Regulación del número de revoluciones en una instalación de energía eólica con dos sensores de proximidad para la medición del número de revoluciones.

Procedimiento para la regulación del número de revoluciones de una instalación de energía eólica,

en el que con la ayuda de una disposición de transmisor con al menos una sección de transmisor y una disposición de sensores con al menos dos sensores (42, 44) que durante un movimiento de giro relativo entre la disposición de transmisor y la disposición de sensores responden a la sección de transmisor, se calcula el número de revoluciones relativo mediante la evaluación de las señales de la disposición de sensores, siendo medido el tiempo t que tarda respectivamente una sección de transmisor entre dos sensores (42, 44) dispuestos uno detrás de otro en el sentido de giro, a una distancia fija entre ellos, siendo calculado el número de revoluciones n con la ayuda del tiempo t y las condiciones geométricas de la disposición de transmisor y la disposición de sensores, siendo emitida una señal real del número de revoluciones, correspondiente al número de revoluciones calculado, a un regulador (36) que emite una señal de ajuste . i a un dispositivo de ajuste (39) para un ajuste de palas de un rotor (10), cuando la señal real del número de revoluciones difiere de un valor teórico de número de revoluciones.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04023140.

Solicitante: Repower Systems AG..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ALSTERKRUGCHAUSSEE 378 22335 HAMBURG ALEMANIA.

Inventor/es: Altemark,Jens Dipl.-Ing.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D7/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p. ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p. ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.

PDF original: ES-2378539_T3.pdf

 

Regulación del número de revoluciones en una instalación de energía eólica con dos sensores de proximidad para la medición del número de revoluciones.

Fragmento de la descripción:

Regulación del número de revoluciones en una instalación de energía eólica con dos sensores de proximidad para la medición del número de revoluciones La invención se refiere a un procedimiento para la regulación del número de revoluciones en una instalación de energía eólica según la reivindicación 1.

A medida que aumenta el tamaño de las instalaciones de energía eólica evidentemente se incrementan las solicitaciones en el ramal de accionamiento que normalmente se compone de un rotor eólico, un engranaje y las secciones de onda entre el rotor eólico y el engranaje y entre el engranaje y el generador. El ramal de accionamiento está expuesto a considerables solicitaciones por flexión y por torsión. A las solicitaciones estáticas se añaden las dinámicas que especialmente solicitan considerablemente los cojinetes y el engranaje. Por ello, ya se dio a conocer la amortiguación electrónica de vibraciones en el ramal de accionamiento mediante una regulación correspondiente del convertidor. Para ello, se requiere un registro exacto del número de revoluciones. Se dieron a conocer diferentes procedimientos para la medición del número de revoluciones en instalaciones de energía eólica.

Un procedimiento conocido usa un llamado codificador incremental que cuenta el número de impulsos por unidad de tiempo. Un codificador incremental de este tipo se dispone generalmente en una sección de onda en el lado del generador, opuesto al engranaje. Los codificadores incrementales son complicados y susceptibles a las averías. A ser posible, una disposición de medición del número de revoluciones debe trabajar de forma precisa y sin perturbaciones durante un período de tiempo muy largo. Dado que por razones de seguridad debería estar dispuesto un codificador incrementaI a la salida del engranaje, resulta un montaje difícil y complicado.

Como alternativa al codificador incremental se conoce usar un disco transmisor que presenta en su contorno una serie de levas equidistantes y que aproximadamente a la salida del engranaje está colocado de forma no giratoria sobre la sección de onda asignada. Un sensor de proximidad estacionario registra el paso de las levas y con la ayuda de un ordenador se registra el tiempo transcurrido entre dos levas contiguas o entre más levas. Mediante el tiempo medido se calcula el número de revoluciones según la fórmula n1 = en la que t1 es t1*númerodelevas el tiempo que transcurre entre la aproximación o el paso de dos levas contiguas. Se entiende que la precisión en la fabricación del disco transmisor influye en la precisión de la medición del número de revoluciones. Para una regulación optimizada en cuanto a las solicitaciones hay que aspirar a una precisión de <0, 1% y un desplazamiento de fase < 5º con respecto a una vibración de 5 Hz. Un disco transmisor que cumpliera esta precisión tendría que fabricarse con una tolerancia < 0, 01 mm. Esto requiere un considerable gasto de fabricación. Además, el disco puede sufrir daños por influjos exteriores, en cuyo caso ya no queda garantizada la precisión necesaria.

Por el documento WO81/01444A1 se conoce una instalación de energía eólica con un sistema de mantenimiento de velocidad. El sistema de mantenimiento de velocidad comprende un variador de velocidad conectado con un engranaje planetario. La disposición es tal que en caso de un cambio de la velocidad del viento se mantiene constante la velocidad de giro del vástago del generador de la instalación de energía eólica de tal forma que el ángulo de palas se modifica en función del cambio de la velocidad del viento. Por el documento EP0358381A1 se conoce un detector de velocidad para la aplicación en un disco giratorio con dientes metálicos. Dos bobinas se disponen con un desplazamiento una respecto a otra, cerca del disco giratorio, de modo que su inductividad cambia durante un giro del disco giratorio. Un detector de inversión de fase genera una señal pulsada con una frecuencia que debe ser representativa de la velocidad del disco giratorio.

La invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento para la regulación del número de revoluciones en instalaciones de energía eólica que se pueda realizar con medios poco complejos y que ofrezca la precisión necesaria para una regulación optimizada en cuanto a las solicitaciones.

Este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

En el procedimiento según la invención también se usa una disposición de transmisor, por ejemplo un disco transmisor de estructura convencional. Lo esencial de la invención es que las secciones de transmisor dispuestas preferentemente a una distancia uniforme en la disposición de transmisor cooperan respectivamente con dos sensores dispuestos uno detrás de otro y a una distancia fija entre ellos en el sentido de giro de la disposición de transmisor o la disposición de sensores, determinando un ordenador el tiempo que durante el giro de la disposición de transmisor tarda al menos una sección del transmisor entre el primer sensor y el segundo sensor. Si se conoce la a distancia angular a entre los sensores, el número de revoluciones resulta de n = . Si se conoce la 360º *t

circunferencia U de la disposición de transmisor o la disposición de sensor, es decir, la longitud del círculo que describen las secciones eficaces del transmisor o los sensores durante el giro y la longitud s de la cuerda del círculo entre los sensores o secciones de transmisor, el número de revoluciones puede calcularse de forma aproximada mediante la fórmula n * t = s/U, siendo t a su vez el tiempo medido que tarda una sección del transmisor para el trayecto entre los sensores. Una señal real del número de revoluciones correspondiente al número de revoluciones calculado se emite a un regulador que emite una señal de regulación a un dispositivo de ajuste para ajustar las palas de un rotor cuando la señal real del número de revoluciones difiere de un valor teórico de número de revoluciones.

Las instalaciones de energía eólica del desarrollo más reciente exigen unos requisitos extremadamente elevados en cuanto a la realización técnica del sistema de regulación. Por una parte, en las instalaciones de energía eólica están en movimiento masas extremadamente grandes. En la actualidad, las palas de rotor con un peso de hasta 20 toneladas y hasta una longitud de 60 metros son unos componentes muy elásticos que pueden flexionarse fuertemente. El ramal de accionamiento que con sus grandes masas rotatorias (peso de rotor actualmente de 120 toneladas, pesos de engranaje y de generador de hasta 70 toneladas) también constituye un sistema muy susceptible a la vibración. Al mismo tiempo, la vida útil de 20 años con un funcionamiento prácticamente exento de vigilancia e interrupciones permite una realización lo más sencilla y fiable posible de todos los componentes. Durante el ajuste de palas de una instalación de energía eólica han de moverse grandes masas. Para la regulación de la absorción de energía del viento, las palas se hacen girar alrededor del eje longitud con sistemas de ajuste de pala eléctricos o hidráulicos. El ajuste de pala junto a una regulación de par del generador tiene la función de regular o mantener constante el número de revoluciones y la potencia de la instalación de energía eólica. Cuando aumenta el número de revoluciones con la potencia nominal, por ejemplo, se ajusta el ángulo de palas en el sentido de la posición de bandera. Cuando baja el número de revoluciones se reduce el ángulo de palas.

Si durante la medición del número de revoluciones se produce un "ruido", el regulador de ajuste de palas recibe información errónea acerca del número de revoluciones. Si este ruido se aprovecha directamente como comando de ajuste para las palas de rotor, se producen constantemente pequeños movimientos de ajuste y según la frecuencia incluso puede producirse un auténtico "temblor". Dado que la masa inerte del sistema de ajuste y de las palas se acelera constantemente, esto conduce a elevadas solicitaciones y a una reducción de la duración útil de los componentes implicados. Dado que en cada sistema mecánico existe un "juego" (por ejemplo, flancos de dientes en el engranaje, varillas guía en el ojal de bulón, etc.) esto conduce a un desgaste adicional. Este efecto se ve aumentado porque debido al juego no se produce ningún cambio del ángulo de palas y la regulación lo compensaría mediante un aumento del valor teórico. Por ello, también se dio a conocer ya filtrar una señal de número de revoluciones. Sin embargo, un filtro tiene como consecuencia tiempos de retraso, así... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la regulación del número de revoluciones de una instalación de energía eólica, en el que con la ayuda de una disposición de transmisor con al menos una sección de transmisor y una disposición de sensores con al menos dos sensores (42, 44) que durante un movimiento de giro relativo entre la disposición de transmisor y la disposición de sensores responden a la sección de transmisor, se calcula el número de revoluciones relativo mediante la evaluación de las señales de la disposición de sensores, siendo medido el tiempo t que tarda respectivamente una sección de transmisor entre dos sensores (42, 44) dispuestos uno detrás de otro en el sentido de giro, a una distancia fija entre ellos, siendo calculado el número de revoluciones n con la ayuda del tiempo t y las condiciones geométricas de la disposición de transmisor y la disposición de sensores, siendo emitida una señal real del número de revoluciones, correspondiente al número de revoluciones calculado, a un regulador (36) que emite una señal de ajuste . i a un dispositivo de ajuste (39) para un ajuste de palas de un rotor (10) , cuando la señal real del número de revoluciones difiere de un valor teórico de número de revoluciones.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la disposición de transmisor está conectada de forma no giratoria con un árbol (20) rotatorio de la instalación de energía eólica y la disposición de sensores está dispuesta de forma estacionaria.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la disposición de sensores está conectada de forma no giratoria con un árbol rotatorio de la instalación de energía eólica y la disposición de transmisor está dispuesta de forma estacionaria.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los dos sensores (42, 44) están dispuestos en el sentido de giro a una distancia angular (a) entre ellos y el número de revoluciones n se

a calcula según la fórmula n = . 360º *t

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los dos sensores (42, 44) están dispuestos en el sentido de giro a una distancia s entre ellos que indica la longitud de la cuerda del círculo, y el número de revoluciones n se calcula de forma aproximada a partir del tiempo t, la distancia s y el contorno U del círculo que describen las secciones de transmisor efectivas según la fórmula n = s/ (U * t) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para fines de calibración, en un primer paso, con la ayuda de respectivamente uno solo de los sensores (42, 44) se determina el número de revoluciones n1, y en un segundo paso, a partir de una medición del tiempo t realizada preferentemente de forma simultánea al primer paso se determina la relación s/U según la fórmula s/U = n1*t.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque, para incrementar la precisión, los dos pasos de medición se repiten varias veces y la relación s/U se determina como valor medio de los resultados de las mediciones individuales.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el número de revoluciones durante la puesta en servicio se determina en un primer paso con un cociente aproximado s/U según el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, y en un segundo paso, con la ayuda de respectivamente uno solo de los sensores (42, 44) se determina un número de revoluciones n1, siendo medido el tiempo entre la activación del sensor (42, 44) por dos o más secciones de transmisor y, en un tercer paso, a partir de una medición del tiempo t realizada aproximadamente de forma simultánea al segundo paso, se redetermina la relación s/U según la fórmula s/U = n1*t y se almacena.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque un disco de transmisor

(32) presenta un número de levas radiales (40) dispuestas a distancias iguales en el contorno del disco de transmisor (32) y porque los sensores (42, 44) son sensores de proximidad.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque un disco de transmisor presenta un número de escotaduras o taladros axiales y los sensores están dispuestos axialmente.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la disposición de transmisor o el disco de transmisor (32) está conformado en una sola pieza.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la disposición de transmisor o el disco de transmisor está realizado de forma dividida con la línea de división a lo largo de un diámetro.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la disposición de transmisor está montada sobre el ramal de onda entre un engranaje (18) y un generador (26) .

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la disposición de 5 transmisor está montada sobre el ramal de onda entre el rotor eólico (10) y el engranaje (18) .

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la disposición de transmisor está formada por un disco de retención (28) o una brida roscada.

16. Procedimiento para la regulación del número de revoluciones de una instalación de energía eólica, en el que con la ayuda de una disposición de transmisor con al menos una sección de transmisor y una disposición de sensores con al menos dos sensores (42, 44) que durante un movimiento de giro relativo entre la disposición de transmisor y la disposición de sensores responden a la sección de transmisor, se calcula el número de revoluciones relativo mediante la evaluación de las señales de la disposición de sensores, siendo medido el tiempo t que tarda respectivamente una sección de transmisor entre dos sensores (42, 44) dispuestos uno detrás de otro a una distancia fija entre ellos en el sentido de giro, siendo calculado el número de revoluciones n con la ayuda del tiempo t y de las condiciones geométricas de la disposición de transmisor y la disposición de sensores, siendo emitida una señal real del número de revoluciones, correspondiente al número de revoluciones calculado, a un regulador (36) para determinar una señal de ajuste de par (Mgen) de un generador (26) que se emite a un convertidor (38)

postconectado al generador (26) .


 

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