Turbina eólica con soplante de velocidad variable directamente conectada.

Una turbina eólica, que comprende:

al menos un generador (480);

al menos un motor (410) de soplante conectado a dicho al menos un generador (480), estandoconfigurado dicho al menos un motor (410) de soplante para hacer girar al menos un ventilador (415) parahacer circular aire en dicho al menos un generador (480);

caracterizado porque:

dicho al menos un motor (410) de soplante está conectado con dicho al menos un generador(480) de tal modo que una salida de potencia variable de dicho al menos un generador (480)resulta en una salida de potencia variable de dicho al menos un motor (410) de soplante y unavelocidad variable de dicho al menos un ventilador (415); y

al menos un enlace fusible (850) conectado entre dicho al menos un generador (480) y dicho al menos unmotor (410) de soplante;

en la cual dicho al menos un enlace fusible (850) sirve para proteger los devanados (882) del generadoren el caso de un fallo del motor de soplante.

Turbina eólica con soplante de velocidad variable directamente conectada El sistema descrito en el presente documento se refiere, en general, a un sistema de refrigeración mejorado. Más específicamente, el sistema se refiere a un sistema de refrigeración mejorado para un generador y/o una caja de engranajes de una turbina eólica.

El viento se considera normalmente una forma de energía solar causada por el calentamiento irregular de la atmósfera por parte del sol, por las irregularidades de la superficie de la tierra, y por la rotación de la tierra. Los patrones de flujo del viento se ven modificados por el terreno de la tierra, las masas de agua, y la vegetación. Los términos energía eólica o potencia eólica, describen el proceso mediante el cual se utiliza el viento para hacer girar un eje y subsiguientemente generar potencia mecánica o electricidad.

Normalmente, las turbinas eólicas se utilizan para convertir la energía cinética del viento en potencia mecánica. Esta potencia mecánica puede utilizarse para tareas específicas (tales como moler grano o bombear agua) o un generador puede convertir esta potencia mecánica (es decir, la rotación de un eje) en electricidad. Una turbina eólica normalmente incluye un mecanismo aerodinámico (p. ej., unas palas) para convertir el movimiento del aire en un movimiento mecánico (p. ej., rotación) que luego es convertido mediante un generador en corriente eléctrica. La potencia de salida del generador es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Cuando la velocidad del viento se duplica, la capacidad de los generadores eólicos aumenta casi ocho veces.

La mayoría de las turbinas eólicas disponibles comercialmente utilizan trenes motrices con engranajes para conectar las palas de la turbina a los generadores eléctricos. El viento hace girar las palas de la turbina, que hacen girar un eje de baja velocidad, que alimenta una caja de engranajes que tiene un eje de salida de mayor velocidad. Este eje de salida de mayor velocidad conecta con un generador que produce electricidad. La finalidad del tren motriz con engranajes es aumentar la velocidad del movimiento mecánico.

El tren motriz estándar de la industria para grandes turbinas eólicas (p. ej., > 1 MW) consiste en unas unidades discretas de caja de engranajes y de generador que están montadas por separado en un bastidor (también denominado comúnmente bancada o camada) . La potencia es transferida desde la caja de engranajes hasta el generador a través de un acoplamiento flexible de “alta velocidad” del eje. Esta disposición obliga a que la caja de engranajes y el generador estén distanciados entre sí, así como requiere que tanto el eje de salida de la caja de engranajes como el eje de entrada del generador tengan que estar soportados por separado mediante unos cojinetes de la caja de engranajes y unos cojinetes del generador, respectivamente.

A menudo se utilizan intercambiadores de calor para disipar el calor generado durante el funcionamiento del generador y/o la caja de engranajes. El intercambiador de calor puede incluir un ventilador accionado por un motor que impulsa aire sobre los elementos del intercambiador de calor. Normalmente, un intercambiador de calor (p. ej., de aceite-aire) para caja de engranajes está conectado a la caja de engranajes, y un intercambiador de calor (p. ej., de aire-aire) para generador está montado en un generador. Estos intercambiadores de calor, con sus motores de ventilador, consumen una energía valiosa.

El documento EP 1 586 769 da a conocer una góndola de turbina eólica que tiene un generador de planta de energía eólica accionado directamente.

El documento DE 11 34 453 se refiere a motores de CC sin escobillas de accionamiento de ventilador para una máquina de inducción.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una turbina eólica de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

A continuación se describirán diversos aspectos de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La FIG. 1 es una ilustración en perspectiva de una turbina eólica ejemplar;

La FIG. 2 es una ilustración simplificada, en sección transversal, de una porción de una turbina eólica conocida;

La FIG. 3 es una ilustración de un sistema de refrigeración conocido en el cual la potencia de salida del convertidor de potencia se utiliza para accionar el motor de la soplante;

La FIG. 4 es una ilustración de un sistema de refrigeración mejorado en el cual el motor de la soplante está conectado directamente a los terminales de salida del generador, los cuales no son parte de la presente invención.

La FIG. 5 es una ilustración de un diagrama que muestra la relación entre la velocidad de la soplante y la velocidad del generador para los sistemas ilustrados en las FIGS. 3 y 4;

La FIG. 6 es una ilustración de un diagrama que muestra la relación entre la potencia de la soplante y la velocidad del generador para los sistemas ilustrados en las FIGS. 3 y 4;

La FIG. 7 es una ilustración de un sistema de refrigeración mejorado en el cual el motor de la soplante está conectado directamente a los devanados del generador, los cuales no son parte de la presente invención;

La FIG. 8 es una ilustración de un sistema de refrigeración mejorado en el cual unos enlaces fusibles están conectados entre el motor del ventilador y el generador, de acuerdo con un aspecto de la presente invención;

La FIG. 9 es una ilustración de un sistema de refrigeración mejorado en el cual un transformador está conectado entre el motor del ventilador y el generador, de acuerdo con un aspecto de la presente invención;

La FIG. 10 es una ilustración de un sistema de refrigeración mejorado en el cual múltiples motores de soplantes pueden estar conectados a la salida del generador, los cuales no son parte de la presente invención.

En la FIG. 1 se ilustra una típica turbina eólica 100 de eje horizontal (HAWT) comercial. La turbina eólica 100 puede incluir una torre 110 tubular, que a menudo está fabricada de acero. La torre 110 puede erigirse apilando múltiples segmentos de torre unos encima de otros. La torre 110 soporta el peso de la góndola 120, las palas 130 y el buje 140. Las torres también pueden ser de tipo celosía (o reticulado) , y alternativamente las torres tubulares pueden estar formadas de hormigón. La góndola 120 normalmente aloja el tren motriz (p. ej., la caja de engranajes, los ejes, los acoplamientos, el generador, etc.) , así como el bastidor (también denominado camada) y los mecanismos de orientación direccional. Dentro de la góndola 120 también pueden estar alojados otros elementos, tales como el control electrónico. Normalmente, la góndola 120 tiene un revestimiento exterior que está compuesto de un material muy ligero tal como un compuesto de fibra de vidrio o de grafito. La función principal del revestimiento de la góndola es proteger los contenidos de los elementos (p. ej., la lluvia, el hielo, la nieve, etc.) .

Las palas 130 están conectadas al buje 140, y el buje puede contener un mecanismo de control de paso para controlar el ángulo de paso de cada pala. Normalmente, se emplean tres palas en la mayoría de las turbinas eólicas comerciales, sin embargo, también pueden emplearse una, dos o cuatro o más palas. Las palas convierten la energía cinética del viento en energía mecánica al hacer girar un eje de baja velocidad. Las palas pueden estar fabricadas con compuestos de fibra de vidrio o de grafito, con plásticos reforzados con fibra de vidrio o con laminados de madera y epoxy, o con otros materiales adecuados. El eje de baja velocidad está conectado al buje 140, normalmente a través de un acoplamiento de brida con pernos.

Para convertir la rotación de un eje en energía eléctrica se utilizan generadores. Normalmente se utiliza una caja de engranajes para aumentar la velocidad del eje de entrada al generador. La caja de engranajes tiene un eje de baja velocidad a modo de entrada, y la salida es un eje de alta velocidad, que puede entrar directamente al generador. Sin embargo, algunas turbinas eólicas utilizan una configuración de accionamiento directo, en la cual se elimina la caja de engranajes. En las turbinas de accionamiento directo, el eje de baja velocidad entra directamente al generador.

La FIG. 2 ilustra una vista simplificada, en sección transversal, de una porción de una turbina eólica. La góndola 120 está montada sobre la torre 110. Las palas 130 conectan con el buje 140, y accionan un eje 250 de baja velocidad que está conectado a una caja 260 de engranajes. La caja de engranajes acciona un eje 270 de alta velocidad, que está conectado a un generador... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica, que comprende:

al menos un generador (480) ;

al menos un motor (410) de soplante conectado a dicho al menos un generador (480) , estando configurado dicho al menos un motor (410) de soplante para hacer girar al menos un ventilador (415) para hacer circular aire en dicho al menos un generador (480) ;

caracterizado porque:

dicho al menos un motor (410) de soplante está conectado con dicho al menos un generador

(480) de tal modo que una salida de potencia variable de dicho al menos un generador (480) resulta en una salida de potencia variable de dicho al menos un motor (410) de soplante y una velocidad variable de dicho al menos un ventilador (415) ; y

al menos un enlace fusible (850) conectado entre dicho al menos un generador (480) y dicho al menos un motor (410) de soplante;

en la cual dicho al menos un enlace fusible (850) sirve para proteger los devanados (882) del generador en el caso de un fallo del motor de soplante.

2. La turbina eólica de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

un controlador (440) de turbina;

al menos un conmutador (430) conectado entre dicho al menos un generador (480) y dicho al menos un motor (410) de soplante, siendo operativo dicho al menos un conmutador (430) para controlar el suministro de potencia desde dicho al menos un generador (480) hasta dicho al menos un motor (410) de soplante;

en la cual dicho controlador (440) de turbina está conectado a dicho al menos un conmutador (430) para controlar el funcionamiento de dicho al menos un conmutador (430) para activar o desactivar la operación de dicho al menos un motor (410) de soplante.

3. La turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual al menos un motor (410) de soplante está conectado con dicho un generador (480) en un punto situado entre una salida de al menos un generador y una entrada de un conversor (420) de potencia.

4. La turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo dicho al menos un generador (480) una pluralidad de devanados (782) y en la cual dicho al menos un motor (410) de soplante está conectado mediante unas derivaciones (784) a al menos una porción de dichos devanados (782) para obtener un nivel de tensión inferior al nivel máximo de tensión de salida de dichos devanados.

5. La turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual dicho al menos un motor (410) de soplante es al menos uno de:

un motor de soplante para un intercambiador (290) de calor de un generador y un motor de soplante para un intercambiador (265) de calor de una caja de engranajes.

6. La turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente:

al menos un transformador (960) conectado entre dicho al menos un generador (480) y dicho al menos un motor (410) de soplante;

en la cual dicho al menos un transformador (960) convierte una tensión de dicho al menos un generador

(480) a una tensión requerida por dicho al menos un motor (410) de soplante.