[发明专利]能量获取设备、尤其是风力设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量获取设备的动力传动系和一种用于控制能量获取设备的动力传动系的运行的方法。

背景技术

在风力设备领域中的技术开发另外导致转子直径和塔高越来越大。因此，由于例如电网故障或者强风暴引起的大的功率波动造成在塔上相应大的偏转，这又导致设备上的高负荷。由于这个原因，例如风力设备(该风力设备为了实现可变的转子转速通常使用三相发电机结合完全转换器)以大电阻经由所谓的断路器与完全转换器的直流电中间电路相连接，以便在负载自发损失时(例如在电网故障时)能够维持在转子上的负载并且因此可以避免快速调整转子叶片。在负载快速损失时，快速调整转子叶片将会是必要的，以便避免转子的超转速，但是可能导致转子推力的相应大的改变并且因此使塔负载过重。塔越高，这个问题变得越大。

通过例如在电网故障持续时间较长时涡轮机由于缺少负载而进入超转速，相似的问题也可能在例如水力设备中出现，这可能会该涡轮机。同样，对于工业应用的驱动装置也有以下运行状态，在这些运行状态中，当例如在短的时间段上停电时在驱动端侧的或者在从动端侧的制动力矩是必需的，以便使系统进入安全状态。

用于识别故障至设备的停滞状态或者至电网故障结束的持续时间可能持续高达数秒，因此上述电阻的相应大的大小是有必要的。

然而，对于具有完全转换器的设备描述的方法可以不以典型的差速系统来(机电式、静液压式和液力式)实现，因为在这些情况下发电机直接与电网相连接。此外，同样的内容也适用于所谓的双馈的三相交流电机。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决这个问题。

所述目的以一种具有权利要求1所述特征的动力传动系来实现。

此外，所述目的以一种具有权利要求20所述特征的方法来实现。

通过在能量获取设备或者工业作业机械的转子下游安装运行制动器，该运行制动器可以将制动转矩引入动力传动系中，在例如风力设备中变桨系统可以延迟地做出反应，这导致设备的推力相应慢地改变并且因此将尤其是塔或者支承结构的负荷保持得尽可能小。

通过在能量获取设备或者工业作业机械的转子和发电机之间安装运行制动器，该运行制动器可以在有限的时间内将制动转矩引入动力传动系中，在例如风力设备中变桨系统可以延迟地做出反应，这导致设备的推力相应慢地改变并且因此将尤其是塔或者支承结构的负荷保持得尽可能小。

本发明的优选实施方式是从属权利要求的主题。

附图说明

接下来参照附图阐述本发明的优选实施方式。其中：

图1示出按照现有技术的风力设备的动力传动系，该风力设备包括永磁激励的同步发电机、完全转换器和具有电阻的中间电路-断路器，

图2示出按照现有技术的具有差速驱动装置的风力设备的动力传动系，

图3示出按照本发明的具有差速驱动装置的风力设备的动力传动系，

图4示出按照本发明的另一实施方式的具有差速驱动装置的风力设备的动力传动系，

图5示出按照本发明的对于运行制动系统的可实现的特征曲线，和

图6示出对于运行制动系统的按照本发明的特征曲线与风力设备的典型转矩特征曲线相比较。

具体实施方式

风力设备的转子的功率由以下公式计算：

转子功率＝转子面积*功率系数*空气密度/2*风速³

其中，功率系数取决于风力设备的转子的高速运转系数(＝叶片尖端速度与风速的比例)。风力设备的转子是为最佳的功率系数基于在开发过程中要确定的高速运转系数(通常在7和9之间的值)而设计。由于这个原因，当风力设备在部分负载范围内运行时要设定相应小的转速，以保证最佳的空气动力学效率。

按照上述公式，设备的功率消耗与风速的三次方成比例。作用到设备上的推力与风速的平方成比例。然而，二者此外还与所设定的转子-叶片角度相关。因此，只要朝向顺浆部位调整转子叶片，推力和功率就向零接近。

图1示出按照现有技术的用于实现可变转速的解决方案。风力设备的转子1以一个转子支承装置2支承在机架中。转子1在大部分情况下是具有大部分可单独调整的转子叶片的所谓的三叶转子。通过调整转子叶片来控制设备的动力传动系的功率消耗，或者可以通过朝向顺浆部位调整转子叶片尽可能无负荷地切断该功率消耗。为了能够可靠地停止设备，通常单独调整转子叶片，从而形成所要求的冗余并且因此转子叶片调整装置也用作紧急制动器。