DE10132997A1 - Generator, preferably generating electricity in small wind power systems, has asynchronous machine with preferably eight poles connected or disconnected depending on rotor revolution rate - Google Patents

Abstract

The generator has a permanent magnet stimulated a.c. generator used as an asynchronous machine for generating electric current with several pole pairs, preferably eight poles that can be connected or disconnected depending on the revolution rate of the rotor. The interior of the generator has at least two regions in series with different pole pairs.

Description

Die Erfindung beinhaltet einen Generator und eine Generatoranordnung, die vorzugsweise in Kleinwindkraftanlagen zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie eingesetzt werden soll. Der Generator, die Generatoranordnung ermöglicht die effiziente Nutzung der mechanischen Energie, die bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten bereitgestellt wird, durch Umwandlung in elektrische Energie über ein breites Drehzahlspektrum. Es werden vorzugsweise permanetmagneterregte Asynchron-Generatoren mit einer hohen Polpaarzahl verwendet, bei denen, je nach Eingangsdrehzahl, Polpaare zu- oder abgeschaltet werden können. The invention includes a generator and a generator assembly that preferably in small wind turbines for converting mechanical to electrical energy is to be used. The generator, the generator arrangement enables the efficient use of mechanical energy at different Wind speeds are provided by converting it into electrical energy over a wide speed range. It is preferably magnetically excited Asynchronous generators with a high number of pole pairs are used, depending on which Input speed, pole pairs can be switched on or off.

Es ist bekannt, dass bei der Erhöhung der Windgeschwindigkeit auch die Drehzahl der Hauptwelle und somit auch die Generatordrehzahl steigt. Die bisher bekannten Generatoren können zur Energieumwandlung nur in einem kleinen, vom Nenndrehzahlbereich abweichenden, Bereich betrieben werden. Entsprechend eingeschränkt war das nutzbare Windspektrum. It is known that when the wind speed increases, the speed of the The main shaft and thus the generator speed also increases. The previously known Generators can be used for energy conversion only in a small, from Nominal speed range deviating range can be operated. Corresponding the usable wind spectrum was limited.

Zur Verbesserung der Energieausnutzung werden, zum Stand der Technik zählend, schaltbare Getriebe eingesetzt, die je nach Windgeschwindigkeit die Drehzahl der Hauptwelle der notwendigen Generatordrehzahl anpassen soll. In order to improve energy efficiency, the state of the art switchable gearbox used, which depending on the wind speed the speed of the Adjust main shaft to the necessary generator speed.

Zum Stand der Technik zählen ebenfalls permanentmagneterregte Asynchrongeneratoren, zum Einsatz in Windkraftanlagen, die zur Stromerzeugung im Inselbetrieb eingesetzt werden. Mit ihnen wird die Umwandlung von mechanischer Energie in Elektroenergie ohne Fremderregung ermöglicht. The prior art also includes permanent magnet asynchronous generators, for use in wind turbines used to generate electricity in island operation become. With them the conversion of mechanical energy into electrical energy without external excitement.

Bekannt ist eine Windkraftanlage nach DE 39 22 573 C2, bei der über einen Regler die Stellung der Rotorblattwinkel vorgesehen ist, um so bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten eine annähernd gleiche Drehzahl des Rotors und somit auch des Generators zu erzielen. Bei diesen Windkraftanlagen wird zudem laut Patentschrift ein Generator verwendet, dessen Kippmoment das 1,1-1,5fache des Nennmomentes beträgt und somit ein breiteres Windspektrum genutzt werden soll. A wind power plant according to DE 39 22 573 C2 is known, in which the Position of the rotor blade angle is provided, so at different Wind speeds have approximately the same speed of rotation of the rotor and thus also of the Achieve generator. In these wind turbines, according to the patent specification Generator used, whose breakdown torque is 1.1-1.5 times the nominal torque and therefore a broader wind spectrum should be used.

Weiterhin ist nach DE 196 34 464 C2 ein Generatorsystem bekannt, bei dem die Rotordrehzahl über eine Wirbelstrombremse nahezu konstant, d. h. im Nenndrehzahlbereich des Generators gehalten wird. Furthermore, according to DE 196 34 464 C2, a generator system is known in which the Rotor speed almost constant via an eddy current brake, d. H. in the Nominal speed range of the generator is kept.

Nachteilig wirken sich beim bekannten Stand der Technik die teueren, oft anfälligen schaltbaren Getriebe, die komplizierte und kostenaufwändige Rotorblatt- Winkelverstellung oder die Umwandlung der angebotenen Windenergie in nicht nutzbare Wärmeenergie mittels Wirbelstrombremse aus. A disadvantage of the known prior art is the expensive, often fragile switchable gearbox, the complicated and costly rotor blade Angle adjustment or the conversion of the wind energy offered into useless Thermal energy by means of an eddy current brake.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Generator oder eine Generatoranordnung zu entwickeln, bei der ohne ein verstellbares Getriebe und ohne eine Rotorblatt- Winkelverstellung ein breites Windspektrum genutzt werden kann. Es soll dabei nicht die angebotene Windenergie mit einer Bremse in nicht nutzbare Wärmeenergie umgewandelt werden. The object of the invention is to provide a generator or a generator arrangement develop in which without an adjustable gear and without a rotor blade Angle adjustment a wide wind spectrum can be used. It should not be the Offered wind energy converted into unusable thermal energy with a brake become.

Die Aufgabe wird mit vorliegender Erfindung gelöst, indem ein Generator, vorzugsweise permanentmagneterregter Wechselstromgenerator, als Asynchronmaschine mit möglichst hoher Polpaarzahl, vorzugsweise 8 Polen, ausgestattet wird, wobei je nach Drehzahl der Hauptwelle beziehungsweise Getriebeabtriebswelle Polpaare zu- oder abgeschaltet werden können und somit die Nenndrehzahl des Generators der Drehzahl der Hauptwelle angepasst wird. Hierdurch ist bei einer Schaltung von 8 auf 2 Pole eine 4fache optimale Nutzbreite des Windspektrums möglich. Zur Einschaltung der optimalen Polpaarzahl ist vorzugsweise eine ständige Drehzahlüberwachung der Rotorwelle vorzunehmen. Das entsprechende Signal kann auch zur Sturmüberwachung, zur Verhinderung von Anlageschäden ausgewertet und umgesetzt werden. The object is achieved with the present invention by a generator, preferably permanent magnet alternating current generator, as asynchronous machine with as much as possible high number of poles, preferably 8 poles, is equipped, depending on the speed of the Main shaft or transmission output shaft pole pairs switched on or off and therefore the nominal speed of the generator and the speed of the main shaft is adjusted. As a result, a quadruple optimum is achieved when switching from 8 to 2 poles Usable width of the wind spectrum possible. To switch on the optimal number of pole pairs preferably to carry out constant speed monitoring of the rotor shaft. The Corresponding signal can also be used to monitor storms, to prevent System damage can be evaluated and implemented.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen genauer beschrieben. The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments described.

Ein Beispiel umfasst einen Generator in einer Kleinwindkraftanlage mit mehreren Polen, die in bekannter Weise ringförmig angeordnet sind und je nach Eingangsdrehzahl zu- oder abgeschaltet werden können. Es wird die Drehzahl der Hauptwelle der Windkraftanlage mit einem elektronischen Messgerät erfasst, ausgewertet und das Signal zum Zu- oder Abschalten der Polpaare über eine Steuerung automatisch beim Über- oder Unterschreiten von vorher in der Steuerung festgelegten Grenzdrehzahlen gegeben. An example includes a generator in a small wind turbine with multiple poles, which are arranged in a ring in a known manner and depending on the input speed or can be switched off. It will be the speed of the main shaft of the Wind turbine with an electronic measuring device recorded, evaluated and the signal to switch the pole pairs on or off automatically via a control when switching on or off Falling below the limit speeds previously specified in the controller.

In einem weiteren Beispiel besteht der Generator ebenfalls nur aus einem Rotor und einem Stator in einem Generatorgehäuse. Rotor und Stator sind jedoch in mindestens zwei hintereinander liegende Abschnitte mit unterschiedlicher Polpaarzahl unterteilt. Je nach Drehzahl der Hauptwelle der Windkraftanlage wird der Teil mit der höheren oder der niedrigeren Polpaarzahl zugeschaltet. Der andere Teil wird gleichzeitig ausser Betrieb gesetzt und läuft leer mit. Die Drehzahlüberwachung und Steuerung der Zu- und Abschaltung der Polpaare kann wie im ersten Beispiel elektronisch erfolgen. In another example, the generator also consists of only one rotor and a stator in a generator housing. However, the rotor and stator are at least divided two successive sections with different numbers of pole pairs. ever according to the speed of the main shaft of the wind turbine, the part with the higher or switched on the lower number of pole pairs. The other part is taken out of service at the same time set and runs empty with. The speed monitoring and control of the feed and The pole pairs can be switched off electronically, as in the first example.

Ein weiteres Beispiel beschreibt die Anordnung von mindestens zwei Generatoren unterschiedlicher Polpaarzahl hintereinander und deren Kopplung über ein mechanisches Kopplungselement, vorzugsweise einer Kupplung. Auch hier wird der Generator zugeschaltet, dessen Nenndrehzahl infolge seiner Polpaarzahl möglichst nahe der Eingangsdrehzahl an der Hauptwelle der Windkraftanlage ist. Another example describes the arrangement of at least two generators different number of pole pairs in a row and their coupling via a mechanical Coupling element, preferably a clutch. Again the generator switched on, the nominal speed as close as possible due to its number of pole pairs Input speed at the main shaft of the wind turbine is.

Die elektronische Auswahl der zu verwendenden Polpaarzahl kann auch über andere Anlageparameter, beispielsweise leistungs- oder drehmomentabhängig erfolgen. The electronic selection of the number of pole pairs to be used can also be made via others System parameters, for example depending on power or torque.

Kombinationen zwischen den Ausführungsbeispielen sind möglich und werden ebenfalls beansprucht. Combinations between the exemplary embodiments are possible and will also be claimed.

Claims (6)

1. Generator, vorzugsweise für Kleinwindkraftanlagen zur Stromerzeugung im Inselbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu ein permanentmagneterregter Wechselstromgenerator als Asynchronmaschine verwendet wird. 1. Generator, preferably for small wind turbines for generating electricity in island operation, characterized in that a permanent magnet alternating current generator is used as an asynchronous machine. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator mit mehreren Polpaaren, vorzugsweise 8 Polen, ausgerüstet ist, die je nach Rotordrehzahl zu- oder abgeschaltet werden können. 2. Generator according to claim 1, characterized in that the generator is equipped with several pole pairs, preferably 8 poles, which can be switched on or off depending on the rotor speed. 3. Generator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator im Inneren aus mindestens zwei hintereinander liegenden Bereichen mit unterschiedlichen Polpaaren, auf einem Rotor und einem Stator angeordnet sind. 3. Generator according to claims 1 and 2, characterized in that the generator consists of at least two in a row Areas with different pole pairs, on a rotor and a stator are arranged. 4. Generator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, mindestens jedoch zwei, hintereinander angeordnete Einzelgeneratoren unterschiedlicher Polpaarzahl mit einem mechanischen Koppelelement, vorzugsweise einer Kupplung, verbunden sind und je nach Rotordrehzahl zu- oder abgeschaltet werden können. 4. Generator according to claims 1 and 2, characterized in that several, but at least two, arranged one behind the other Single generators of different number of pole pairs with one mechanical Coupling element, preferably a coupling, are connected and depending on Rotor speed can be switched on or off. 5. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Hauptwelle der Windkraftanlage permanent überwacht, und die Polpaare über eine Steuereinrichtung je nach Bedarf automatisch zu- oder abgeschaltet werden können. 5. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of the main shaft of the wind turbine is permanently monitored, and the pole pairs automatically via a control device as required can be switched off. 6. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Polpaarzahl über die Erfassung von Leistung oder Drehmoment erfolgen kann. 6. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the selection of the number of pole pairs via the detection of power or Torque can take place.