[發明專利]能量獲取設備、尤其是風力設備

在審

• 申請號: 201380033399.7
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104411966A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 格拉爾德·黑亨貝格爾
• 申請（專利權）人: 格拉爾德·黑亨貝格爾
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張立國

技術領域

本發明涉及一種能量獲取設備的動力傳動系和一種用于控制能量獲取設備的動力傳動系的運行的方法。

背景技術

在風力設備領域中的技術開發另外導致轉子直徑和塔高越來越大。因此，由于例如電網故障或者強風暴引起的大的功率波動造成在塔上相應大的偏轉，這又導致設備上的高負荷。由于這個原因，例如風力設備(該風力設備為了實現可變的轉子轉速通常使用三相發電機結合完全轉換器)以大電阻經由所謂的斷路器與完全轉換器的直流電中間電路相連接，以便在負載自發損失時(例如在電網故障時)能夠維持在轉子上的負載并且因此可以避免快速調整轉子葉片。在負載快速損失時，快速調整轉子葉片將會是必要的，以便避免轉子的超轉速，但是可能導致轉子推力的相應大的改變并且因此使塔負載過重。塔越高，這個問題變得越大。

通過例如在電網故障持續時間較長時渦輪機由于缺少負載而進入超轉速，相似的問題也可能在例如水力設備中出現，這可能會該渦輪機。同樣，對于工業應用的驅動裝置也有以下運行狀態，在這些運行狀態中，當例如在短的時間段上停電時在驅動端側的或者在從動端側的制動力矩是必需的，以便使系統進入安全狀態。

用于識別故障至設備的停滯狀態或者至電網故障結束的持續時間可能持續高達數秒，因此上述電阻的相應大的大小是有必要的。

然而，對于具有完全轉換器的設備描述的方法可以不以典型的差速系統來(機電式、靜液壓式和液力式)實現，因為在這些情況下發電機直接與電網相連接。此外，同樣的內容也適用于所謂的雙饋的三相交流電機。

發明內容

因此，本發明的目的在于解決這個問題。

所述目的以一種具有權利要求1所述特征的動力傳動系來實現。

此外，所述目的以一種具有權利要求20所述特征的方法來實現。

通過在能量獲取設備或者工業作業機械的轉子下游安裝運行制動器，該運行制動器可以將制動轉矩引入動力傳動系中，在例如風力設備中變槳系統可以延遲地做出反應，這導致設備的推力相應慢地改變并且因此將尤其是塔或者支承結構的負荷保持得盡可能小。

通過在能量獲取設備或者工業作業機械的轉子和發電機之間安裝運行制動器，該運行制動器可以在有限的時間內將制動轉矩引入動力傳動系中，在例如風力設備中變槳系統可以延遲地做出反應，這導致設備的推力相應慢地改變并且因此將尤其是塔或者支承結構的負荷保持得盡可能小。

本發明的優選實施方式是從屬權利要求的主題。

附圖說明

接下來參照附圖闡述本發明的優選實施方式。其中：

圖1示出按照現有技術的風力設備的動力傳動系，該風力設備包括永磁激勵的同步發電機、完全轉換器和具有電阻的中間電路-斷路器，

圖2示出按照現有技術的具有差速驅動裝置的風力設備的動力傳動系，

圖3示出按照本發明的具有差速驅動裝置的風力設備的動力傳動系，

圖4示出按照本發明的另一實施方式的具有差速驅動裝置的風力設備的動力傳動系，

圖5示出按照本發明的對于運行制動系統的可實現的特征曲線，和

圖6示出對于運行制動系統的按照本發明的特征曲線與風力設備的典型轉矩特征曲線相比較。

具體實施方式

風力設備的轉子的功率由以下公式計算：

轉子功率＝轉子面積*功率系數*空氣密度/2*風速³

其中，功率系數取決于風力設備的轉子的高速運轉系數(＝葉片尖端速度與風速的比例)。風力設備的轉子是為最佳的功率系數基于在開發過程中要確定的高速運轉系數(通常在7和9之間的值)而設計。由于這個原因，當風力設備在部分負載范圍內運行時要設定相應小的轉速，以保證最佳的空氣動力學效率。

按照上述公式，設備的功率消耗與風速的三次方成比例。作用到設備上的推力與風速的平方成比例。然而，二者此外還與所設定的轉子-葉片角度相關。因此，只要朝向順漿部位調整轉子葉片，推力和功率就向零接近。

圖1示出按照現有技術的用于實現可變轉速的解決方案。風力設備的轉子1以一個轉子支承裝置2支承在機架中。轉子1在大部分情況下是具有大部分可單獨調整的轉子葉片的所謂的三葉轉子。通過調整轉子葉片來控制設備的動力傳動系的功率消耗，或者可以通過朝向順漿部位調整轉子葉片盡可能無負荷地切斷該功率消耗。為了能夠可靠地停止設備，通常單獨調整轉子葉片，從而形成所要求的冗余并且因此轉子葉片調整裝置也用作緊急制動器。