专利名称：用于调节风力发电机的转子叶片迎角的调节设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于调节风力发电机的转子叶片的迎角的调节设备以及一种用于驱动这样的调节设备的方法。
背景技术：
风力发电机是普遍已知的。目前最常见的设备类型是所谓的水平轴风力发电机，在所述水平轴风力发电机中，被风驱动的气动转子基本上围绕水平轴转动。在这种情况下，所述轴基本上在根据调节运行时在朝向风和转子的方向上具有至少一个、通常情况下三个转子叶片，所述转子叶片伸展有转子面，所述转子面因此设置为基本上横向于风的。图3示出这样的风力发电机。根据风速能够改变每个转子叶片相对于风的迎角。也就是说，转子叶片基本上围绕其纵轴线转动，以便改变其迎角，并且从而改变入流角。迎角常常也称为变桨角，并且迎角的调节被称为变桨。为了实施变桨而应用调节设备，所述调节设备通常情况下应用电驱动器。本发明也基于此。电驱动器借助于功率部件驱动，使得通过供电网络供应电能。用于为伺服驱动器供电的功率部件适配于所述伺服驱动器一所述伺服驱动器也称作变桨驱动器。在应用直流马达作为变桨驱动器时，功率部件作为所谓的直流斩波器工作。也就是说，功率部件提供分别具有实现相应调节运动所需的电流强度的直流电流。对于供电网络发生故障的情况而言设有蓄电器，所述蓄电器为电驱动器储存足够的能量，以便将转子叶片调节为顺桨位置。总能保证的是，所述蓄电器具有所述相应的能量，并且因此在使用后为所述蓄电器再次充电，否则要考虑的是，通过所谓的涓流充电来补偿可能的自放电。蓄电器的充电经由单独的电源进行，所述电源的输出电压适配于蓄电器的电压。附加地设有涓流充电设备，所述涓流充电设备实施所说明的涓流充电。所述涓流充电设备的输出电压也适配于蓄电器的电压并且根据蓄电器的充电状态独立地实施所述蓄电器的再充电。这样的系统是相当复杂的，因为其必须满足所说明的目的并且可靠和冗余地起作用。作为一般的现有技术参考文献DE202006018866U1。
发明内容
因此，本发明的目的在于，排除或减少所提及的问题中的至少一个，尤其是提供用于转子叶片调节的尽可能简单且同时可靠和冗余的解决方案。至少应找出一个替选的实施方案。因此，根据本发明提出根据权利要求1所述的调节设备。所述调节设备具有:用于使转子叶片以迎角运动，即用于变桨的伺服马达；用于用电流来操控伺服马达的操控单元；以及用于在供电网络发生故障的情况下对伺服马达供应电流和用电流操控所述伺服马达的应急供电装置。所述应急供电装置具有用于储存电能的蓄电器，以便提供用于操控伺服马达的电流。此外，设有调节单元，其对应急供电装置的蓄电器充入电能。因此，所述调节单元设计为实施双重功能，即一方面为伺服马达供应必要的电流，并且另一方面为应急供电装置的蓄电器充电。要注意的是，现代风力发电机的转子叶片能够重达数吨。风力发电机的目前已知最大的转子叶片在转子叶片根的区域中，即在转子叶片的朝向转子轴的部段处具有大于5米的宽度以及几乎60米的长度。尽管如此，尤其为了在强风的情况下避免过载仍要求转子叶片的快速的调节运动。换句话说，需要大的、高效的且同时动态的伺服驱动器。相应的是对操控单元的要求。在此，操控单元适配于伺服马达的电特性。这样的伺服马达尤其具有电感特性，并且也通过马达的运动对电流和电压之间的相关性产生影响，尤其是调节取决于转速的反向电压。与此相反，蓄电器，如电容器或电池具有完全不同的特性。在这样的蓄电器上的电压尤其取决于充电状态和相应地存在的内电阻。理想的电容器完全不具有内电阻，并且因此，电压仅取决于充电状态。实际的电容器能够非常接近于理想特性，并且在这方面完全不同于尤其是马达的电感的电特性。根据本发明可见，可能的是，操控单元适配于相应的目的，即一方面操控伺服马达并且另一方面为蓄电器充电，或者所述操控单元设有相应的电路元件。因此能够节省单独的充电单元。优选的是设有切换装置，尤其是一个或两个开关，以便将操控单元与应急蓄电装置的蓄电器连接，以便为蓄电器充电。因此，为了正常运行，能够以简单的方式将操控单元与伺服马达连接，以便操控所述伺服马达。在这种情况下，正常运行理解为如下运行，在该运行中提供对用于调节伺服马达的操控单元进行供电的供电网络。为了给应急蓄电装置的蓄电器充电，仅需要相应地切换所述切换装置，以便使操控单元用于充电。因此，所述切换装置将操控单元与用于调节所述转子叶片的马达连接，或与蓄电器连接以用于为所述蓄电器充电。优选的是设有用于对蓄电器有规律地再充电的涓流充电单元，以及设有电能，以便再充入蓄电器通过泄漏电流和/或通过自放电而放出的电能。这样的涓流充电单元相比于操控单元仅需要提供相对低的充电电流，因为所述涓流充电单元仅用于蓄电器的总充电容量的一小部分的再充电。因此，所述涓流充电单元能够相对小地设计，并且所述涓流充电单元相比于操控单元是明显成本更低的。此外有利的是，蓄电器基本上由电容器或铅胶蓄电池构成。所述构件被证实是对在调节设备中的应用有利的元件，因为所述构件能够提供相对高的蓄电容量并且为此适于连续运行。所述构件还适于设置在风力发电机的转子中并因此能不断地转动。优选提出，将电感元件和/或整流机构设置在蓄电器和操控单元之间。通过所述整流机构避免用于操控单元的蓄电器的不期望的放电。通过所述电感元件能够从操控单元的角度改变蓄电器单元的电特性，因此，在蓄电器经由这样的电感元件充电时，充电回路的总的充电性能改变。此外提出一种根据权利要求6所述的用于运行用于调节风力发电机的转子叶片的迎角的调节设备的方法。相应地，相关的转子叶片借助于伺服马达运动，即基本上围绕其纵轴线运动，以便调节迎角。在这种情况下，借助于操控单元对伺服马达供应电流。因此，伺服马达是电伺服马达。操控单元尤其控制必要的电流，以便实施伺服马达的所期望的运动。在这种情况下，操控单元能够考虑到伺服马达的和/或转子叶片的当前位置，以便根据调整来实施控制，即借助实际值反馈来实施控制。此外，所述方法包括:对应急供电装置的蓄电器充入电能，其中，充电借助于对伺服马达供应电流、尤其是控制电流的同一操控单元进行。操控单元被连接到供电网络上并且从那里被供应电能。此外，所述方法包括:当供电网络发生故障时，借助于应急供电装置对伺服马达供应电流以及用电流操控所述伺服马达。应急供电装置涉及用于从应急供电装置的蓄电器提供电流的能量。因此，所述方法提出，借助于操控单元既对伺服马达供应电流也对应急供电装置的蓄电器充入电能。蓄电器的充电优选在下述情况中的至少一种中进行。在一种情况下，这在风力发电机开始运转即初次运转时进行，或在风力发电机开始运转即初次运转结束时进行。在另一种情况下，在供电网络发生故障之后进行充电，即在停电后一个或多个转子叶片借助于应急供电装置在风中转动之后进行充电。此外，能够在所述蓄电器目的明确地放电之后对蓄电器进行充电，这种目的明确的放电例如能够为了蓄电器或设备的其它部件的测试目的或维修目的而进行。另一种情况在于，由于停电或从电源断开在较长时间内没有进行涓流充电。所提出的方法优选借助于上述调节设备中的一个实施。此外提出，风力发电机构造有这样的调节设备，即根据本发明的调节设备。因此，会尽可能降低风力发电机的成本并且/或者提高其效率。
下面示例地参考附图详细阐述本发明。图1示意性地示出根据现有技术的用于调节设备的电路，所述调节设备用于调节转子叶片的迎角；图2示意性地示出根据本发明的一个实施形式的用于调节转子叶片的迎角的调节设备的电路；图3示出根据本发明的风力发电机。
具体实施例方式调节装置或调节设备101的电路具有用于调节迎角的伺服马达102。所述伺服马达102借助于通常能够称为功率部件的直流斩波器104操控，以便实施相应的调节过程。斩波器104由供电网络供能，出于清楚起见这在图1中没有示出。借助于转换开关106和107，在风力发电机正常运行时，在直流斩波器104和伺服马达102之间形成有效电连接，并且因此，伺服马达102的操控能够如已说明的通过直流斩波器104进行。在供电网络停电的情况下，伺服马达102借助于中间蓄电器108驱动。为此，转换开关106和107被切换到在中间蓄电器108和伺服马达102之间形成连接的位置上。
为了实施所谓的涓流充电，设有相应的涓流充电电路110。所述涓流充电电路确保，中间蓄电器108的例如通过泄漏电流和/或自放电引起的少许放电得到防止或补偿。因此，涓流充电电路110仅需要设计为用于低功率。涓流充电电路110也通过供电网络供能。借助于电压测量器112来测量和检查中间蓄电器108的电压。所测量到的电压也能够给出关于中间蓄电器108的充电状态的说明。为了将蓄电器108在超出涓流充电电路110能够提供的范围中充电，设有充电设备，尤其是电源114，所述电源同样由供电网络馈电，这在图1中为了更好的概览未示出。为了实施中间蓄电器108的充电，设有充电开关116以及充电设备114。如果充电开关116闭合，那么中间蓄电器108能够被充电。根据本发明，现在此外还设有调节设备，所述调节设备相对于现有技术简化。为此提出，省去电源114。在图2中阐述一个相应的实施形式。调节设备I的所示出的电路包括伺服马达2，所述伺服马达经由作为直流斩波器工作的操控单元4操控。作为直流斩波器工作的操控单元4根据所示出的实施方式借助于脉冲宽度调制产生待控制的电流。为了操控伺服马达2，将相应的转换开关6和7以及26和27接通为，使得直流斩波器与伺服马达2有效电连接。在供电网络停电的情况下，借助于中间蓄电器8的能量进行伺服马达2的操控。转换开关6和7相应地为所述情况进行切换。为了实施涓流充电而设有涓流充电电路10。这样的涓流充电电路10通常情况下不设计为用于实施超出涓流充电的充电。因此，为了将中间蓄电器8完全或部分地超出涓流充电充电而提出，操控单元4即直流斩波器4用于对中间蓄电器8进行充电。借助于转换开关26和27能够形成在操控单元4和中间充电器8之间的有效电连接。在转换开关26和27的相应的开关位置中得出充电回路，电感构件、尤其是扼流圈28以及整流机构、尤其是二极管30串联地设置在所述充电回路中。此外，设有电流传感器32，所述电流传感器能够测量被控制用于对蓄电器8进行充电的充电电流。在正常运行时，当操控单元4操控伺服马达2时，电流传感器32也能够用于测量可能的操控电流。操控单元4优选应用脉冲宽度调制法，以便产生用于中间蓄电器8的充电电流。在这种情况下，首先——以原则上已知的方式——产生具有多个矩形脉冲的脉冲信号。为了使所述信号平滑，并且尤其也为了避免中间蓄电器上的损坏，电感构件28是适用的。一方面伺服马达2，并且另一方面中间蓄电器8具有完全不同的电特性，即伺服马达2基本上是电感的，而中间蓄电器8基本上具有电容特性。通过预接通电感构件28，其特性能够至少被补偿少许，这至少简化了所提出的操控单元双重利用方案，即使没有也首先使其成为可能了。同样优选的是，操控单元4 一方面适配于不同的要求，即操控伺服马达4，并且另一方面适配于中间蓄电器8的充电。示出为二极管且能够构造为二极管的整流机构30防止了中间蓄电器例如经由操控单元4的不期望的放电。
权利要求
1.用于调节风力发电机的转子叶片的调节设备(1)，包括: -用于运动所述转子叶片以调节迎角的伺服马达(2)； -用于用电流操控所述伺服马达(2)的操控单元(4)，其中，所述操控单元(4)连接到供电网络上；以及 -用于在所述供电网络发生故障的情况下对所述伺服马达(4)供应电流和用电流操控所述伺服马达的应急供电装置， 其中，所述应急供电装置具有用于储存电能的蓄电器(108)，以便提供用于操控所述伺服马达(2)的电流，并且其中，所述操控单元(4)设计为，用于对所述应急供电装置的所述蓄电器(8)充入电能。
2.如权利要求1所述的调节设备(1)，其特征在于，所述调节设备设有切换装置(26、27)，所述切换装置用于将所述操控单元(4)与所述应急蓄电装置的所述蓄电器(8)连接，以便对所述蓄电器(8 )进行充电。
3.如权利要求1或2所述的调节设备(1)，其特征在于，所述调节设备设有涓流充电单元(10)，所述涓流充电单元用于对所述蓄电器(8)有规律地再充入所述蓄电器(8)通过泄漏电流和/或自放电而放出的电能。
4.如上述权利要求之一所述的调节设备(1)，其特征在于，所述蓄电器(8)基本上由电容器和/或铅胶蓄电池和/或锂离子蓄电池构成。
5.如上述权利要求之一所述的调节设备(1)，其特征在于，电感元件(28)和/或整流机构(28 )串联在所述蓄电器(8 )和所述操控单元(4 )之间，以至于在借助于所述操控单元(4 )对所述蓄电器(8 )进行充电时，充电电流从所述操控单元(4 )流过所述电感元件(28 )或所述整流机构。
6.用于运行用于调节风力发电机的转子叶片的迎角的调节设备(I)的方法，包括下述步骤: -借助于伺服马达(2)运动所述转子叶片以便调节所述迎角； 其中，借助于连接到供电网络上的操控单元(4)对所述伺服马达(2)供应电流； -借助于所述操控单元(4)对应急供电装置的蓄电器(8 )充入电能；以及 -在所述供电网络发生故障的情况下，借助于所述应急供电装置从所述应急供电装置的所述蓄电器(8 )对所述伺服马达(2 )供应电流并且用电流操控所述伺服马达(2 )。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述蓄电器(8)在所述风力发电机开始运转时、在所述供电网络发生故障的情况下借助于所述应急供电装置操控所述伺服马达(2)之后和/或在所述蓄电器(8)目的明确地放电之后进行充电。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，使用如权利要求1至4中任一项所述的调节设备(I)。
9.具有如权利要求1至5之一所述的调节设备(I)的风力发电机。
全文摘要
本发明涉及一种用于调节风力发电机的转子叶片的迎角的调节设备，其包括用于运动所述转子叶片以调节迎角的伺服马达；用于用电流操控所述伺服马达的操控单元，其中，所述操控单元连接到供电网络上；用于在所述供电网络发生故障的情况下对所述伺服马达供应电流和用电流操控所述伺服马达的应急供电装置，其中，所述应急供电装置具有用于储存电能的蓄电器，以便提供用于操控所述伺服马达的所述电流，并且其中，所述操控单元设计为用于对所述应急供电装置的所述蓄电器充入电能。
文档编号F03D7/02GK103221686SQ201180056432
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者格奥尔格·伊登 申请人:乌本产权有限公司