能量获取设备的动力总成系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动力总成系统，该动力总成系统特别是用于能量获取设备、工业机器的驱动器、栗或类似物。
[0002]本发明此外涉及一种用于调节能量获取设备的动力总成系统的运行的方法，该动力总成系统具有与电网连接的电机。
【背景技术】
[0003]在风力发电设备领域中的技术开发此外导致越来越大的转子直径和塔高。因此，例如由于电网故障或强烈的风暴导致的大的功率波动引起在塔上的相应大的偏移，这又导致在整个设备上的高的负载。出于该原因，例如风力发电设备(所述风力发电设备为了实现可变的转子转速经常使用与完全变频器结合的交流发电机)利用大的电阻经由所谓的斩波器与完全变频器的直流中间电路连接，以便在负载突发地损失(例如在电网故障时)时可保持在转子上的负载并且以便可以避免转子叶片的快速调整。转子叶片的快速调整在负载快速损失时是必要的，以便避免转子的超速，但是可能导致转子推力的相应大的变化并且因此使塔强烈受载。塔越高，该问题越大。
[0004]类似的问题也可能在例如水力发电设备中出现，因为例如在持续较久的电网故障时涡轮由于失去负载而超速，这可能会产生对自身的损伤。同样对于用于工业应用的驱动器也有这样的运行状态，在这些运行状态下在例如短暂的时间段的电网失效时需要在驱动侧或从动侧的制动力矩，以便使系统进入安全状态。
[0005]用于识别设备故障直到设备静止状态或者到电网故障结束的持续时间可以持续高达数秒，从而需要对上述电阻的相应大地确定大小。
[0006]但是，为具有完全变频器的设备所描述的方法不能利用传统的(电磁的、流体静力学的和流体动力学的)差速器系统实现，因为在这些情况下发电机直接与电网连接。此夕卜，同样的内容也适于所谓的双馈三相电机。
[0007]W0 2013/166531 A1公开一种针对该问题的可能的解决方案，其方式为，在动力总成系统中设置紧急制动器和运行制动器。在此，动力总成系统的特征是，运行制动器例如设置在差速传动装置和发电机之间。但是W0 2013/166531 A1未公开，运行制动器如何可以经济地并且节约结构空间地集成到(例如具有双馈三相电机的风力发电设备的)动力系统中。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于解决上述任务。
[0009]该目的利用一种具有权利要求1的特征的动力总成系统实现。
[0010]通过将运行制动器的转子、特别是减速器设置在发电机的转子轴上，并且将定子设置在电机、例如发电机或发动机上、或者设置在传动机构上，运行制动器在动力总成系统中可以极其节约空间并且经济地集成。
[0011]利用一种具有权利要求23和/或权利要求24的特征的方法可以减小设备的负载。
[0012]本发明优选的实施方式是从属权利要求的主题。
【附图说明】
[0013]接下来参照附图阐述本发明的优选实施方式。
[0014]其中:
[0015]图1示出按照现有技术的具有双馈三相电机的风力发电设备的动力系统，
[0016]图2示出按照现有技术的具有差速器系统的风力发电设备的动力系统，
[0017]图3示出按照现有技术的在主传动机构和发电机之间的耦联器连接，
[0018]图4示出按照本发明的运行制动器连接于发电机，
[0019]图5示出运行制动器的按照本发明的并联的实施方式，
[0020]图6示出运行制动器在发电机壳体内的按照本发明的定位，
[0021]图7示出运行制动器连接于按照本发明的另一种实施方式的发电机，和
[0022]图8示出紧急制动器和运行制动器的按照本发明的结合。
【具体实施方式】
[0023]风力发电设备的转子功率由如下公式计算:
[0024]转子功率=转子面积*功率系数*空气密度/2*风速3
[0025]其中，功率系数与风力发电设备的转子的叶尖速比(=叶尖速度与风速的比值)有关。风力发电设备的转子为基于在开发过程中须确定的叶尖速比(大部分情形下是在7和9之间的值)的最佳功率系数而设计。由于该原因，在风力发电设备运行时在部分负载区域中设定相应小的转速，以确保最佳的气体动力学的有效系数。
[0026]按照上述公式，设备的输入功率与风速的三次方成正比。作用到设备上的推力与风速的平方成正比。但是二者此外也与设定的转子叶片角有关。因此，一旦转子叶片被朝向滑翔位置(Segelstellung)调整，推力和功率都趋于零。
[0027]图1示出一种用于按照现有技术来实现可变的转速的解决方案。风力发电设备的转子1借助于转子轴承2支承在电机框架中。转子1在大多数情形下是所谓的具有大部分可单独调整的转子叶片的三叶片转子。通过调整各转子叶片来调节设备的动力总成系统的输入功率或者可以通过将转子叶片朝向滑翔位置调整来尽可能无负载地关断该设备。为了能够将该设备可靠地关断，在大多数情形下单独调整各转子叶片，从而产生所需要的冗余度并且因此转子叶片调整也用作紧急制动器。
[0028]接下来，转子1驱动主传动机构3。该主传动机构3在大多数情形下由两个行星齿轮级和一个正齿轮级组成。但是，在此关于传动机构级的数量和类型有多个变型方案。主传动机构的快速运行的一侧大都借助于耦联器5与发电机6连接、在示出的实例中与双馈三相电机连接。出于安全原因，补充或备选于转子叶片调整而设置紧急制动器4，该紧急制动器在大多数情形下在主传动机构的快速运行的从动轴上的主传动机构3和发电机6之间设置并且该紧急制动器也可以仅实施为(例如用于维修工作的)停车制动器。紧急制动器4在大多数情形下是力锁合的设备、例如盘式制动器，但也可以实施为形锁合的设备、例如实施为转子锁定器。此外，紧急制动器4也可以定位在转子1和主传动机构3之间或者定位在发电机6上游或下游。紧急制动器4的主功能是，使设备在出现故障时或者为了保护人员而优选结合上述提到的转子叶片调整安全地进入停止状态。为此，紧急制动器4是自给自足的保护装置，该保护装置(基于有效的准则)在大多数情形下不需要承担其它的运行功能。未示出的转子叶片调整在理论上也可以单独地满足紧急制动器4的功能，其中，紧急制动器4在这种情况下可能是不需要的。发电机6在转子侧经由滑环7与(具有整流器和逆变器的)变频器8连接并且接下来通常经由变压器9连接到中压电网10上。变频器8具有如此调节在发电机6的转子中的电压和频率的功能，使得双馈三相电机可以转速可变地在电网10上运行。在定子侧，发电机6直接连接在变压器9上。
[0029]在各图的实例中，具有转子轴承2的转子1、主传动机构3、紧急制动器4、耦联器5和发电机6是所谓的动力系统的主要组成部分。在用于从海流、水力涡轮机或栗中获取能量的设备中，动力总成系统可以类似地构造，但是不必具有例如主传动机构3这样的部件或者也可以具有其它的部件。
[0030]由于在动力系统中的故障或者在取决于运行快速或紧急停止设备时或者在电网故障或失效时，发电机6不再可以减少功率并且出现功率扰动(Leistungseinbruch)。因此，驱动转子1的转矩使设备的动力系统进入超速。为了阻止损害设备的转速，理论上可以激活紧急制动器4，该紧急制动器在大多数情形下实施为盘式制动器。但是这在电网10弱的情况下经常失效，这也总是导致功率扰动。因此，出于技术安全原因，对于这种循环的运行状态不允许使用紧急制动器4。因此，在按照现有技术的设备中，通过快速调整转子叶片来阻止超速，从而可以避免紧急制动器4的激活。该方法的主要缺点在于，作用到设备上的推力由此也相应地快速减小，这首先导致设备的塔的高负载。另一个缺点在于，在短时间的电网失效时，这是具有短期再现的额定电压(LVRT，“低电压穿越”)的电网失效，可以持续得相对久，直到设备又达到在出现该电网故障之前所产生的功率水平，因为转子叶片调整必须又返回初始的工作位置，这时常比通过适用的电网输送规定所要求的时间持续地更久。由于这个原因，在W0 2013/166531 A1中规定一种运行制动器20，该运行制动器可以接纳设备(或者至少设备的部件的)的额定功率数秒并且可以转化成热量。由此得到的优点在于，在动力系统上的转矩暂时被保持并且因此不需要快速的转子叶片调整，从而作用到设备上的推力也不突然改变。此外，在电网再现时馈给电网的功率又快速调高，因为然后发电机又可以将功率快速馈给电网，而运行制动器20同时将制动力矩回调。在理想情况下，在动力总成系统上存在的转矩因此在短时间的电网电压扰动期间保持恒定。
[0031 ] 但是原则上按照本发明也可以足以将在电网故障的时刻的存在的转矩仅保持在这样一个范围内，该范围足以在缓慢的转子叶片调整时阻止转子1的超速。运行