮叶片(13)的调节装置(3)，所述伺服电动机具有至少一个励磁绕组(41)，其中所述调节装置(3)具有一个能自动减小伺服电动机(4)的牵引力矩的转矩降低装置，其特征在于，所述转矩减低装置具有分流器(8)，该分流器可控制流过励磁绕组(41)的电流，即在电动机工作模式下使得电流(IA)全额流过励磁绕组(41)，而在滑行状态下仅使得电流部分流过励磁绕组。
2.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，配置有在滑行状态下以被动方式导 通的开关元件(82，82')。
3.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，所述分流器(8)包括利用电阻 (81)和在滑行状态下导通的开关元件(82)与励磁绕组(41)并联的支路。
4.根据权利要求3所述的风能设备，其特征在于，使用多个不同阻值且可以选择与开 关元件(82)相连的并联电阻(81)构成多梯度分流器(8)。
5.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，分流器(8')被设计成具有至 少两个子绕组(47，48)的励磁绕组(41)形式，其中开关元件(82')可在滑行状态下中断 流过至少一个子绕组的电流(IA)，但并不中断流过所有子绕组(47)的电流。
6.根据权利要求5所述的风能设备，其特征在于，配置有多个可以选择与开关元件 (82')相连的子绕组(47，48)。
7.根据权利要求4或6所述的风能设备，其特征在于，配置有用于选择电阻(81)或者 子绕组的选择开关(88)。
8.根据权利要求7所述的风能设备，其特征在于，选择开关(88)与开关元件(82)组合 使用。
9.风能设备风轮叶片(13)的调节装置，包括具有至少一个励磁绕组(41)的伺服电 动机(4)，其中所述调节装置(3)包括可自动减小伺服电动机(4)的牵引力矩的转矩降低 装置，其特征在于，所述转矩降低装置具有分流器(8，8')，该分流器可控制流过励磁绕组 (41)的电流，即在电动机工作模式下使得电流(IA)全额流过励磁绕组(41)，而在滑行状态 下仅使得部分电流流过励磁绕组。
10.根据权利要求9所述的调节装置，其特征在于，按照权利要求2 8中任一项所述 来设计分流器(8，8')。
全文摘要
本发明涉及一种风能设备，包括具有可调风轮叶片(13)的用于驱动发电机(14)的风轮(12)；利用伺服电动机(4)调节风轮叶片(13)的调节装置(3)，所述伺服电动机具有至少一个励磁绕组(41)，其中所述调节装置(3)具有能自动减小伺服电动机(4)的牵引力矩的转矩降低装置。按照本发明所述，转矩减低装置具有分流器(8)，该分流器可控制流过励磁绕组(41)的电流，即在电动机工作模式下使得电流(IA)全额流过励磁绕组(41)，而在滑行状态下仅使得电流部分流过励磁绕组。因此可在滑行状态下按照某一可设置的比例减小励磁绕组(41)的磁化强度，从而可以测定转矩-转速特性曲线的斜率。这样就能改善调节装置在滑行状态下的特性。
文档编号H02P7/28GK101802394SQ200880015872
公开日2010年8月11日 申请日期2008年5月14日 优先权日2007年5月14日
发明者H·H·莱塔斯 申请人:再生动力系统股份公司