PL206077B1 - Instalacja wiatrowa z maszyną asynchroniczną, sposób sterowania instalacji wiatrowej z maszyną asynchroniczną oraz jej zastosowanie - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy instalacji wiatrowej z maszyną asynchroniczną do ustawiania położenia kątowego obudowy instalacji wiatrowej, przy czym maszyna wyposażona jest w pierwszy układ wirnik/stojan. Wynalazek dotyczy również sposobu sterowania instalacji wiatrowej z maszyną asynchroniczną oraz jej zastosowania.

Maszyny asynchroniczne znane są w zasadzie od dawna, na przykład z opisów patentowych WO 98/40958, DE 32 34 673, WO 90/13937 oraz US nr 5 838 135 i są stosowane w wielu rożnych napędach i układach regulacji. Częstym zastosowaniem w układzie regulacji jest zadanie przestawienia części maszyny z pozycji wyjściowej do nowej zadanej.

Przykładowym zastosowaniem jest regulacja położenia kątowego w instalacjach wiatrowych. Taką regulacją położenia kątowego, czyli orientacją gondoli w przypadku instalacji o poziomej osi, jest ustawianie gondoli zgodnie z kierunkiem wiatru, aby umożliwić nieprzerwane generowanie energii elektrycznej. Realizacja takiej procedury podążania za kierunkiem wiatru wymaga obrotowego zamocowania gondoli i obracania jej za pomocą co najmniej jednego tak zwanego silnika azymutowego. Takie przestawianie przeprowadza się na przykład sprzęgając wałek zębaty napędu z zazębieniem u szczytu wspornika i uruchamiając silnik przestawia się gondolę względem szczytu wspornika. Maszyny asynchroniczne zatrzymują się po osiągnięciu zadanego odchylenia kątowego.

Należy zauważyć jednak, że odchylenie kątowe nie zmienia się przy każdym najmniejszym odchyleniu od linii wiatru. W rezultacie, w wyniku nawet niewielkich zmian kierunku wiatru, pojawiają się odchylenia strumienia działającego na wirnik i wystąpienie na gondoli momentu odchylającego wokół osi pionowej instalacji wiatrowej. Aby ten moment odchylający nie prowadził do niepożądanej zmiany odchylenia kątowego, silniki azymutowe mogą być zasilane prądem stałym w celu wytworzenia odpowiedniego momentu hamującego.

Taka maszyna asynchroniczna do regulacji położenia kątowego gondoli instalacji wiatrowej przedstawiona jest w opisie zgłoszeniowym DE 199 20 504 A1. Maszyna asynchroniczna, według tego wynalazku, może być zasilana prądem trójfazowym, przy czym możliwa jest zmiana kierunku faz celem uzyskania obrotu w przeciwną stronę. Ta maszyna asynchroniczna może być również zasilana prądem stałym, aby zahamować ruch gondoli.

Rozwiązanie to jest przedstawione na rysunku pos. 1, który ukazuje schematycznie układ czterech napędów azymutowych urządzenia regulacyjnego gondoli instalacji wiatrowej. Instalacje wiatrowe mają generalnie napęd aktywny do śledzenia kierunku wiatru. Ten aktywny napęd obraca szczytem instalacji wiatrowej z gondolą, w taki sposób, że łopaty wirnika instalacji wiatrowej ustawiane są w sposób optymalny względem kierunku wiatru. Aktywnym napędem do śledzenia kierunku wiatru jest napęd azymutowy 1 wraz z połączonym azymutowym łożyskiem 2 i jest zazwyczaj usytuowany pomiędzy szczytem wspornika a gondolą instalacji wiatrowej. W przypadku małych instalacji wiatrowych wystarczający jest pojedynczy napęd, podczas gdy większe instalacje wiatrowe są zazwyczaj wyposażone w wiele napędów, na przykład cztery, jak pokazano na rysunku pos. 1. Te cztery napędy 1 są równomiernie rozmieszczone wokół obwodu szczytu 3 wspornika (nierównomierne rozmieszczenie również jest możliwe).

Wciąż jednak przysparzają problemów zastosowane części mechaniczne. Nawet przy najwyższym stopniu dokładności i dołożeniu wszelkich starań nie da się uniknąć luzów powstających pomiędzy wieńcem zębatym u szczytu wspornika a wałkiem zębatym. Przy występowaniu zmiennych momentów odchylających, pojawiają się odpowiadające im ruchy gondoli w zakresie, na jaki pozwalają luzy. Z tego względu problemem jest w mniejszym stopniu istnienie niewielkich odchyleń, co raczej dodatkowe mechaniczne obciążenie części składowych, co z kolei powoduje skrócenie żywotności instalacji wiatrowej.

Dlatego celem niniejszego wynalazku jest uzyskanie takiego napędu do ustawienia obudowy maszyny instalacji wiatrowej, który pozwoli na zredukowanie luzów w częściach mechanicznych przy zadanym ustawieniu, nie powodując wzajemnych wpływów pomiędzy żądanym momentem hamującym a eliminacją luzów.

Według wynalazku instalacja wiatrowa zawierająca wirnik i generator oraz obudowę, w której mieści się ten generator, zaopatrzona w napęd azymutowy do przestawiania tej obudowy charakteryzuje się tym, że napęd azymutowy utworzony jest przez maszynę asynchroniczną, która posiada pierwszy układ wirnik/stojan oraz co najmniej jeden drugi układ wirnik/stojan, który jest elektrycznie rozdzielony od

PL 206 077 B1 pierwszego układu wirnik/stojan, przy czym wirnik pierwszego układu wirnik/stojan oraz wirnik drugiego układu wirnik/stojan są zamocowane na tym samym wale albo są sprzężone z tym samym wałem.

Korzystnie, pierwszy układ wirnik/stojan jest przestrzennie rozłączny z drugim układem wirnik/stojan.

Korzystnie, pierwszy układ wirnik/stojan oraz drugi układ wirnik/stojan posiadają wspólną obudowę.

Korzystniej, zarówno pierwszy układ wirnik/stojan, jak i drugi układ wirnik/stojan posiadają swoje własne obudowy.

Korzystne jest, gdy pierwszy układ wirnik/stojan oraz drugi układ wirnik/stojan za pomocą swoich wałów maszynowych pracują ze wspólnym wałem.

Według wynalazku sposób sterowania instalacji wiatrowej z maszyną asynchroniczną określoną powyżej charakteryzuje się tym, że zarówno pierwszy układ wirnik/stojan, jak i drugi układ wirnik/stojan zasila się synfazowo prądem przemiennym.

Korzystnie, pierwszy układ wirnik/stojan zasila się prądem przemiennym, a drugi układ wirnik/stojan zasila się jest prądem stałym albo odwrotnie.

Jako napęd azymutowy zastosowane korzystnie są co najmniej dwie maszyny asynchroniczne określone powyżej.

Maszyna asynchroniczna instalacji wiatrowej określonej powyżej, przy czym maszyna asynchroniczna posiada pierwszy układ wirnik/stojan oraz co najmniej jeden drugi układ wirnik/stojan, który jest elektrycznie rozdzielony od pierwszego układu wirnik/stojan, przy czym wirnik pierwszego układu wirnik/stojan oraz wirnik drugiego układu wirnik/stojan są zamocowane na tym samym wale albo sprzężone z tym samym wałem, znajduje zastosowanie jako urządzenie do regulacji azymutu gondoli instalacji wiatrowej.

Tak więc, według wynalazku, maszyna asynchroniczna, wymieniona na wstępie, posiada drugi układ wirnik/stojan, który chociaż jest elektrycznie rozłączony od pierwszego układu wirnik/stojan jest również połączony z wałem. Znaczy to, że jeden układ wirnik/stojan może być zasilany prądem stałym o pożądanym kierunku w celu uzyskania wymaganego momentu hamują cego, podczas gdy drugi układ wirnik/stojan jest zasilany prądem przemiennym, który wytwarza moment obrotowy zgodny z kierunkiem pola wirującego, powodując uruchomienie napędu. Jeżeli zastosuje się, zgodnie z wynalazkiem, dwa napędy działające w przeciwnych kierunkach, każdy z napędów może być, za pomocą przeciwnych kierunków momentów napędowych, tak nastawiony, że zakres mechanicznego luzu będzie pokonany. Dzięki temu mechaniczny luz zostaje wyeliminowany. Niezależnie od tego, moment hamujący pozostaje, gdy różne układy wirnik/stojan są zasilane i nie oddziałują na siebie w sensie efektu elektrycznego. Mechanicznie ma miejsce nakładanie się oddziaływań na wał, ponieważ obydwa wirniki połączone są z wałem.

W korzystnym rozwinię ciu wynalazku, w ramach regulacji części maszyny obydwa układy wirnik/stojan napędu zasilane są synfazowo prądem przemiennym. Powoduje to dodawanie się momentów w poszczególnych układach wirnik/stojan tak, że całkowity moment jest większy.

Korzystne wykonania przedstawione są w kolejnych zastrzeżeniach. Wynalazek jest opisany szczegółowo poniżej z odniesieniem do rysunków, w których fig. 1 jest częściowym widokiem przekroju napędu według wynalazku, fig. 2 ukazuje alternatywne wykonanie napędu według wynalazku, fig. 3 ukazuje dalsze wykonanie napędu według wynalazku.

Na figurze 1 odnośnik cyfrowy 10 dotyczy silnika napędu według wynalazku. Silnik napędu posiada pierwszy wirnik 12, który jest połączony z wałem 20 oraz pierwszym stojanem 14, współpracującym z pierwszym wirnikiem 12. Napęd 10, według wynalazku posiada dalej drugi wirnik 22, który jest połączony z wałem 20 i współpracuje ze stojanem 24.

W wykonaniu tym układy wirnik/stojan 12, 14; 22, 24 są połączone razem w jednej obudowie, ale są rozłączone elektrycznie. Jest to uwidocznione za pomocą oddzielnych przyłączy 15, 25.

Figura 2 przedstawia inne wykonanie niniejszego wynalazku. W tym wykonaniu układy wirnik/stojan 12, 14; 22, 24 znajdują się w dwóch różnych obudowach 10, 18. Chociaż tak, jak w przypadku wykonania z fig. 1 obydwa układy pracują na jednym wale 20, który przechodzi przez obudowę 10 pierwszego układu wirnik/stojan 12, 14 i jest sprzęgnięty w obudowie 18 z drugim układem wirnik/stojan 22, 24 i jest połączony z obydwoma wirnikami 12, 22.

Dalsze wykonanie pokazane jest na fig. 3. Również w tym przypadku obydwa układy wirnik/stojan 12, 14; 22, 24 znajdują się w oddzielnych obudowach 10, 18. W odróżnieniu jednak od przykładów wykonania uwidocznionych na fig. 1 i fig. 2, w tym przypadku obydwa układy wir4

PL 206 077 B1 nik/stojan 12, 14; 22, 24 posiadają swoje własne wały napędowe 16, 26, które z kolei współpracują ze wspólnym wałem 20. To wykonanie umożliwia w szczególności stosowanie mniejszych mechanicznie części składowych oraz ich stosunkowo prostszą wymianę, w przypadku wystąpienia usterek.

Jako napęd azymutowy zostały w niniejszym wynalazku zastosowane silniki asynchroniczne, jak było powyżej opisane, z wałem 20 (fig. 1) współpracującym bezpośrednio z wałkiem zębatym 4.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Instalacja wiatrowa zawierająca wirnik i generator oraz obudowę, w której mieści się ten generator, zaopatrzona w napęd azymutowy do przestawiania tej obudowy, znamienna tym, że napęd azymutowy utworzony jest przez maszynę asynchroniczną, która posiada pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan oraz co najmniej jeden drugi układ (22, 24) wirnik/stojan, który jest elektrycznie rozdzielony od pierwszego układu (12, 14) wirnik/stojan, przy czym wirnik (12) pierwszego układu (12, 14) wirnik/stojan oraz wirnik (22) drugiego układu (22, 24) wirnik/stojan są zamocowane na tym samym wale (20) albo są sprzężone z tym samym wałem (20).
2. 2. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan jest przestrzennie rozłączny z drugim układem (22, 24) wirnik/stojan.
3. 3. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan oraz drugi układ (22, 24) wirnik/stojan posiadają wspólną obudowę.
4. 4. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zarówno pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan jak i drugi układ (22, 24) wirnik/stojan posiadają swoje własne obudowy.
5. 5. Instalacja wiatrowa według zastrz. 4, znamienna tym, że pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan oraz drugi układ (22, 24) wirnik/stojan za pomocą swoich wałów maszynowych (16, 26) pracują ze wspólnym wałem (20).
6. 6. Sposób sterowania maszyną asynchroniczną instalacji wiatrowej określonej zastrz. 1-5, znamienny tym, że zarówno pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan, jak i drugi układ (22, 24) wirnik/stojan zasila się synfazowo prądem przemiennym.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pierwszy układ (12, 14) wirnik/stojan zasila się prądem przemiennym, a drugi układ (22, 24) wirnik/stojan zasila się jest prądem stałym albo odwrotnie.
8. 8. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że jako napęd azymutowy zastosowane są co najmniej dwie maszyny asynchroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń.
9. 9. Zastosowanie maszyny asynchronicznej instalacji wiatrowej określonej zastrz. 1-5, przy czym maszyna asynchroniczna posiada pierwszy układ wirnik/stojan (12, 14) oraz co najmniej jeden drugi układ (22, 24) wirnik/stojan, który jest elektrycznie rozdzielony od pierwszego układu (12, 14) wirnik/stojan, przy czym wirnik (12) pierwszego układu (12, 14) wirnik/stojan oraz wirnik (22) drugiego układu (22, 24) wirnik/stojan są zamocowane na tym samym wale (20) albo sprzężone z tym samym wałem (20), jako urządzenie do regulacji azymutu gondoli instalacji wiatrowej.