專利名稱：具有一種自給自足地用于葉片調(diào)整裝置的能量供應(yīng)裝置的風(fēng)能設(shè)備的制作方法
具有一種自給自足地用于葉片調(diào)整裝置的 能量供應(yīng)裝置的風(fēng)能設(shè)備
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)通過具有可調(diào)整葉片的一個(gè)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的，用 于產(chǎn)生電能的風(fēng)能設(shè)備，其中設(shè)有一個(gè)節(jié)距調(diào)整裝置用來調(diào)整葉片，該 節(jié)距調(diào)整裝置具有一個(gè)緊急回路，該回路有一個(gè)電儲(chǔ)能器用于借助于葉 片伺服電機(jī)來操縱葉片。
由于安全方面的原因具有節(jié)距可調(diào)的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)能設(shè)備一般設(shè) 置用于，即使在電網(wǎng)有故障進(jìn)可以借助于一種自給自足的電儲(chǔ)能器來調(diào) 整轉(zhuǎn)子的葉片。為了在一種這樣的情況下能夠使風(fēng)能設(shè)備停機(jī)，設(shè)有一
個(gè)緊急驅(qū)動(dòng)裝置。由DE-B-103 35 575已知一種具有一個(gè)緊急驅(qū)動(dòng)裝置 的節(jié)距調(diào)整驅(qū)動(dòng)裝置，這緊急驅(qū)動(dòng)裝置具有一個(gè)蓄電池作為用于節(jié)距調(diào) 節(jié)驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立的電儲(chǔ)能器。蓄電池連接于變頻器，從而在故障情況下借 助于一個(gè)開關(guān)就使蓄電池與變頻器連接起來，并因此為操縱電動(dòng)機(jī)提供 必要的能量。但是業(yè)已表明，在緊急驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)一定的負(fù) 載狀態(tài)，在這些狀態(tài)下所要調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。那就形成一種 拖動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)在葉片伺服電機(jī)中產(chǎn)生電功率，因而產(chǎn)生以下危險(xiǎn)所 產(chǎn)生的電功率被反饋至蓄電池里。 一種這樣的反饋出于多種原因是不受 人歡迎的并可能引起損壞。在反饋時(shí)可能產(chǎn)生大的充電電流，這蓄電池 并不適合于這充電電流。通過來說，蓄電池的內(nèi)電阻在充電運(yùn)行時(shí)要高 于在放電時(shí)的，因此在充電時(shí)和尤其是在不受人歡迎的充電時(shí)，用高的 充電流可能會(huì)危險(xiǎn)地產(chǎn)生高的電池電壓。其它有害的作用在于在反饋 時(shí)可能造成葉片伺服電機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的或高。這可能使特性曲線發(fā)生移 動(dòng)并提高在節(jié)距調(diào)整裝置里的和作用于葉片上的載荷。
建議借助于一個(gè)斬波裝置消除這由葉片伺服電機(jī)在過載運(yùn)行 (Schiebebetrieb )時(shí)所產(chǎn)生的電功率，并因此防止蓄電池經(jīng)受有害的高 電流充電。為了控制制動(dòng)斬波器可以對電壓和在緊急回路中流動(dòng)的電流 進(jìn)行測量。但業(yè)已表明，在電壓控制運(yùn)行時(shí)太大的充電電流的問題可能 不一定在所有運(yùn)行狀態(tài)下都有。
本發(fā)明的任務(wù)是在開頭所述種類的 一種風(fēng)能設(shè)備中改善對電儲(chǔ)能 器的保護(hù)。按照本發(fā)明的解決方案在于獨(dú)立權(quán)利要求中的特征。有利的改進(jìn)設(shè) 計(jì)方案見從屬權(quán)利要求。
在具有 一個(gè)通過具有可調(diào)整的葉片的轉(zhuǎn)子來驅(qū)動(dòng)的，用于產(chǎn)生電能 的發(fā)電機(jī)的 一 種風(fēng)能設(shè)備中，其中設(shè)有 一 個(gè)節(jié)距調(diào)整裝置
(Pitchverstelleinrichtung)用來調(diào)整葉片，這種裝置使一個(gè)緊急回路與 一個(gè)電儲(chǔ)能器連接，用以借助儲(chǔ)能器操縱葉片，或者用于接地或者通向 另 一個(gè)適合的電流吸收電路。
如果在快速調(diào)整轉(zhuǎn)子的葉片時(shí)，尤其是向其可靠的旗標(biāo)位置
(Fahnenstellung)上，由于作用在葉片上的空氣動(dòng)力學(xué)的力而引起一種 拖動(dòng)狀態(tài)，那么葉片伺服電動(dòng)機(jī)就起到發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。它因此產(chǎn)生電流， 這電流似乎是向后流動(dòng)經(jīng)過緊急回路至電儲(chǔ)能器。但是電流到不了電儲(chǔ) 能器，而是借助于并聯(lián)分支被引出。本發(fā)明的核心在于以下構(gòu)思確定 這經(jīng)過并聯(lián)支路的電流大小，使它相應(yīng)于由葉片伺服電動(dòng)機(jī)在慣性運(yùn)行 時(shí)所產(chǎn)生的電流。本發(fā)明采用電流鏡達(dá)到這目的。因此使得反饋至電儲(chǔ) 能器里的電流可以為零，這電流相應(yīng)于由葉片伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電流和 經(jīng)過并聯(lián)支路流出的電流之差。那么實(shí)現(xiàn)了沒有反饋電流回流至蓄電 池里。本發(fā)明所基于的在并聯(lián)支路中采用電流鏡的思路因此按令人驚奇 的簡單方式用于針對反饋電流可靠地保護(hù)電儲(chǔ)能器。
此外電流鏡裝置可以這樣設(shè)計(jì)成其最簡單的形式，從而它具有一個(gè) 輸入和一個(gè)輸出，其中在輸入上接了 一個(gè)用于葉片伺服電機(jī)的反饋電流 的確定裝置，而在其出口處通過并聯(lián)分支確定電流。這可以使得由無源 的元器件以簡單的方式構(gòu)成電流鏡裝置。這不僅減少了制造所需的費(fèi) 用，而且由于不太復(fù)雜也可以保證運(yùn)行中的高可靠性。
但是也可以備選地或附加地規(guī)定這電流鏡裝置設(shè)有 一個(gè)有源的控 制部。為此適宜地這樣來設(shè)計(jì)電流鏡裝置，從而它與一個(gè)負(fù)載元件串聯(lián) 地具有一個(gè)可控制的開關(guān)元件，該元件借助于一個(gè)分開的控制部來操 縱。如果開關(guān)元件由控制部來觸發(fā)，其接通，因此在并聯(lián)支路里電流可 以流過負(fù)載元件；如果開關(guān)元件沒有被觸發(fā)，那么它就打開，而電流在 并聯(lián)支路里中斷?？刂撇坎灰欢ǚ堑靡鞒煽臻g分開的單元，而且也可 以同樣良好地集成在一個(gè)已有的控制單元里，例如象一個(gè)一般來說反正 設(shè)有的運(yùn)行管理控制單元里。
控制部適宜地具有一個(gè)節(jié)拍發(fā)生器，它尤其是可以作成脈寬調(diào)制器
5(PWM)。這就可以簡單地為開關(guān)元件產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。尤其是一個(gè) 脈寬調(diào)制器可以允許用一個(gè)固定頻率，例如4KHz來觸發(fā)開關(guān)元件，而 且通過節(jié)拍比來確定通過并聯(lián)支路要引出的電流。因此在脈寬調(diào)制器的 占空比和并聯(lián)分支中電流之間存在 一 種線性關(guān)系。如果設(shè)有附加的調(diào)節(jié) 裝置，那么 一種這樣線性的傳輸性能則是特別有利的。
適宜地在控制部上連接一個(gè)用于反饋電流的確定裝置。這里至少是 指一種用于葉片伺服電機(jī)的電流的測量傳感器。但是不應(yīng)排除代替一 種對電流的直接測量，而通過由其它在一定條件下更容易測得的參數(shù)的 計(jì)算，間接確定反饋電流的值被形成。
按照本發(fā)明的 一 種優(yōu)選的實(shí)施形式，它在 一 定條件下理用于獨(dú)立的 保護(hù)，控制部提供了附加的功能，它們超出了純粹的電流鏡功能。在這 種稱為"修正的電流鏡"的本發(fā)明的方案中尤其可以設(shè)計(jì)規(guī)定電流鏡的 傳遞函數(shù)具有一個(gè)偏移或者可以關(guān)于其斜率變化。為此適宜地設(shè)有一個(gè) 偏移模塊，它設(shè)計(jì)用于設(shè)定在緊急運(yùn)行時(shí)通過并聯(lián)支路的基本電流。所 謂基本電流這里是指這樣的電流，它與葉片伺服電動(dòng)機(jī)是否被牽引并因 此產(chǎn)生反饋電流無關(guān)，地流過并聯(lián)支路。所謂緊急運(yùn)行這里是指這樣的 運(yùn)行類型，在此運(yùn)行類型中電儲(chǔ)能裝置提供電能用來操縱葉片伺服電動(dòng) 機(jī)。這由偏移模塊所引起的基本電流起的作用是在緊急運(yùn)行中總是要 消耗一點(diǎn)功率，因此降低了電儲(chǔ)能器的電壓。這尤其是造成了電壓從 充電中止電壓出發(fā)迅速地減小到名義電壓。因此形成了一個(gè)附加的緩沖 區(qū)，這個(gè)區(qū)在由于葉片伺服電機(jī)被牽引而使電流反饋時(shí)保護(hù)了電儲(chǔ)能 器，防止了過過壓。
為了尤其是在這樣一些情況下避免電儲(chǔ)能器受到不受歡迎的負(fù)載， 在這些情況下葉片伺服電機(jī)必須用高的功率來調(diào)整葉片，適宜地可以設(shè) 有一個(gè)消隱裝置(Austastdnrichtung),這裝置設(shè)計(jì)用于在葉片伺服電 機(jī)為滿負(fù)荷時(shí)減小基本電流。通過減小基本電流，可以一直到零值，就 可以實(shí)現(xiàn)在這樣 一 些情況下全部的由電儲(chǔ)能器所提供的電流流入到葉 片伺服電機(jī)里，并因此提供了最大的功率。
適宜地還可以設(shè)計(jì)規(guī)定控制系統(tǒng)具有一個(gè)斜率調(diào)整模塊，這模塊 設(shè)計(jì)用于線性地加強(qiáng)在并聯(lián)支路中的鏡電流。因此就可以提高在并聯(lián)支 路中的電流和葉片伺服電機(jī)的反饋電流之間的比例。因此可以形成 一 個(gè) 緩沖用于補(bǔ)償這由于并不是最佳地確定反饋電流而產(chǎn)生的公差。這尤其是可以為確定反饋電流也采用不是很高級(jí)的測量裝置，或者間接地由其 它的，適宜地反正就存在有的測量參數(shù)來產(chǎn)生反々貴電流。
控制部還可以優(yōu)先地具有 一個(gè)閾值模塊，它設(shè)計(jì)用于這樣來觸發(fā)開 關(guān)元件，從而使并聯(lián)支路里的一種可調(diào)整的最大電流不被超過。因此即 使在極端情況下也能可靠地阻止在并聯(lián)支路中的部件受到過載。因此可 以克服按照本發(fā)明的電流鏡失效的危險(xiǎn)和緊急運(yùn)行時(shí)電儲(chǔ)能器的倉促 失效或者說節(jié)距調(diào)節(jié)的不受歡迎的特性曲線變化的由此引起的風(fēng)險(xiǎn)。
控制部更適宜地還具有一個(gè)用于儲(chǔ)能器的補(bǔ)償模塊，它設(shè)計(jì)用于， 取決其充電狀態(tài)修正鏡電流。如果作為負(fù)載元件在并聯(lián)支路中設(shè)有了 一 個(gè)電阻，那么這流過它的電流不僅取決于開關(guān)元件的操縱，而且也取決 于電儲(chǔ)能器的電壓。當(dāng)電池電壓下降時(shí)，這造成并聯(lián)支路中電流相應(yīng)的 降低。為了阻止一個(gè)太小的電流在并聯(lián)支路中流動(dòng)，設(shè)有補(bǔ)償模塊，這 模塊取決于實(shí)際的電壓而使開關(guān)元件的觸發(fā)信號(hào)發(fā)生變化，從而在并聯(lián) 支路里可以實(shí)現(xiàn)較大的電流。在理想情況下設(shè)定補(bǔ)償模塊，從而使并聯(lián) 支路里的電流與電儲(chǔ)能器的實(shí)際電壓無關(guān)。為了能夠來實(shí)現(xiàn)它，優(yōu)選可 在電儲(chǔ)能器上設(shè)有一個(gè)電壓測量裝置。
控制部優(yōu)選還具有一個(gè)保護(hù)模塊，它設(shè)計(jì)用于取決于負(fù)載元件的負(fù) 載狀態(tài)來減小鏡電流。這被負(fù)載元件消耗的引入并聯(lián)支路中的電功率， 成平方地取決于電流。尤其是在大電流時(shí)則使所要接受的電功率大大升 高。這可能導(dǎo)致并聯(lián)支路中部件發(fā)生過載，尤其是負(fù)載元件的過載。尤 其是存在有熱過載的危險(xiǎn)，這樣可以容易地引起負(fù)載元件的失效，并因 此使并聯(lián)支路失效。為了克服這種情況，保護(hù)模塊對負(fù)載元件的負(fù)載狀 態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并且在必要時(shí)用于減小并聯(lián)支路中的電流。為了監(jiān)測負(fù)載 元件適宜地設(shè)有一個(gè)測溫裝置。如果負(fù)載元件作成一個(gè)制動(dòng)電阻，那這 尤其適合。因此為負(fù)載狀況提供了一種簡單而直接的測量方案。但是也
可以備選地設(shè)計(jì)規(guī)定為了避免附加的傳感器裝置，設(shè)計(jì)一種用于負(fù)載 狀態(tài)的估算裝置。它設(shè)計(jì)用于由電儲(chǔ)能器的一種電壓信號(hào)和控制部的觸 發(fā)信號(hào)求出一個(gè)用于儲(chǔ)能器的熱負(fù)載狀態(tài)的度量。為了不僅在短時(shí)作用 的載荷峰值時(shí)，而且也在較長時(shí)間上作用的負(fù)載時(shí)能夠更好地求出負(fù)載
元件的載荷狀態(tài)，估算裝置適宜地具有一個(gè)低通元件。該元件的時(shí)間常 數(shù)被選擇，使它相應(yīng)于負(fù)載元件的熱時(shí)間常數(shù)。因此可以按簡單而適宜 的方式提供集成的功能，以便也能夠在較長的時(shí)間范圍上檢測由負(fù)載元
7件所承受的載荷。此外還設(shè)有一種比較裝置，在其一個(gè)輸入上加有低通 元件的一個(gè)輸出，在其另一個(gè)輸入上加上一個(gè)溫度極限值信號(hào)。這設(shè)計(jì) 用于當(dāng)超過極限溫度時(shí)輸出 一個(gè)輸出信號(hào)，因而保護(hù)模塊就減小了流過 并聯(lián)支路的電流或者甚至降到零。
本發(fā)明還涉及一種具有獨(dú)立的方法權(quán)利要求所述特征的方法，為了 說明作用原理或可以能見以前的敘述。
以下參見附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明，在這附圖中表示出了有利的實(shí)施
例。所示為


圖1: 一個(gè)按照本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備的簡略圖； 圖2:按照第一實(shí)施例的一種節(jié)距調(diào)整裝置的簡圖； 圖3:按照第二實(shí)施例的一種節(jié)距調(diào)整裝置的簡圖； 圖4:按照圖3所示實(shí)施例的一種電流鏡裝置； 圖5:按照圖2所示實(shí)施例的一種電流鏡裝置； 圖6:用于第2實(shí)施例的一種控制部的簡圖； 圖7: —種保護(hù)模塊的簡圖； 圖8:控制裝置的功能圖9至11:不同地調(diào)整設(shè)定的電流鏡裝置的特性曲線；
圖12:表示出電流鏡特性和一個(gè)對應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)的一個(gè)特性線對；
和
圖13:緊急回路中的電流特性曲線。
一個(gè)按照本發(fā)明的，總體用附圖標(biāo)記1表示的風(fēng)能設(shè)備包括有一個(gè) 塔10，塔具有一個(gè)在方位平面里可以旋轉(zhuǎn)的布置在塔上端的架空艙11。 在架空艙11的一個(gè)端面?zhèn)壬显O(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)子2,它通過轉(zhuǎn)子軸20可以旋 轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子2包括有多個(gè)(在所示實(shí)例中為2)轉(zhuǎn)子葉片21。 一個(gè)轉(zhuǎn)子葉 片輪轂22將轉(zhuǎn)子葉片21與轉(zhuǎn)子軸20連接起來。這個(gè)軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)布置 在架空艙11里的發(fā)電機(jī)13用于產(chǎn)生電能。電能被送給一個(gè)變換器14 并通過三相線路(圖中僅表示一個(gè)相)15和變壓器16輸出給電網(wǎng)9。 在架空艙11里還布置有一個(gè)風(fēng)能設(shè)備1的控制裝置18。它以本身就已 知的方式用于運(yùn)行管理風(fēng)能設(shè)備。
轉(zhuǎn)子葉片21關(guān)于其安裝角(Anstellwinkel) e可以調(diào)整地布置在輪 轂22上。為了調(diào)整安裝角設(shè)有一個(gè)節(jié)距調(diào)整裝置3。它包括有布置在各 自的轉(zhuǎn)子葉片21的根部范圍里的葉片伺服電動(dòng)機(jī)55。節(jié)距調(diào)整裝置具
8有一個(gè)緊急調(diào)整模塊5。這個(gè)模塊5設(shè)計(jì)用于即使當(dāng)電網(wǎng)9失效時(shí)或者 在轉(zhuǎn)子葉片輪轂22的能量供應(yīng)裝置有故障時(shí)也能對轉(zhuǎn)子葉片21進(jìn)行緊 急調(diào)整。為了對此提供足夠的電能，在轉(zhuǎn)子葉片輪轂22里設(shè)有一個(gè)自 給自足的電儲(chǔ)能器，它在所示的實(shí)施例中作成一個(gè)蓄電池50。
緊急運(yùn)行時(shí)節(jié)距調(diào)整裝置的構(gòu)造和作用原理參考圖2加以說明。用 于緊急運(yùn)行的總體用附圖標(biāo)記5表示的節(jié)距調(diào)整裝置，它包括有一個(gè)電 池接觸器51,通過這接觸器使蓄電池50與連接線路52,并進(jìn)一步通過 一個(gè)電動(dòng)機(jī)接觸器54與葉片伺服電動(dòng)機(jī)55連接。設(shè)計(jì)規(guī)定了在緊急 運(yùn)行時(shí)使節(jié)距調(diào)整裝置5如下運(yùn)行。由蓄電池50所提供的電能流過電 池接觸器51和連接線路52至電動(dòng)機(jī)接觸器54,然后至葉片伺服電動(dòng)機(jī) 55。這樣被電流過的電動(dòng)機(jī)就使配屬于它的轉(zhuǎn)子葉片21 (或是在一種中 央節(jié)距電動(dòng)機(jī)情況下多個(gè)配屬于它的轉(zhuǎn)子葉片21)旋轉(zhuǎn)，也就是說至轉(zhuǎn) 子葉片21的規(guī)定使風(fēng)能設(shè)備停機(jī)的旗標(biāo)位置(Fahnenstellung)上。由 于作用在轉(zhuǎn)子葉片21上的風(fēng)力就可以產(chǎn)生出空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載，因而使 轉(zhuǎn)子葉片21在旗標(biāo)位置的方向上運(yùn)動(dòng)得比對應(yīng)于葉片伺服電動(dòng)機(jī)55的 轉(zhuǎn)速更快。因而葉片伺服電動(dòng)機(jī)55進(jìn)入一種拖動(dòng)運(yùn)行。它在這種拖動(dòng) 運(yùn)行時(shí)如一個(gè)發(fā)電機(jī)那樣起作用。它可以產(chǎn)生一個(gè)電流，該電流在圖2 表示為電動(dòng)機(jī)電流IMR。通常這種由葉片伺服電動(dòng)才幾55在拖動(dòng)運(yùn)行時(shí)所 產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)電流通過連接線路52和電池接觸器51被引入蓄電池50 里。蓄電池50因此進(jìn)行充電。因?yàn)檫@里可以是相對較高的電流，因此 存在著蓄電池50受到有害的大電流充電的危險(xiǎn)。危險(xiǎn)還有在拖動(dòng)運(yùn) 行時(shí)引起葉片伺服電動(dòng)機(jī)55中的磁飽和，因而可能會(huì)使其運(yùn)行特性曲 線如此地移動(dòng)，以至于其空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不受歡迎地升高。
為了克服這種情況，按照本發(fā)明設(shè)有一個(gè)電流鏡裝置6。它如此地 連接，即在連接線路52之間放置一個(gè)并聯(lián)支路60。在這并聯(lián)支路60里 布置了一個(gè)電流鏡裝置6。電流鏡裝置6的構(gòu)造和作用原理在下面作詳 細(xì)i兌明。
一種特別筒單的，但對于按照本發(fā)明的目的來說完全足夠的，具有 無源元器件的一種電流鏡裝置的實(shí)施形式，正如它在圖3中示意示出和 圖4中詳細(xì)示出的那樣，用來進(jìn)行說明。 一種這樣的無源電流鏡裝置6， 只包括有電阻和晶體管。借助于一個(gè)電流傳感器61來測量流過連接線 路52的電動(dòng)機(jī)反饋電流。如果電流傳感器61設(shè)計(jì)成一個(gè)變換比為500:1的變換器的話，那是適宜的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反饋電流例如為50A時(shí)，它產(chǎn)生 一個(gè)控制電流0.1A。測量傳感器61連接在一個(gè)晶體管77，的集電極上， 晶體管的發(fā)射極通過一個(gè)電阻76，與地連接。與晶體管77，的基極相連的 是一個(gè)通向集電極的電阻75，以及一個(gè)控制接頭78，。這種電路使得在控 制接頭78，上產(chǎn)生一個(gè)取決于測量傳感器61的電流的電壓。此外設(shè)有一 個(gè)開關(guān)晶體管73，。它優(yōu)先作成一種達(dá)林登-功率晶體管(由于對稱的原 因晶體管77，適宜地同樣也是一種達(dá)林登-功率晶體管)。開關(guān)晶體管用 其集電極與連接線路52相連，并用其發(fā)射極通過一個(gè)負(fù)載電阻71，接地。 因此開關(guān)晶體管73'的集電極-發(fā)射極段就構(gòu)成蓄電池50的一個(gè)并聯(lián)支 路60。控制接頭78，接在開關(guān)晶體管73，的基極上。因此晶體管77，和開 關(guān)晶體管73，就具有一個(gè)共同的基極電位。負(fù)載電阻71，就電阻75，來說 具有一個(gè)對應(yīng)于反的變換比的電阻值。這意味著用上面的變換比500:1 和一個(gè)舉例而言的電阻76，的電阻為50。，那負(fù)載電阻71，的值為O.IQ。 按圖4所示的電流鏡裝置6，是一種傳統(tǒng)的電流鏡電路，它設(shè)計(jì)用來用其 一個(gè)包含有晶體管77，的分支來檢測這由葉片伺服電動(dòng)機(jī)55在拖動(dòng)運(yùn)行 時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)電流lMR,并通過另一個(gè)包含有負(fù)載晶體管73，的分支 將相同大小的電流Is通過并聯(lián)分支60引出。在理想情況下這意味著 整個(gè)由葉片伺服電動(dòng)機(jī)50在拖動(dòng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的電流由于電流鏡裝置 6，而通過并聯(lián)支路60坤皮引出。因此沒有電流流至蓄電池50，也就是說 電流IBR為零。蓄電池50因此防止了通過在拖動(dòng)運(yùn)行中運(yùn)行的葉片伺服 電動(dòng)機(jī)55而產(chǎn)生的不受人歡迎的大電流充電。此外還由于這由葉片伺 服電動(dòng)機(jī)55在拖動(dòng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電流按照本發(fā)明的導(dǎo)出使連接線路52 之間的電壓和因此即使在拖動(dòng)運(yùn)行時(shí)在葉片伺服電動(dòng)機(jī)55上的電壓也 不升高。因此克服了由于磁飽和現(xiàn)象在拖動(dòng)運(yùn)行時(shí)的葉片伺服電動(dòng)機(jī)55 的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的不受人歡迎的升高。
在許多情況下一種這樣簡單的電流鏡裝置6，，如它在圖3中所示的 那樣，對于保護(hù)蓄電池50和在緊急運(yùn)行時(shí)對于保持有利的運(yùn)行特性來 說是足夠的。按照本發(fā)明的一個(gè)特別有利的方面，這個(gè)方面在一定條件 下用于獨(dú)立的保護(hù)，但也可以設(shè)有一種擴(kuò)展的電流鏡裝置6。它包括有 一個(gè)有源的控制部8,控制部操縱一個(gè)布置在并聯(lián)支路60里的開關(guān)元件 7。應(yīng)該指出控制部8不必一定要作成一個(gè)分開的單元，而是可以很 好地集成在一個(gè)已有的用于運(yùn)行管理的控制裝置18里。首先應(yīng)該說明開關(guān)元件7的構(gòu)造。它沿著并聯(lián)分支60包括有一個(gè) 負(fù)載電阻71和一個(gè)與之串聯(lián)布置的半導(dǎo)體開關(guān)73,這開關(guān)73優(yōu)選作成 一個(gè)IGBT。此外為了防止電壓峰值在負(fù)載電阻71上設(shè)有一個(gè)空轉(zhuǎn)二極 管72。此外還設(shè)計(jì)有一個(gè)電容器79,它用于使通過半導(dǎo)體開關(guān)形成節(jié) 拍的電流均勻。負(fù)載電阻71 —方面用于消耗這流過并聯(lián)支路60的電功 率，而另一方面它用于保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)73以防止過載。這意味著負(fù) 載電阻71的值至少必須選擇得如此之大，以至于在蓄電池50最大電壓 時(shí)半導(dǎo)體開關(guān)73的許可的最大電流不被超過。另一方面電阻必須選得 足夠地小，以便即使當(dāng)蓄電池50的電壓減小時(shí)總是還通過并聯(lián)支路60 實(shí)現(xiàn)一種最小電流。對于一種具有端電壓為320V,內(nèi)電阻為0.5Q的蓄 電池的節(jié)距調(diào)整裝置來說，電阻值為11=10。是有利的。用作為半導(dǎo)體 開關(guān)73的IGBT具有一個(gè)控制接頭78。在這接頭上連接了擴(kuò)展的電流 鏡裝置6的控制裝置。
控制部8具有一個(gè)主模塊80以及作為輸出級(jí)的一個(gè)節(jié)拍發(fā)生器， 后者優(yōu)選作成脈寬調(diào)制器89。脈沖寬調(diào)制器89的輸出通過一根連接線 路88將一個(gè)輸出信號(hào)A引至半導(dǎo)體開關(guān)元件73的控制輸入端78上。 脈寬調(diào)制器89設(shè)計(jì)用于由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的控制信號(hào)S (此值可以假定在0 和1之間)產(chǎn)生一個(gè)頻率例如為4 KHz的節(jié)拍信號(hào)，并且取決于標(biāo)準(zhǔn)化 的控制信號(hào)的大小使節(jié)拍信號(hào)的占空比在0和100%之間變化。脈寬調(diào) 制器89優(yōu)選進(jìn)行一種線性的轉(zhuǎn)換。作為輸入信號(hào)在主模塊80上分別設(shè) 有一個(gè)測量傳感器用于電動(dòng)機(jī)反饋電流61和用于電壓62。主模塊80這 樣地工作，以至于其基于這用傳感器61所測量的電流值求出脈寬調(diào)制 器89用的控制信號(hào)S,其中可以考慮不同的修正系數(shù)。 一個(gè)修正系數(shù)是 設(shè)定偏移。為此設(shè)有一個(gè)偏移模塊83。通過借助于偏移模塊83可以實(shí) 現(xiàn)對偏移的設(shè)定當(dāng)葉片伺服電動(dòng)機(jī)55沒有進(jìn)入拖拉運(yùn)行時(shí)， 一定的 電流(偏移電流)也流過并聯(lián)分支60。用偏移電流4吏蓄電池50 ^見定地 加載。這有所希望的效果蓄電池50上的電壓可以迅速地由比較高的 充電中止電壓被降低到名義電壓，名義電壓形成了蓄電池50的一個(gè)穩(wěn) 定運(yùn)行點(diǎn)，這是因?yàn)殡妷涸谛铍姵?0繼續(xù)放電時(shí)只是慢慢地變小。適 宜地， 一個(gè)消隱模塊84與偏移模塊83共同作用。其設(shè)計(jì)用來，在蓄電 池50的高負(fù)載時(shí)降低偏移電流，也就是說在必要時(shí)一直降低到數(shù)值為 零。因此確保了蓄電池50全部功率都提供使用，如果需要它來驅(qū)動(dòng)葉片伺服電動(dòng)機(jī)55的話。
另外還設(shè)有一個(gè)斜率調(diào)整模塊85。它用于，使并聯(lián)支路60中的鏡 電流與這由葉片伺服電動(dòng)機(jī)55所產(chǎn)生的反饋電流的比成線性變化。一 般情況下這種變化意味著鏡電流的升高，但不應(yīng)該完全排除其降低。隨 著借助于斜率調(diào)整模塊85使鏡電流的升高，對于關(guān)于反饋電流測量或 其它參數(shù)的公差來說可以產(chǎn)生一種緩沖。因此確保了即使受到公差或 測量精度的影響并聯(lián)支路中的電流也總是足夠大以接收由葉片伺服電 動(dòng)機(jī)55所產(chǎn)生的反饋電流。因此即使在不利的情況下也確保了蓄電 池50并不通過反饋電流來充電。
另外更加適宜地可以設(shè)有一個(gè)補(bǔ)償模塊82。它設(shè)計(jì)用來在控制信號(hào) 的計(jì)算中加入一個(gè)修正系數(shù)，以補(bǔ)償蓄電池50的實(shí)際電壓的波動(dòng)。因 此可以根據(jù)蓄電池50的變化的電壓來平衡并聯(lián)支路60中電流的波動(dòng)。 為了檢測蓄電池50的電壓，補(bǔ)償^t塊82適宜地與電壓傳感器62連接。
另外可以在主模塊80里設(shè)有一個(gè)保護(hù)模塊81。它設(shè)計(jì)用來，根據(jù) 于負(fù)載電阻71的載荷狀態(tài)減小并聯(lián)支路60中的電流。為此可以在負(fù)載 電阻上布置一個(gè)溫度傳感器74。如果負(fù)載電阻71上的溫度預(yù)示著要超 過一個(gè)不許可的高的值，并因此使負(fù)載電阻71過載的話，那就借助于 保護(hù)模塊81在必要時(shí)限制住這在并聯(lián)支路60里的鏡電流。這基于以下 認(rèn)識(shí)容忍鏡電流暫時(shí)地降低可能比總體上由于負(fù)載電阻71的破壞來 冒鏡裝置失效的風(fēng)險(xiǎn)更為有利。但是不一定必需將一種費(fèi)用高的溫度傳 感器74應(yīng)用于負(fù)載電阻71。也可以設(shè)計(jì)規(guī)定由已有的測量值來估計(jì) 負(fù)載電阻71的負(fù)載狀態(tài)。為此可以設(shè)置一種相應(yīng)的評(píng)估裝置86。
圖7表示了一個(gè)簡圖。它包括有對蓄電池50電壓的測量，優(yōu)選借 助于測量感器62,此外還借助于開關(guān)元件73，例如線路88的來檢測觸 發(fā)信號(hào)A?；谶@些輸入?yún)?shù)值，計(jì)算單元811求出一個(gè)功率信號(hào)，例 如通過所測量電壓的平方除以負(fù)載電阻71的值乘以觸發(fā)信號(hào)A的占空 比。這是在負(fù)載電阻71里所消耗功率的一個(gè)度量。借助于一個(gè)乘法構(gòu) 件812可以在考慮到熱電阻的一個(gè)參數(shù)的情況下確定一個(gè)溫差信號(hào)AT。 它是理論上得出的穩(wěn)態(tài)的溫度升高的 一個(gè)度量。為了考慮到動(dòng)態(tài)性的情 況可以設(shè)有一個(gè)低通構(gòu)件813,它考慮到負(fù)載電阻71的熱時(shí)間常數(shù)。在 其輸出處則是動(dòng)態(tài)溫升的一個(gè)度量。它被加在一個(gè)比較器814的一個(gè)輸 入處，在其另一個(gè)輸入處則是許可的極限溫升ATn^的一個(gè)度量。如果實(shí)際的動(dòng)態(tài)溫升超過這個(gè)極限值，那么比較器就輸出一個(gè)信號(hào)，因此使 保護(hù)模塊81啟動(dòng)。用這種計(jì)算對于負(fù)載電阻71來說不需要附加的溫度
傳感器74。
主模塊80的基本作用原理總結(jié)地表示于圖8中。電動(dòng)機(jī)反饋電流 lMR的一個(gè)程度用作為輸入?yún)?shù)量。借助于偏移模塊83將一個(gè)附加流動(dòng) 的基本電流G加到并聯(lián)支路60里。借助于斜率調(diào)整模塊85對于電流鏡 特性曲線的放大系數(shù)k進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。如果將標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)值應(yīng)用于計(jì) 算，那么限制于0和1之間的范圍里。借助于補(bǔ)償模塊82考慮了蓄電 池50的電壓從名義電壓起的降低。這引起控制信號(hào)S的升高和因此在 蓄電池50的電壓下降時(shí)觸發(fā)信號(hào)A的升高。在重新限定于O和l之間 的范圍之后形成一個(gè)主模塊80的輸出信號(hào)S。它加在脈寬調(diào)制器89的 輸入上。這由標(biāo)準(zhǔn)化的控制信號(hào)S形成固定頻率的觸發(fā)信號(hào)A,其占空 比由控制信號(hào)的大小來確定。
以下根據(jù)不同的特性曲線說明按本發(fā)明的擴(kuò)展的電流鏡考慮了和 沒有考慮到附加模塊地能按何種方式運(yùn)行。
在圖9中表示了一個(gè)純粹的電流鏡的特性曲線，如其例如在按圖3 的簡單的實(shí)施形式中形成的那樣。橫座標(biāo)是電動(dòng)機(jī)反饋電 流Imr, 其為
標(biāo)〉1M匕的^直,纟從座標(biāo)是并l關(guān)支^各里的電流is, 同樣也作為標(biāo)準(zhǔn)化的值。
如果沒有反饋電流lMR流動(dòng)，那么其值也就是O或較小，那么相應(yīng)地流
過并聯(lián)支路60的鏡電流同樣也是O。若反饋電 流Imr 升高，那么流過并 聯(lián)支路60的鏡電流Is線性地增大，直至最后分別達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。采用電 流鏡的這種基本功能確保了對蓄電池50的保護(hù)，防止了在拖動(dòng)運(yùn)行時(shí) 有害的大電流充電。
在圖10中表示了按圖2所示一個(gè)擴(kuò)展的電流鏡的特性曲線。如同 在圖9中所示那樣，電動(dòng)機(jī)反饋電流和并聯(lián)支路中的電流都標(biāo)準(zhǔn)化了 。 此外還設(shè)有偏移模塊83。它使特性曲線在圖中向左移動(dòng)。這意味著即 使當(dāng)電動(dòng)機(jī)反饋電流IMR為0時(shí)，也有一個(gè)電流(在所示例中為一個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)化的電流)在并聯(lián)支路60里流動(dòng)，其大小為0.2。如果附加地出現(xiàn)一 個(gè)電動(dòng)機(jī)反饋電流，那么并聯(lián)支路60中的電流由于電流鏡裝置6而相 應(yīng)地成線性增加。
在圖11中表示了另一種方案，它們?nèi)缤趫D9中所示那樣，電動(dòng) 機(jī)反饋電流和并聯(lián)支路中的電流都標(biāo)準(zhǔn)化了 。這里附加地設(shè)有一個(gè)斜率
13調(diào)整^t塊85。這造成了當(dāng)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反饋電流時(shí)就使鏡電流加強(qiáng)一個(gè) 常系數(shù)。因此比用葉片伺服電動(dòng)機(jī)55在拖動(dòng)狀態(tài)下所產(chǎn)生的有更多的 電流流過并聯(lián)支路60。因此可以實(shí)現(xiàn)即使考慮了公差也沒有反饋電流 流向蓄電池50。
在圖12 a)中表示了一個(gè)特性曲線，如它在考慮了偏移模塊83和補(bǔ) 償模塊87時(shí)所形成的那樣。由于偏移模塊83,特性曲線向左移動(dòng)(與 虛線升高的特性曲線比較)。另外設(shè)有了補(bǔ)償模塊81。這造成了當(dāng)蓄 電池50的電壓低于名義電壓時(shí)，并聯(lián)支路60中的電流完全保持住，而 且并不對應(yīng)于較小的電壓而降低。在圖12 b)中表示了對應(yīng)的控制信號(hào) S，它從主模塊80傳送至脈寬調(diào)制器89里。實(shí)線表示了當(dāng)蓄電池50的 電壓相當(dāng)于名義電壓時(shí)的情況，而虛線則表示了當(dāng)電壓較小時(shí)的情況。
在圖13中最后舉例表示出二個(gè)在圖2和3中所示的實(shí)施形式的作 用。實(shí)線表示了按圖3所示的實(shí)施形式，它具有一種簡單的電流鏡。只 要葉片伺服電動(dòng)機(jī)55接收來自蓄電池50的電流(I嫩為負(fù)的)，那就 沒有電流Is在并聯(lián)支路60中流動(dòng)(見圖a)， b)和c)的左邊部分的實(shí)線曲
線)。只有當(dāng)電動(dòng)機(jī)反饋電流IMR變?yōu)檎模遣庞幸粋€(gè)鏡電流Is流過
并聯(lián)支路60。其大小準(zhǔn)確地相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)反饋電流的正的部分，因此沒 有電流流向蓄電池50 (見曲線a) ,b)和c)的中間部分)。-這右面部位 相當(dāng)于左面部位。
用點(diǎn)劃的曲線表示了在按圖2所示的第二種實(shí)施形式中的并聯(lián)支路 里的電流。在這種實(shí)施形式中，它具有所謂"擴(kuò)展的電流鏡"，由于偏移 模塊83,就總是有一個(gè)基本電流流過并聯(lián)支路60，如果葉片伺服電動(dòng) 機(jī)55在拖動(dòng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生一個(gè)反饋電流IMR的話，或者如果驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 電流-1慮超過了標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)機(jī)電流的一個(gè)數(shù)值-0.2的話。因此就確保 了 即^f吏當(dāng)電動(dòng)才幾為拖動(dòng)運(yùn)行時(shí)也有一個(gè)放電電流乂人蓄電池50里流出。
1權(quán)利要求
1. 風(fēng)能設(shè)備，具有通過具有可調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片(21)的轉(zhuǎn)子(2)來驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(13)用于產(chǎn)生電能，其中設(shè)有節(jié)距調(diào)整裝置(3)用于調(diào)整葉片，其包括有緊急回路(5)，緊急回路具有電儲(chǔ)能器(50)用來操縱葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)，其特征在于，并行于儲(chǔ)能器(50)設(shè)有具有電流鏡裝置(6，6’)的并聯(lián)支路(60)，電流鏡裝置(6，6’)被設(shè)計(jì)，以便取決于葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)的反饋電流來控制并聯(lián)支路(60)中的電流。
2. 按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，電流鏡裝置(6，)具有輸入和輸出，其中在輸入處接有用來確定葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)的反饋電流的裝置，并且輸出確定了經(jīng)過并聯(lián)支路(60)的電流。
3. 按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，電流鏡裝置(6)具有負(fù)載元件(71)和串聯(lián)的開關(guān)元件(73),后者借助于分開的控制部(8)進(jìn)行操縱。
4. 按權(quán)利要求3所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，控制部(8)具有脈寬調(diào)制器(89)。
5. 按權(quán)利要求3或4所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，控制部(8 )具有用于葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)的反饋電流的確定裝置(81)。
6. 按權(quán)利要求3至5中之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，控制部具有偏移模塊(83)，它設(shè)計(jì)用來在緊急運(yùn)行時(shí)在并聯(lián)支路(60)里調(diào)定基本電流。
7. 按權(quán)利要求6所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，偏移模塊(83)具有去隱裝置(84),它設(shè)計(jì)用于在葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)滿載時(shí)降低基本電流。
8. 按權(quán)利要求3至7中之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，控制部具有斜率調(diào)整模塊(85),它設(shè)計(jì)用于線性地加強(qiáng)在并聯(lián)支路中的電流。
9. 按權(quán)利要求3至8中之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，控制部具有補(bǔ)償模塊(82)，它設(shè)計(jì)用于，取決于儲(chǔ)能器(50)的充電狀態(tài)來改變并聯(lián)支路里的鏡電流。
10. 按權(quán)利要求9所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，補(bǔ)償模塊(82)具有電壓測量裝置(62)用于確定電儲(chǔ)能器(50)的充電狀況。
11. 按權(quán)利要求3至10中之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，控制部具有保護(hù)模塊(81),它設(shè)計(jì)用來，取決于負(fù)載元件(71 )的負(fù)載狀 態(tài)減小并聯(lián)支路(60)中的鏡電流。
12. 按權(quán)利要求11所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，為了確定負(fù)載狀 態(tài)設(shè)有用于負(fù)載元件(71)的溫度測量裝置(74)。
13. 按權(quán)利要求11所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)有用于負(fù)載狀 態(tài)的評(píng)估裝置(86),而且它設(shè)計(jì)用來由電儲(chǔ)能器(50)的電壓和控制 部(8)的輸出信號(hào)確定用于熱負(fù)載狀態(tài)的度量。
14. 使用于風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的節(jié)距調(diào)整裝置運(yùn)行的方法，轉(zhuǎn)子 (2)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(13)用于產(chǎn)生電能，而且葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)在緊急運(yùn)行中通過具有電儲(chǔ)能器(50)的緊急回路(5)來操縱，其特征 在于電流鏡裝置(6,6，)并行于電儲(chǔ)能器(50)布置在并聯(lián)支路(60) 里并使電流鏡裝置(6,6，)運(yùn)行，從而取決于葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)的 反饋電流來控制并聯(lián)支路(60)中的電流。
15. 按權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于運(yùn)行擴(kuò)展的模式的電流 鏡，其中調(diào)定了并聯(lián)支路(60)中的基本電流。
16. 按權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，在并聯(lián)支路(60) 中電流的線性加強(qiáng)。
17. 按權(quán)利要求14至16中之一所述的方法，其特征在于，確定電 儲(chǔ)能器(50)的充電狀態(tài)并取決于充電狀態(tài)提高并聯(lián)支路(60)中的電流o
18. 按權(quán)利要求14至17中之一所述的方法，其特征在于，取決于 電流鏡裝置(6,6，)的負(fù)載狀態(tài)來減小并聯(lián)支路(60)中的電流。
19. 按權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，通過確定基于電儲(chǔ)能 器(50)的電壓和電流鏡裝置(6)的控制部(8)的輸出信號(hào)的度量來 評(píng)估負(fù)載狀態(tài)。
全文摘要
風(fēng)能設(shè)備具有一個(gè)通過具有可調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片(21)的轉(zhuǎn)子(2)來驅(qū)動(dòng)的，用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)(13)，其中設(shè)有一個(gè)節(jié)距調(diào)整裝置(3)用于調(diào)整葉片，該節(jié)距調(diào)整裝置包括有一個(gè)緊急回路(5)，該回路有一個(gè)儲(chǔ)能器(50)用于操縱葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)。按照本發(fā)明設(shè)計(jì)規(guī)定平行于儲(chǔ)能器(50)設(shè)有一個(gè)具有電流鏡裝置(6，6’)的并聯(lián)支路(60)，其中這樣地設(shè)計(jì)電流鏡裝置(6，6’)，用于取決于葉片伺服電動(dòng)機(jī)(55)的反饋電流來控制電流并聯(lián)支路(60)。本發(fā)明涉及一種電流鏡(6)，用此鏡使這在拖動(dòng)狀態(tài)下出現(xiàn)的反饋電流有控制地通過一個(gè)并聯(lián)支路引出，并因此防止電儲(chǔ)能器(50)受到有害的反饋電流的作用。因此本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了阻止電儲(chǔ)能器(50)的電壓有害地升高以及在慣性運(yùn)行中葉片伺服電機(jī)(55)的轉(zhuǎn)速的升高。本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的方法。
文檔編號(hào)F03D7/00GK101466947SQ200780021965
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者H·-H·萊塔斯 申請人:再生動(dòng)力系統(tǒng)股份公司