Verfahren und Einrichtung zur Leistungsregelung von Windrädern für
den Antrieb von Arbeitsmaschinen mit zumindest angenähert konstant zu haltender
Drehzahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelting von Windrädern,
für den Antrieb von Arbeitsmaschinen mit zumindest angenähert konstant zti haltender
Drehzahl sowie Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Zur Leistungsregekung
bei Windrädern werden bisher vorwiegend drehzahlabhängige Impulsgeber für die Leistungsänderung
verwendet. Alle derartigen Einrichtungen werden jedoch erst bei größeren oder kleineren
Abweichungen von einer gewählten Solldrelizahl wirksam und sind demzufolge zur Leistungsregelung
leim :liitriel) von Arbeitsmaschinen finit konstant gehaltener Drehzahl, wie sie
z. B. auf ein elektrisches Netz arbeitende Synchrongeneratoren darstellen, ungeeignet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die von einem Windrad an eine Arbeitsmaschine
mit konstanter Drehzahl abgegebene Leistung innerhalb bestimmter Grenzen zu halten.
Diese Aufgabe besitzt besondere Bedeutung beim Antrieb von auf ein elektrisches
Drehstromnetz arbeitenden Synchrongeneratoren durch Windräder, um ein Außertrittfallen
der Generatoren zu verhindern. Erfindungsgemäß erfolgt die Leistungsregelung bei
derartigen Anlagen grundsätzlich dadurch, daß das vom Windrad abgegebene Drehmoment
mit einem bekannten Drehmoment laufend verglichen und aus deren Differenz eine Beeinflussung
der Windradflügel im Sinne einer Angleichung an ,das, Solldrehmoment hergeleitet
wird. Durch diese Art der
Regelung gelingt es, die Leistung des
Windrades auch hei völlig unveränderlicher Drehzahl in bestimmten Grenzen zu halten
und somit besonders leim :lntriel> von Synchrongeneratoren als Arbeitsmaschinen
das Außertrittfallen mit dem elektrischen Netz durch Überschreiten der für den jeweiligen
Generator zulässigen Höchstleistung zu verhindern.Method and device for power control of wind turbines for
the drive of work machines with at least approximately constant to be kept
Speed The invention relates to a method for power control of wind turbines,
for the drive of work machines with at least approximately constant zti holding
Speed and facilities for carrying out the process. To regulate performance
in the case of wind turbines, speed-dependent pulse generators for the change in output have so far been used predominantly
used. However, all such facilities are only used with larger or smaller ones
Deviations from a selected target number are effective and are therefore used for power control
glue: liitriel) of machines with a finitely constant speed, like them
z. B. represent synchronous generators working on an electrical network, unsuitable.
The invention is based on the task of connecting a wind turbine to a work machine
to keep the power delivered at constant speed within certain limits.
This task is of particular importance when driving from to an electrical one
Three-phase network working synchronous generators through wind turbines to avoid falling out of step
to prevent the generators. According to the invention, the power control takes place at
Such systems basically in that the torque delivered by the wind turbine
continuously compared with a known torque and an influence from their difference
the wind turbine blades in the sense of an approximation to the, the target torque derived
will. Through this kind of
The scheme succeeds in improving the performance of the
Keep the wind turbine within certain limits even when the speed is completely unchanged
and therefore particularly glue: Intriel> of synchronous generators as work machines
falling out of step with the electrical network by exceeding the for the respective
To prevent generator maximum permissible power.
Die erfindungsgemäße Leistungsregelung wird zweckmäßig auf die Weise
verwirklicht, daß in die Energieleitung zwischen Windrad und Arbeitsmaschine eine
elastische Kupplung eingeschaltet wird, deren Relativbewegungen auf die Windradflügel
zurückübertragen werden. Bei einerbesonders einfachen und auch für die Übertragung
großer Drehmomente geeigneten Ausführungsform der Erfindung besteht die elastische
Kupplung aus zwei gegeneinander winkelbeweglichen Kupplungsscheiben, die durch tangential
angeordnete Federn miteinander verbunden sind.The power control according to the invention is expedient in the manner
realized that in the power line between the wind turbine and the machine
elastic coupling is switched on, their relative movements on the wind turbine blades
be transferred back. With a particularly simple one and also for transmission
Large torques suitable embodiment of the invention consists of the elastic
Coupling made up of two mutually angularly movable coupling disks, which are tangential
arranged springs are interconnected.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die sich
besonders zum Einbau an jeder beliebigen Stelle der mechanischen Energieleitung
von der Kraftmaschine zurArbeitsmaschine eignet, besteht schließlich darin, daß
die Relativbewegung der Kupplungsteile beispielsweise durch ein zugleich das Vergleichsmoment
übertragendes Zugglied auf eine in Achsrichtung beweglich angeordnete Stellmuffe
übertragen wird. Derart gestaltete elastische Kupplungen lassen besonders große
Regelhege mit entsprechend weichen Rückführfedern zu und ermöglichen eine einfache
Abnahme der Verstellbewegung von der längsbeweglichen Stellmuffe, so daß die Kupplung
beispielsweise bei einer Windkraftanlage in der stehenden Wellenleitung vom Turmkopf
zum Turmfuß angeordnet werden kann, deren Drehmoment bereits im umgekehrten Verhältnis
zum Übersetzungsverhältnis des Turmkopfgetriebes gegenüber dem Windraddrehmoment
verkleinert ist, wodurch die Kupplung entsprechend kleiner und leichter wird.Another advantageous embodiment of the invention, which
especially for installation at any point in the mechanical power line
from the prime mover to the work machine ultimately consists in that
the relative movement of the coupling parts, for example, by a simultaneous comparison torque
transmitting tension member on an adjusting sleeve movably arranged in the axial direction
is transmitted. Flexible couplings designed in this way allow particularly large ones
Control enclosure with correspondingly soft return springs and allow easy
Reduction of the adjusting movement of the longitudinally movable adjusting sleeve, so that the coupling
for example in the case of a wind turbine in the standing wave line from the tower head
can be arranged to the base of the tower, the torque of which is already in the opposite ratio
to the transmission ratio of the tower head gear compared to the wind turbine torque
is reduced, whereby the coupling is correspondingly smaller and lighter.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in vier
Abbildungen dargestellt. Von diesen zeigt im einzelnen Abb. i eine Windkraftanlage
bestehend aus einem Windrad und elektrischem Generator mit einer elastischen Regelkupplung
zwischen der Kraft- und Arbeitsmaschine in Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten,
Abb. 2 einen Querschnitt nach der Linie 11-I1 der Abb. i, Abb. 3 eine andere Ausführungsform
der Regelkupplung innerhalb einer stehenden Verbindungsleitung zwischen der Windradwelle
und der am Turmfuß angeordneten Arbeitsmaschine und Abb. 4 einen Querschnitt nach
der Linie IV-IV der Abb. 3.In the drawing, there are two embodiments of the invention in four
Illustrations shown. Of these, Fig. I shows a wind turbine in detail
consisting of a wind turbine and an electric generator with a flexible control coupling
between the prime mover and the work machine in side view, partially cut open,
Fig. 2 shows a cross section along the line 11-I1 of Fig. 1, Fig. 3 shows another embodiment
the variable speed coupling within a standing connection line between the wind turbine shaft
and the working machine arranged at the base of the tower and Fig. 4 shows a cross section
the line IV-IV of Fig. 3.
In den Abb. i und 2 überträgt das Windrad mit der Nahe i und den Flügeln
2, 2 seine Leistung über eine Hohlwelle3 und die Kupplungsscheiben4 und 5 auf die
`Felle 6 eines Drehstromgenerators 7, der mit dem Windrad zusammen auf einem um
die vertikale Achse 8 schwenkbaren und mit einer Vordrehwindfahne 9 versehenen Turmkopf
io angeordnet ist. Die Kupplungsscheibe 4 greift mit ihren Kupplungsstiften i i
und 12 in kreisbogenförmige Ausnehmungen 13, 14 der Scheibe 5 hinein, in denen im
Antriebsdrehsinn auf Druck beanspruchte vorgespannte Schraubenfedern 15 und 16 liegen.
Beim Überschreiten einer bestimmten Größe des durch die Kupplung übertragenen Drehmomentes
im Sinne des Pfeiles 17 werden die Federn 15 und 16 durch die Bolzen i i und 12
zusammengedrückt, so daß eine gegenseitige Winkelverdrehung der Kupplungsscheiben
4 und 5 hervorgerufen wird. Diese Relativbewegung wird durch eine mit der Scheibe
5 starr verbundene, durch die Hohlwelle 3 und die Nabe i hindurchlaufende Welle
i8 und einen auf dieser Welle gelagerten Doppelhebel i9 zum Verdrehen der Flügel
2, 2 um deren Schwenkachsen 20, 20' mit Hilfe von Schwenkarmen 21, 21' auf das Windrad
zurückübertragen, wobei die Flügel 2, 2' eine Verstellung im Sinne einer Angleichung
des Windraddrehmomentes an das durch die Vorspannung der Federn 15 und 16 bestimmte
Solldrehmoment erfahren.In Figs. I and 2 the wind turbine transmits with the near i and the blades
2, 2 its power via a hollow shaft3 and the clutch disks4 and 5 on the
`Skins 6 of a three-phase generator 7, which together with the wind turbine on a
the vertical axis 8 pivotable and provided with a pre-rotating wind vane 9 tower head
io is arranged. The clutch disc 4 engages with its clutch pins i i
and 12 into circular arc-shaped recesses 13, 14 of the disc 5, in which in the
Drive direction of rotation stressed prestressed coil springs 15 and 16 are.
When the torque transmitted by the clutch exceeds a certain level
in the direction of arrow 17, springs 15 and 16 are secured by bolts i i and 12
compressed so that a mutual angular rotation of the clutch disks
4 and 5 is caused. This relative movement is caused by a with the disk
5 rigidly connected shaft running through the hollow shaft 3 and the hub i
i8 and a double lever i9 mounted on this shaft to rotate the blades
2, 2 about their pivot axes 20, 20 'with the help of pivot arms 21, 21' on the wind turbine
transmitted back, the wings 2, 2 'an adjustment in the sense of an approximation
of the wind turbine torque to that determined by the bias of the springs 15 and 16
Find out the target torque.
Die Regelkupplung nach den Abb. 3 und 4 besteht aus einem an der Antriebswelle
22 angeordneten Mitnehmer 23, dessen abgewinkeltes Ende 24 die Kupplungsscheibe
25 der Antriebswelle 26 übergreift. Auf der Welle 26 ist eine Stellrnuffe 27 längs
verschieblich angeordnet, an der das. eine Ende einer Druckfeder 28 anliegt, die
sich mit ihrem anderen Ende gegen die Kupplungsscheibe 25 abstützt. Der Mitnehmer
23 und die Stell-Muffe 27 sind durch ein Zugglied 29 verbunden, das bei 3o am Mitnehmer
angeschlossen ist und nach zweimaliger Umlenkung an den Rollen 31 und 32 durch den
Hohlraum 33 der Welle 26 verläuft bis zum Querbolzen 34 der Stellmuffe 27, der in
Schlitzen 35, 35' der Welle 26 gleitet. An der Kupplungsscheibe 25 ist ferner ein
Anschlag 36, vorzugsweise in Umfangsrichtung verstellbar, angeordnet, um das Zugglied
29 vorspannen zu können. In einer Ringnut 37 der Kupplungsscheibe 25 sind über den
Umfang verteilt Seilrollen 38 drehbar gelagert zur Führung des Zuggliedes 29 beim
Verdrehen des Mitnehmers 23, 24, z. B. in die gestrichelt eingetragene Lage 24',
infolge Überschreitens des durch die Vorspannung der Feder 28 bestimmten Ansprechdrehmomentes
für die, Regelkupplung. Die Längsbewegungen der Stell-Muffe 27 in Richtung
eines Doppelpfeiles 39 können dann z. B. mit Hilfe eines bei 40 gelagerten doppelarmigen
Hebels 41 und eines Gestänges 42 zum Verstellen der Windradflügel oder deren Teile
im Sinne einer Anpassung an das durch die Vorspannung,der Feder 28 bestimmte Solldrehmoment
auf das Windrad zurückübertragen werden.The control clutch according to FIGS. 3 and 4 consists of a driver 23 arranged on the drive shaft 22, the angled end 24 of which engages over the clutch disk 25 of the drive shaft 26. On the shaft 26, an adjusting sleeve 27 is arranged to be longitudinally displaceable, on which the one end of a compression spring 28 rests, the other end of which is supported against the clutch disk 25. The driver 23 and the adjusting sleeve 27 are connected by a tension member 29, which is connected to the driver at 3o and after two deflections on the rollers 31 and 32 through the cavity 33 of the shaft 26 extends to the cross pin 34 of the adjusting sleeve 27, the slides in slots 35, 35 'of shaft 26. A stop 36, preferably adjustable in the circumferential direction, is also arranged on the clutch disk 25 in order to be able to pretension the tension member 29. In an annular groove 37 of the clutch disc 25, pulleys 38 are rotatably mounted around the circumference for guiding the tension member 29 when the driver 23, 24, for. B. in the dashed line position 24 ', as a result of exceeding the response torque determined by the bias of the spring 28 for the control clutch. The longitudinal movements of the adjusting sleeve 27 in the direction of a double arrow 39 can then, for. B. with the help of a double-armed lever 41 mounted at 40 and a linkage 42 for adjusting the wind turbine blades or their parts in the sense of an adaptation to the target torque determined by the bias, the spring 28 are transmitted back to the wind turbine.