ES2603746T3 - Aerogenerador y procedimiento para el control del funcionamiento de un aerogenerador - Google Patents

Aerogenerador y procedimiento para el control del funcionamiento de un aerogenerador Download PDF

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Abstract

Aerogenerador, con un rotor eólico (2) operable con un número de revoluciones variable, un generador (3) operable con un número de revoluciones constantes y una máquina eléctrica (4) operable con número de revoluciones variable, que están conectados en su accionamiento a través de un engranaje de superposición (5), pudiéndose emplear la máquina eléctrica (4) como un sistema de regulación de fuerza para la regulación del número de revoluciones del generador (3) tanto a modo de generador como a modo de motor y conectándose la misma, a través de un convertidor de frecuencia (15), a una red eléctrica (14), disponiéndose en el flujo de fuerza entre el engrnaje de superposición (5) y el generador (3) un freno de bloqueo (23) controlable para parar el generador (3) en caso de necesidad, caracterizado por que el freno de bloqueo (23) se configura de modo que actúe em arrastre de forma.

Description

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DESCRIPCION
Aerogenerador y procedimiento para el control del funcionamiento de un aerogenerador
La invencion se refiere a un aerogenerador con un rotor eolico operable con un numero de revoluciones variable, un generador operable con un numero de revoluciones constantes y una maquina electrica operable con numero de revoluciones variable, que estan conectados en su accionamiento a traves de un engranaje de superposicion, pudiendose emplear la maquina electrica como un sistema de regulacion de fuerza para la regulacion del numero de revoluciones del generador tanto a modo de generador como a modo de motor y conectandose la misma, a traves de un convertidor de frecuencia, a una red electrica. La invencion se refiere ademas a un procedimiento para el control del funcionamiento de un aerogenerador de este tipo.
Un aerogenerador tiene, como es sabido, la funcion de transformar la energfa cinetica del viento en energfa electrica. La corriente electrica obtenida de esta forma por regeneracion se puede incorporar a una red electrica local o suprarregional para el abastecimiento de consumidores electricos.
En caso de aerogeneradores de mayor potencia se ha impuesto un modo de construccion en el que un rotor eolico, que presenta preferiblemente tres palas de rotor, se dispone por el lado de barlovento en una gondola, con giro alrededor de un eje horizontal de giro. La gondola se dispone, girando a traves de un apoyo acimutal alrededor de un eje vertical, en una torre fijada por medio de un fundamento de forma segura en el suelo. Dentro de la gondola se instala en l mayona de los casos una etapa de subida y al menos un generador para la produccion de energfa electrica. Como consecuencia de la etapa de subida, cuyo arbol de entrada esta unido al cubo de rotor del rotor eolico, se convierte un numero de revoluciones relativamente bajo del rotor eolico, con la correspondiente transformacion del par de giro transmitido en el arbol de salida unido en su accionamiento directa o indirectamente al rotor del generador, en un numero de revoluciones mas alto favorable para el generador.
Los aerogeneradores mas antiguos se han configurado en parte con un numero de revoluciones fijo, es decir, en estos aerogeneradores el numero de revoluciones del rotor eolico y, por consiguiente tambien el numero de revoluciones del rotor del generador, se mantiene constante mediante una regulacion del angulo de ataque de las palas de rotor (regulacion Pitch) y/o mediante un giro del rotor en el apoyo acimutal fuera o a favor del viento (regulacion Stall - regulacion por perdida aerodinamica). Como consecuencia, la corriente producida por el generador disenado preferiblemente como rotor sincronizado, se puede incorporar a la red electrica, en caso de la correspondiente configuracion del engranaje y del generador, sin gran esfuerzo en cuanto a electronica de potencia, especialmente sin convertidor de frecuencia. Sin embargo, el inconveniente de estos aerogeneradores de numero de revoluciones fijo consiste en la gama de velocidades del viento relativamente pequena, en la que los mismos pueden funcionar.
Para ampliar la gama de velocidades del viento aprovechable y, por lo tanto, para incrementar el la produccion de energfa, se han desarrollado aerogeneradores en los que se preve un numero de revoluciones variable tanto del rotor eolico como del generador. Sin embargo, un generador de numero de revoluciones variable requiere un convertidor de frecuencia por medio del cual la corriente electrica producida se adapta, en cuanto a tension, frecuencia y posicion de fase, a las condiciones de red. Dado que toda la corriente electrica producida en el generador pasa por el convertidor de frecuencia, es necesario disenarlo con una potencia elevada lo que, debido al creciente rendimiento de los aerogeneradores modernos, lo que conlleva un coste considerable y un alto potencial de fallos.
Para evitar estos inconvenientes se han propuesto aerogeneradores que presentan un rotor eolico operable con un numero de revoluciones variable, un generador operable con un numero de revoluciones constante y un sistema de regulacion de fuerza, conectados entre sf en su accionamiento a traves de un engranaje de superposicion. El engranaje de superposicion consiste preferiblemente en un simple engranaje planetario cuyo portapinon satelite (alma) se une directa o indirectamente, a traves de una etapa de subida, al cubo del rotor eolico cuya rueda satelite esta unida al rotor del generador o del sistema de regulacion de fuerza, y cuyo engranaje recto esta unido al sistema de regulacion de fuerza o al rotor del generador. Mediante una fijacion, un giro hacia delante (misma direccion de giro que el rotor eolico y el rotor del generador) o un giro hacia atras (direccion de giro contraria a la del rotor eolico y rotor del generador) del engranaje recto o de la rueda satelite por medio del sistema de regulacion de fuerza, se regula la transmision del engranaje planetario activa entre el portapinon satelite y la rueda satelite o el engranaje recto en dependencia del numero de revoluciones del rotor eolico de manera que el numero de revoluciones de rotor del generador se mantengan en gran medida constante. Otra influenciacion del numero de revoluciones de rotor del generador es posible a traves de una regulacion Pitch y/o regulacion Stall.
En un tren de transmision, utilizable en un aerogenerador, segun el documento DE 103 14 757 B3, el sistema de regulacion de fuerza se configura preferiblemente en forma de convertidor de par hidrodinamico dispuesto de forma coaxial por encima del arbol de salida que une la rueda satelite del engranaje de superposicion al rotor del generador. La rueda de bomba del convertidor de par se une de forma fija al arbol de salida, mientras que la rueda de turbina del convertidor de par se une en su accionamiento, a traves de una etapa de subida configurada como simple engranaje planetario con portapinon satelite fijo (engranaje estacionario con inversion de la direccion de giro), al engranaje recto del engranaje de superposicion. Para el control del numero de revoluciones y del par de giro absorbido de la rueda de bomba se pueden regular los alabes directores del convertidor de par.
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Como se exploca mas detalladamente en el documento asignado DE 103 61 443 B4, con un tren de transmision de este tipo y un diseno apopiado del engranaje de superposicion, del convertidor de par y de la etapa de reduccion, asf como con un ajuste adecuado de las palas de inversion del contertidor de par, se puede conseguir una regulacion pasiva es decir, en su mayor parte automatica, mediante la cual el rotor eolico puede funcionar, dentro de una gama de velocidades del viento predeterminada, con un numero de revoluciones variable, en su punto de funcionamiento respectivamente optimo, manteniendose un numero de revoluciones de rotor del generador al mismo tiempo constante.
Sin embargo, el inconveniente de este aerogenerador conocido consiste en que su grado de rendimiento total es, en comparacion, bajo, a pesar del funcionamiento con un grado de rendimiento optimo del rotor eolico, lo que se debe al reflujo de energfa que se produce a traves del convertidor de par con un grado de rendimienjto permanente y malo.
En el documento DE 37 14 858 A1, en cambio, se propone un engranaje que se puede emplear en un aerogenerador, en el que el sistema de regulacion de fuerza se configura como segundo generador de menos potencia que el primer generador (generador principal). En esta variante de realizacion segnun la figura 3 de dicho documento, el rotor del generador principal se une sin posibilidad de mgiro al engranaje recto de un engranaje de superposicion, mientras que el rotor del segundo generador esta unido a la rueda satelite del engranaje de superposicion a traves de un arbol de mando. El segundo generador se dispone, visto en disposicion axial desde el rotor eolico, detras del generador principal, pasando el arbol de mando asignado por el centro del rotor hueco del generador principal. Mediante la correspondiente regulacion del numero de revoluciones del rotor y del par de giro absorbido del segundo generador en dependencia del numero de revoluciones del rotor eolico, el numero de revoluciones del rotor principal se puede mantener constante a velocidades de viento elevadas. El segundo generador produce, ademas del generador principal, corriente electrica que, a causa del funcionmamienro con un numero de revoluciones variable de este generador, debe transformarse en un convertidor de frecuencia asignado para su incorporacion a una red electrica.
Por la descripcion de un aerogenerador con una estructura ligeramente diferente, pero funcionamineto identico, en el documento EP 1 283 359 A1 se conoce que una maquina electrica, prevista como sistema de regulacion de fuerza para mantener el numero de recoluciones del rotor del generador constante, se puede emplear bien como generadaor, bien como motor. En caso de funcionamiento como generador de la maquina electrica, en el que el rotor de la maquina electrica y la rueda satelite del engranaje de superposicion giran en la misma direccion de giro que el rotor eolico y el rotor del generador, se incrementa la transmision activa entre el rotor eolico o el arbol de salida de la etapa de subida y el rotor del generador con el aumento del numero de revoluciones del rotor eolico frente al estado en caso de rueda satelite fija, lo que corresponde a un funcionamiento del aerogenerador a elevadas velocidades del viento por encima del numero de revoluciones nominal del rotor eolico. En caso de funcionamiento como motor de la maquina electrica, en el que el rotor de la maquina electrica y la rueda satelite del engranaje de superposicion giran en direccion contraria a la direccion de figro del rotor eolico y del rotor del generador, se reduce la transmision activa entre el rotor eolico o el arbol de salida de la etapa de subida y el rotor del generador con el aumento del numero de revoluciones del rotor eolico frente al estado en caso de rueda satelite fija, lo que corresponde a un funcionamiento del aerogenerador a velocidades medias del viento por debajo del numero de revoluciones nominal del rotor eolico. En caso de funcionamiento como generador de la maquina electrica la energfa electrica producida adicionalmente se incorpora en la red electrica a traves de un convertidor de frecuencia asignado, y en caso de funcionamiento como motor de la maquina electrica, la energfa electrica necesaria para ello se toma de la corriente electrica a traves del convertidor de frecuencia.
Otro ejemplo se muestra en el documento EP 1 895 157.
Sin embargo, para incrementar aun mas la produccion de energfa de aerogeneradores, es generalmente deseable que se amplfe tambien su zona operacional hasta llegar a velocidades de viento bajas.
Siendo esta la situacion, la invencion tiene por objeto perfeccionar un aerogenerador del tipo antes senalado con vistas a una ampliacion de su zona operacional hasta llegar a velocidades de viento bajas. Se trata ademas de proponer un procedimiento para el control del funcionamiento de un aerogenerador de este tipo.
La mision constructiva para la ampliacion de la zona operacional del aerogenerador se resuelve segun la invencion en combinacion con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1, disponiendo en el flujo de fuerza entre el engranaje de superposicion y el generador, un freno de bloqueo para la retencion del generador en caso de necesidad.
Otras variantes de realizacion ventajosas y perfeccionadas del aerogenerador segun la invencion son objeto de las subreivindicaciones 2 a 6.
Por consiguiente, la invencion parte de un aerogenerador que comprende un rotor eolico operable con un numero de revoluciones variable, un generador operable con un numero de revoluciones constante y una maquina electrica operable con un numero de revoluciones variable, conectados en su accionamiento entre sf a traves de un engranaje de superposicion. La maquina electrica sirve de sistema de regulacion de fuerza para la regulacion del numero de revoluciones del generador, siendo posible emplearla bien como generador, bien como motor. Para la incorporacion de la potencia electrica producida durante el funcionamiento del generador y para la toma de la potencia electrica necesaria para el funcionamiento como motor, la maquina electrica se conecta a traves de un
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convertidor de frecuencia a una red electrica. La zona operacional de un aerogenerador asf disenado se limita a velocidades de viento elevadas por encima del numero de revoluciones nominal del rotor eolico y a velocidades de viento medias por debajo del numero de revoluciones nominal del rotor eolico.
Para la ampliacion de la zona operacional del aerogenerador hasta velocidades de viento bajas se preve, segun la invencion, un freno de bloqueo controlable, es decir, acoplable y desacoplable, que se dispone en el flujo de fuerza entre el engranaje de superposicion y el generador. Este freno de bloqueo se acopla a velocidades de viento bajas a las que el rotor eolico todavfa se acciona pero a las que el numero de revoluciones del generador principal ya no se puede mantener constante. Como consecuencia, se paran el rotor del generador principal y el elemento de salida conectado al mismo del engranaje de superposicion frente a un componente de la carcasa de la gondola. En este estado de funcionamiento, el generador principal se desconecta, funcionando la maquina electrica, prevista en principio como sistema de regulacion de fuerza, como generador. La corriente electrica producida por la maquina electrica se incorpora a la red electrica a traves del convertidor de frecuencia asignado. Con la invencion que se puede llevar a la practica de manera relativamente sencilla y economica, es por lo tanto posible producir energfa electrica a velocidades de viento bajas con aerogeneradores genericos disenados para velocidades de viento medias y altas e incrementar asf su rendimiento.
En una variante de realizacion preferida del engranaje de superposicion en forma de simple engranaje planetario, cuyo portapinon satelite esta conectado en su accionamiento al rotor eolico, cuyo engranaje recto esta conectado al rotor a traves de un arbol de mando asignado, y cuya rueda satelite esta conectada al rotor de la maquina electrica, el freno de bloqueo se dispone en el arbol de mando del generador.
El freno de bloqueo se puede configurar de manera que actue accionado por friccion.
El freno de bloqueo que actua accionado por friccion se configura preferiblemente como freno de disco con, al menos, un disco de freno montado resistente al giro en el arbol de mando y con, al menos, un portapastillas fijado en la carcasa. Este tipo de frenos se conoce suficientemente en la construccion de vehuculos y se puede emplear en su caso practicamente sin variaciones.
Dado que la maquina electrica tambien se puede utilizar para la sincronizacion de los numeros de revoluciones, el freno de bloqueo tambien se puede disenar de manera que actue en arrastre de forma, lo que conlleva un funcionamiento sin desgaste y menos trabajo de mantenimiento.
El freno de bloqueo que actua en arrastre de forma se configura preferiblemente a modo de freno de mordaza con una rueda de mordaza dispuesta resistente al giro en el arbol de mando y con una rueda de mordaza apoyada sin posibilidad de giro por el lado de la carcasa, pudiendose desplazar una de las ruedas de mordaza, por medio de un dispositivo de regulacion asignado, axialmente en direccion de la otra rueda de mordaza. Los dentados de las mordazas de las ruedas de mordaza se pueden orientar opcionalmente en direccion axial o radial.
La tarea tecnica relativa al procedimiento para el control del funcionamiento del aerogenerador se resuelve segun la invencion en combinacion con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 7 para lo que a velocidades de viento bajas se acopla un freno de bloqueo controlable dispuesto en el flujo de fuerza entre el engranaje de superposicion y el generador, se desconecta el generador, se produce corriente electrica a traves del funcionamiento como generador de la maquina electrica y se incorpora la misma a la red electrica a traves del convertidor de frecuencia.
Otras variantes de realizacion ventajosas y perfeccionadas del procedimiento segun la invencion se revelan en las reivindicaciones 8 a 10.
Como ya se ha explicado antes, el procedimiento segun la invencion parte de un generador que comprende un rotor eolico operable con un numero de revoluciones variable, un generador operable con un numero de revoluciones constante y una maquina electrica operable con un numero de revoluciones variable, conectados en su accionamiento entre sf a traves de un engranaje de superposicion. Se preve como sistema de regulacion de fuerza para la regulacion del numero de revoluciones del generador, siendo posible emplearla bien como generador, bien como motor. Para la incorporacion y toma de energfa electrica, la maquina electrica se conecta a traves de un convertidor de frecuencia a una red electrica.
Mediante el acoplamiento del freno de bloqueo, el rotor del generador y el elemento de salida conectado al mismo del engranaje de superposicion se retienen frente a un componente de la carcasa de la gondola. Mas o menos al mismo tiempo se desconecta el generador y se pasa la maquina electrica al funcionamiento como generador. De este modo, con el aerogenerador tambien se produce energfa electrica a bajas velocidades de viento, que en caso contrario no se aprovechana.
No obstante, momentaneamente pueden producirse velocidades de viento tan bajas que, aunque sean suficientes para un accionamiento del rotor eolico y para un funcionamiento como generador de la maquina electrica en la produccion de una potencia electrica baja, no son suficientes para el arranque del rotor eolico parado debido a un par de arranque inicial relativamente elevado del rotor eolico atribuible a pares de resistencia mas altos en los cojinetes y dentados de los engranajes al pasar de la friccion estatica a la friccion de rodadura y de deslizamiento.
De acuerdo con una variante perfeccionada de la invencion se propone, por lo tanto, que el rotor eolico sea acelerado en situaciones de viento correspondientes, es decir, a una velocidad del viento por debajo de una
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velocidad de arranque y por encima de una velocidad de funcionamiento mmima, por la maquina electrica funcionando como motor, al menos hasta alcanzar un numero de revoluciones mmimo, y que la maquina electrica se commute despues al funcionamiento como generador para la produccion de energfa electrica. De esta manera se pueden aprovechar tambien velocidades de viento extremadamente bajas para la produccion de energfa a las que hasta ahora se han desconectado los aerogeneradores del mismo tamano.
Al configurar el freno de bloqueo en arrastre de forma, por ejemplo como freno de mordazas, este acoplamiento se sincroniza convenientemente por medio de un funcionamiento como generador y/o motor de la maquina electrica.
Una posicion de diente sobre diente en el freno de bloqueo se evita ventajosamente, realizando la sincronizacion del freno de bloqueo, con el rotor eolico en marcha, solo hasta llegar a una diferencia del numero de revoluciones minima preestablecida y provocando, con el rotor eolico parado, una diferencia del numero de revoluciones mmima en el freno de bloqueo.
Para explicar la invencion se acompana a la descripcion un dibujo con un ejemplo de realizacion. Este muestra en la
Figura 1 la estructura esquematica de una variante de realizacion preferida del aerogenerador segun la invencion;
Figura 2 el flujo de energfa en la primera modalidad de funcionamiento del aerogenerador segun la figura 1;
Figura 3 el flujo de energfa en la segunda modalidad de funcionamiento del aerogenerador segun la figura 1;
Figura 4 el flujo de energfa en la tercera modalidad de funcionamiento del aerogenerador segun la figura 1 y
Figura 5 el flujo de energfa en la cuarta modalidad de funcionamiento del aerogenerador segun la figura 1.
Un aerogenerador segun la invencion 1, representado en la figura 1, comprende un rotor eolico 2 operable con un numero de revoluciones variable, un generador 3 operable con un numero de revoluciones constante y una maquina electrica 4 operable con un numero de revoluciones variable, conectados en su accionamiento entre sf a traves de un engranaje de superposicion 5, asf como dispuestos coaxialmente respecto a un eje de giro geometrico comun en una gondola aqrn no representada. El rotor eolico 2 accionable por medio del viento 6 presenta tres palas de rotor 7 configuradas de forma aerodinamica, repartidas uniformemente por el lado del penmetro con posibilidad de giro limitado y fijadas con posibilidad de giro limitado en un cubo de rotor 8. El cubo de rotor 8 esta unido resistente al giro al arbol de entrada de un engranaje principal 9 configurado como sistema de subida y que se puede realizar, por ejemplo, como simple etapa de rueda dentada frontal o como simple engranaje planetario con engranaje plano retenido por el lado de la carcasa.
El generador 3 operable con un numero de revoluciones constante del rotor se configura como inducido interior dotado de un rotor 10 radialmente interior y de una perforacion central, con un estator 11 radialmente exterior fijado en la carcasa. La maquina electrica 4 operable con un numero de revoluciones de rotor variable tambien se configura como inducido interior con un rotor 12 radialmente interior, asf como con un estator 13 radialmente exterior fijado en la carcasa y de potencia mucho menor que la del generador 3. Debido a su funcionamiento con numero de revoluciones constante, el generador 3 se conecta de manera lectrotecnica directamente a una red electrica 14, mientras que la maquina electrica 4, a causa de su funcionamiento con un numero de revoluciones variable, se conecta a la red electrica 14 a traves de un convertidor de frecuencia 15.
El engranaje de superposicion 5 se configura como simple engranaje planetario 16 con una rueda satelite 17, un portapinon satelite 19 que soporta varias ruedas planetarias 18 y un engranaje recto 20. El portapinon satelite 19 se une de forma resistente al giro al arbol de salida del engranaje principal 9. El engranaje recto 20 se une resistente al giro al rotor 10 del generador 3 a traves de un arbol de mando 21 configurado como arbol hueco. La rueda satelite 17 se une a traves de un arbol de mando central 22, que pasa por el arbol hueco 21 y el rotor 10 del generador 3, de forma resistente al giro al rotor 12 de la maquina electrica 4.
En el arbol de mando 21, entre el engranaje recto 20 del engranaje de superposicion 5 y el rotor 10 del generador 3 se dispone un freno de bloqueo 23 controlable, es decir, acoplable y desacoplable, con el que se retiene el rotor 10 del generador 3, en caso de necesidad, frente a un componente fijo de la carcasa. Para el registro del numero de revoluciones del rotor del generador 3 y de la maquina electrica 4, los rotores en cuestion 11, 13 presentan respectivamente un sensor de rueda 24, 25 en la que se dispone respectivamente un sensor del numero de revoluciones 26, 27.
Para el control del aerogenerador 1 se preve un sistema de control electronico 28 conectado a traves de lmeas de sensor 29 a los sensores del numero de revoluciones 26, 27 y a traves de lmeas de control 30 al cubo de rotor 8 del rotor eolico 2, al freno de bloqueo 23, a los arrollamientos de excitacion del generador 3, asf como a la maquina electrica 4 y al convertidor de frecuencia 15. A continuacion, el funcionamiento del aerogenerador 1 se explica mas detalladamente a la vista de las figuras 2 a 5 derivadas de la figura 1.
En una primera modalidad de funcionamiento del aerogenerador 1 segun la figura 2, que se emplea a velocidades de viento elevadas, a las que el rotor eolico 2 se acciona con un numero de revoluciones de rotor superior al numero de revoluciones nominal, la maquina electrica 4 se conmuta al funcionamiento como generador. El par de arrastre, asf como el numero de revoluciones del rotor de la maquina electrica 4, y, por consiguiente, la transmision activa entre el arbol de salida del engranaje principal 9 y del arbol de mando 21 del generador 3, se regula en caso de un numero de revoluciones variable del rotor eolico 2, de manera que el generador 3 se mantenga en gran medida
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constante en su numero de revoluciones de funcionamiento previsto, que en caso de una realizacion como maquina sincronizada con dos pares de polos y una frecuencia de red de 50 Hz, es de 1.500 r.p.m.
En esta modalidad de funcionamiento, conocida por los documentos DE 37 14 858 A1 y EP 1 283 359 A1, el rotor 12 de la maquina electrica 4 y la rueda satelite 17 del engranaje de superposicion 5 giran en la misma direccion de giro que el rotor eolico 2 y el rotor 10 del generador 3. En esta modalidad de funcionamiento, el freno de bloqueo 23 esta abierto o desacoplado. A la energfa electrica 31 producida por el generador 3 e incorporada a la red electrica 14 se suma la energfa electrica 32 de la maquina electrica 4 adaptada a traves del convertidor de frecuencia 15, que es del orden del 5% al 20% de la energfa 31 producida por el generador 3.
En una segunda modalidad de funcionamiento del aerogenerador 1 segun la figura 3, que se emplea a velocidades de viento medias, a las que el rotor eolico 2 se acciona con un numero de revoluciones de rotor inferior al numero de revoluciones nominal, la maquina electrica 4 se conmuta al funcionamiento como motor. El par de accionamiento, asf como el numero de revoluciones del rotor de la maquina electrica 4 y, por consiguiente, la transmision activa entre el arbol de salida del engranaje principal 9, asf como del arbol de mando 21 del generador 3 con un numero de revoluciones variable del rotor eolico 2 se regula de manera que el generador 3 se mantenga constante en su numero de revoluciones de rotor previsto. En esta modalidad de funcionamiento conocida al menos por el documento EP 1 283 359 A1, el rotor 12 de la maquina electrica 4 y la rueda satelite 17 del engranaje de superposcion 5 giran en direccion contraria a la direccion de giro del rotor eolico 2 y del rotor 10 del generador 3. En esta modalidad de funcionamiento, el freno de bloqueo 23 tambien esta abierto o desacoplado. La energfa 31 producida por el generador 3 se reduce en un 5%-20% en la energfa 33 tomada por la maquina electrica 4 a traves del convertidor de frecuencia 15, por lo que en conjunto se incorpora a la red electrica 14 una cantidad de energfa reducida. La energfa 33 tomada se vuelve a aportar al generador 3 a traves de la maquina electrica 4 y constituye, por lo tanto, una corriente de energfa que circula dentro del aerogenerador.
En una tercera modalidad de funcionamiento del aerogenerador 1 segun la figura 4, que se emplea a velocidades de viento tan bajas, a las que se acciona el rotor eolico 2 con un numero de revoluciones de rotor muy por debajo del numero de revoluciones nominal, que ya no se puede mantener constante el numero de revoluciones del rotor del generador 3. En esta modalidad de funcionamiento, el freno de bloqueo 23 esta cerrado o acoplado y, por lo tanto, el rotor 10 del generador 3 y el engranaje recto 20 del engranaje de superposicion 5 retenidos frente a un componente fijo de la carcasa de la gondola. El generador 3 se desconecta y el engranaje de superposicion 5 actua como engranaje estacionario con una transmision de entre 0,2 y 0,4. La maquina electrica 4 se emplea como generador con un numero de revoluciones variable y produce energfa electrica 32 que se incorpora a la red electrica 14 a traves del convertidor de frecuencia 15.
El freno de bloqueo 23 se puede configurar por ejemplo en forma de un freno de mordazas que actua en arrastre de forma, sincronizandose el acoplamiento del freno de bloqueo 23 convenientemente por medio de un funcionamiento como generador y/o como motor de la maquina electrica 4. Con la tercera modalidad de funcionamiento permitida por el freno de bloqueo 23 se amplfa la zona operacional del aerogenerador segun la invencion 1 frente a los aerogeneradores conocidos hasta velocidades de viento bajas con lo que se puede incrementar considerablemente la produccion de energfa del aerogenerador, especialmente en condiciones de viento con fases de viento debil mas prolongadas.
En una cuarta modalidad de funcionamiento del aerogenerador 1 segun la figura 5, que se emplea a velocidades de viento extremadamente bajas, que a pesar de ser suficientes para el accionamiento del rotor eolico 2 y para el funcionamiento del generador de la maquina electrica 4, ya no bastan para un arranque del rotor eolico 2 parado, el rotor eolico 2, con el freno de bloqueo 23 cerrado o acoplado, es acelerado por la maquina electrica 4 conmutada en esta fase en el funcionamiento como motor hasta alcanzar un numero de revoluciones mmimo con el que se pueda garantizar el posterior accionamiento por parte del viento 6. La energfa electrica 33 necesaria para ello se toma de la red electrica 14 a traves del convertidor de frecuencia 15. A continuacion, la maquina electrica 4 se vuelva a cambiar al funcionamiento como generador y proporciona, segun la tercera modalidad de funcionamiento conforme a la figura 4, energfa electrica que se aporta a la red de corriente 14 a traves del convertidor de frecuencia 15. Al arrancar el rotor eolico 2 por medio de la maquina electrica 4 y cambiar la maquina electrica 4 despues al funcionamiento como generador, se amplfa la zona operacional del aerogenerador segun la invencion 1 hasta llegar a velocidades de viento extremadamente bajas.
El aerogenerador segun la invencion tambien se puede emplear para la estabilizacion de la red electrica actuando sobre la red electrica 14 a modo de un, asf llamado, modificador de fase. En este caso el generador 3 se acciona con ayuda del sistema de mando 28 que puede absorber potencia reactiva de la red electrica 14 e incorporar potencia reactiva a la red electrica 14.
Lista de referencias
1 Aerogenerador
2 Rotor eolico
3 Generador
5
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15
20
25
30
35
4 Maquina electrica
5 Engranaje de superposicion
6 Viento
7 Pala de rotor
8 Cubo de rotor
9 Engranaje principal, subida
10 Rotor del generador
11 Estator del generador
12 Rotor de la maquina electrica
13 Estator de la maquina electrica
14 Red electrica
15 Convertidor de frecuencia
16 Engranaje planetario
17 Rueda satelite
18 Rueda planetaria
19 Portapinon
20 Engranaje recto
21 Arbol de mando, arbol hueco
22 Arbol de mando central
23 Freno de bloqueo
24 Sensor de rueda del generador
25 Sensor de rueda de la maquina electrica
26 Sensor del numero de revoluciones del generador
27 Sensor del numero de revoluciones de la maquina electrica
28 Sistema de mando
29 Lmea de sensor
30 Lmea de control
31 Energfa incorporada del generador
32 Energfa incorporada de la maquina electrica
33 Energfa tomada de la maquina electrica

Claims (6)

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    15
    20
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    REIVINDICACIONES
    1. Aerogenerador, con un rotor eolico (2) operable con un numero de revoluciones variable, un generador (3) operable con un numero de revoluciones constantes y una maquina electrica (4) operable con numero de revoluciones variable, que estan conectados en su accionamiento a traves de un engranaje de superposicion (5), pudiendose emplear la maquina electrica (4) como un sistema de regulacion de fuerza para la regulacion del numero de revoluciones del generador (3) tanto a modo de generador como a modo de motor y conectandose la misma, a traves de un convertidor de frecuencia (15), a una red electrica (14), disponiendose en el flujo de fuerza entre el engrnaje de superposicion (5) y el generador (3) un freno de bloqueo (23) controlable para parar el generador (3) en caso de necesidad, caracterizado por que el freno de bloqueo (23) se configura de modo que actue em arrastre de forma.
  2. 2. Aerogenerador segun la reivindicacion 1, caracterizaado por que el freno de bloqueo (23) se configura a modo de freno de mordaza con una rueda de mordaza dispuesta resistente al giro en el arbol de mando (21) y con una rueda de mordaza apoyada sin posibilidad de giro por el lado de la carcasa, pudiendose desplazar una de las ruedas de mordaza, por medio de un dispositivo de regulacion asignado, axialmente en direccion de la otra rueda de mordaza.
  3. 3. Procedimiento para el control del funcionamiento de un aerogenerador, con un rotor eolico (2) operable con un numero de revoluciones variable, un generador (3) operable con un numero de revoluciones constantes y una maquina electrica (4) operable con numero de revoluciones variable, que estan conectados en su accionamiento a traves de un engranaje de superposicion (5), pudiendose emplear la maquina electrica (4) como un sistema de regulacion de fuerza para la regulacion del numero de revoluciones del generador (3) tanto a modo de generador como a modo de motor y conectandose la misma, a traves de un convertidor de frecuencia (15), a una red electrica (14), caracterizado por que, a velocidades de viento bajas, un freno de bloqueo (23) controlable, dispuesto en el flujo de fuerza entre el engranaje de superposicion (5) y el generador (3), se acopla, el generador (3) se desconecta y la maquina electrica (4), que funciona a modo de generador, produce corriente electrica que se aporta a la red electrica (14) a traves del convertidor de frecuencia (15).
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que el rotor eolico (2) se acelera a una velocidad de viento inferior a la velocidad de arranque y superior a una velocidad de funcionamiento minima, por medio de un funcionamiento a modo de motor de la maquina electrica (4), al menos hasta alcanzar un numero de revoluciones mmimo, y por que la maquina electrica (4) se conmuta a continuacion al funcionamiento a modo de generador.
  5. 5. Pocedimiento segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado por que en caso de una configuracion en arrastre de forma, el freno de bloqueo (23) se sincroniza antes del acoplamiento por medio de un funcionamiento a modo de generador y/o de motor de la maquina electrica (4).
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado por que, para evitar una posicion de diente sobre diente en el freno de bloqueo (23) con el rotor eolico (2) en marcha, la sincronizacion del freno de bloqueo (23) solo se lleva a cabo hasta llegar a una diferencia del numero de revoluciones minima preestablecida, y por que, con el rotor eolico (2) parado, se provoca una diferencia del numero de revoluciones minima en el freno de bloqueo (23).
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