Motor de accionamiento Pitch apto para funcionar en servicios de emergencia.

Motores de accionamiento Pitch para situaciones de emergencia(50,

52, 54) para una planta de energía eólica o hidráulica (80), como mínimo con un rectificador de corriente (14), un circuito intermedio -DC (18) un primer inversor (16, 16-1) y un motor de corriente trifásica- Pitch (38) con cableados de motor que se puedan conectar bilateralmente (30), en el que el primer lado de contacto (76-1) del cableado del motor (30) esté conectado con el primer inversor (76-1) y el segundo lado de contacto (76-2) del cableado del motor (30) conectado con un segundo inversor (16, 16-2), y como mínimo un interruptor (40, 44, 46) conectado con un lado de contacto (76) del cableado del motor (30) de manera que durante el funcionamiento ordinario de un primer estado de conmutación del interruptor (40, 44, 46) se pueda aplicar corriente al cableado del motor (30) ambos inversores (16, 16-1, 16-2), y en caso de funcionamiento de emergencia en un segundo estado de conmutación del interruptor (40, 44, 46) se aplique corriente al cableado del motor (30) a través de un único inversor (16, 16-1, 16-2), caracterizado por que cada inversor (16, 16-1, 16-2) está conectado con un rectificador de corriente (14-1, 14-2) con circuito intermedio DC (18, 18-1, 18-2) para así crear una instalación de inversión independiente (13, 13-1, 13-2), y cada instalación de inversión (13, 13-1, 13-2) está conectada de forma conmutable a una red de abastecimiento (12) a través de un interruptor de desacople(40, 48) y cada inversor (16, 16-1, 16-2) está conectado de forma conmutable al cableado del motor (30) de un lado de contacto (76) mediante un interruptor de desacople (40, 48) y ambos inversores (16, 16-1, 16-2) conectados con un freno chopper (66).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/068670.

Solicitante: LTi REEnergy GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Heinrich-Hertz-Str. 18 59423 Unna ALEMANIA.

Inventor/es: BÜNTE,ANDREAS, WERTZ,HARALD, KLEINEN,CHRISTIAN, GILL,HARRY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D7/02 SECCION F — 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.
  • H02J9/04 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › H02J 9/00 Circuitos para alimentación de potencia de emergencia o de reserva, p. ej. para alumbrado de emergencia (con posibilidad de carga de una batería de reserva H02J 7/00). › en los cuales el sistema de distribución es desconectado de la fuente normal y conectado a una fuente de reserva.
  • H02P25/18 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 25/00 Disposiciones o métodos para el control de motores de CA caracterizados por la clase de motor de CA o por detalles estructurales. › con disposiciones para la conmutación de devanados, p. ej. con conmutadores mecánicos o relés.
  • H02P29/02 H02P […] › H02P 29/00 Disposiciones para la regulación o el control de motores eléctricos, apropiadas tanto para motores de CA como de CC (control de motores que pueden conectarse a dos o más fuentes de alimentación de voltaje o corriente H02P 4/00; control vectorial H02P 21/00). › Provisión de protección contra sobrecargas sin interrupción automática de la alimentación, p. ej. monitoreado.

PDF original: ES-2539536_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Motor de accionamiento Pitch apto para funcionar en servicios de emergencia.

La presente invención se refiere a un circuito de emergencia capacitado para accionar un motor AC-Pitch en una instalación eólica o hidráulica, que contenga como mínimo un rectificador de corriente, circuito intermedio DG y dos inversores, en el que se podrá aplicar corriente a esta primera cara de contacto del cableado del motor de corriente trifásica-Pitch con un primer inversor y un segundo lado de contacto del cableado del motor con un segundo inversor.

Los motores Pitch se utilizarán en plantas de energía eólicas o hidráulicas para variar el ángulo de ataque del medio de accionamiento respecto a la pala de rotor o turbina. En el caso de una planta de energía eólica el medio de accionamiento será el viento, y en el caso de una planta de energía hidroeléctrica el agua. A través del ajuste del motor Pitch, es decir del ángulo de ataque a la pala de rotor, se puede variar el número de revoluciones de la instalación de producción de energía. La finalidad es obtener la máxima eficiencia cuando la corriente es mínima y evitar una sobrecarga en el caso de corrientes fuertes. Normalmente se proveerá a las turbinas con un accionamiento Pitch por cada pala, aunque también existen motores de accionamiento Pitch centrales, que ajustan el Pitch de todas o de una mayoría de las palas. El objeto de la invención puede ser aplicado tanto en sistemas de accionamiento Pitch centralizados como descentralizados.

Los sistema de accionamiento Pitch de este tipo utilizarán a menudo, para la variación del ángulo de incidencia, inversores de corriente que deberían constar de un rectificador de corriente, que convierta una corriente eléctrica AC en una red de voltaje contlnuo-DC para un circuito de voltaje continuo, y en el que este circuito intermedio alimenta a un inversor. Esta rectificación de la corriente se puede reorientar u orientar por ejemplo con un control de entrada de fase. También cabe pensar en unidades de alimentación activas, con capacidad regenerativa. El equipamiento del rectificador de corriente dependerá del estado técnico actual, por lo que se describirá esta unidad, que provee al circuito intermedio, siempre como rectificador de corriente. El inversor sirve para cambiar la corriente de voltaje continuo DC del circuito intermedio a una corriente trifásica para aplicar la corriente al motor de corriente trifásica. Los inversores trabajan en base a interruptores eléctricos, como por ejemplo a través de tres medio-puente, como MOSFET, transistores IGBT o transistores IGCT. Estos generan a través de modulación por ancho de pulsos una tensión variable, en la que se puede regular tanto el voltaje de la tensión de salida como la frecuencia de largo alcance, para impulsar motores asincrono y motores síncronos. Así se puede ajustar el número de revoluciones de los motores de corriente trifásica. El cableado del motor quedará entrelazado en una cara de contacto en forma de estrella o triángulo.

Los sistemas de accionamiento Pitch serán impulsados con accionamientos trifásicos eficientes, sin desgaste y robustos. Sin embargo, estos presentan la desventaja de que el accionamiento del sistema Pitch se suspende por completo en caso de suspensión de la corriente-AC o un fallo en las instalaciones de inversores de corriente, el Pitch no variará y la planta eléctrica no podrá ser regulada. Esto suele ocurrir en condiciones adversas como un temporal, y a menudo son los rayos en una tormenta los que acaban con la red AC y el sistema eléctrico del motor. Cabe destacar el peligro de que una planta eléctrica se sobrecargue y quede dañada o destruida.

Por ello, este tipo de plantas eléctricas pueden incluir un almacenamiento de energía para casos de emergencia que pueda asegurar un suministro de energía externa, normalmente a través de fuentes de energía auxiliares como batería o acumulador. Pero aquí se presenta el problema de que el sistema de accionamiento-AC provisto en caso de emergencia con un voltaje-DC. Este problema se resuelve porque la corriente trifásica con motor de accionamiento Pitch puede funcionar mediante la alimentación de una corriente continua en un circuito intermedio del inversor. Sin

embargo, el problema surge cuando el inversor presenta un defecto, ya que el sistema de accionamiento Pitch se cortará por completo y la instalación no podrá ser dirigida.

Esta invención afecta las operaciones de emergencia del sistema de accionamiento del motor Pitch, en la que, a través de la redundancia del sistema del inversor, se puede asegurar una elevada seguridad funcional en el motor de corriente trifásica. En relación al nivel técnico se conocen diversos conceptos como por ejemplo, la interpretación redundante del sistema de accionamiento, en el que se usan dos o más instalaciones de inversión o dos o varios motores de corriente trifásica. Además hay accionamientos controlados en los que un único motor puede ser dirigido de forma paralela por dos instalaciones de inversión conmutables. Así se asegura un funcionamiento normal en situaciones de emergencia, almacenando cierta parte del accionamiento redundante, de manera que se aumenta la producción y mantenimiento aumentan sin un valor añadido para el funcionamiento normal.

Del DE 13 35 575 B4 surge un motor de accionamiento Pitch en caso de emergencia, en el que se recarga un sistema de almacenamiento de energía a través del rectificador de corriente de un convertidor. El funcionamiento de emergencia se basa en un funcionamiento sin averías del único inversor.

En JP 63 245 265a se describe un mecanismo para conversión de la corriente que funciona en caso de emergencia, y que en caso de funcionamiento regular actúa como conexión en triángulo y en funcionamiento de emergencia como conexión en estrella.

En los mecanismos de accionamiento de otro tipo, hay propuestas para un accionamiento controlado del motor para un motor de corriente trifásica con el cableado del motor accesible por dos lados, es decir un nrnotor en el que el cableado, es decir estatores y devanadores de rotor, sean accesibles desde dos lados de contacto exteriores. El cableado del motor del primer lado del contacto es conectado con una primera instalación del inversor de corriente y el segundo lado de contacto con una segunda instalación del inversor de corriente. Mediante el manejo sincronizado de los inversores, que se encuentran en las instalaciones de inversión de corriente, se puede alcanzar una mayor potencia del motor, a través de este sistema de inversión de potencia doble. Estos inversores de potencia doble alcanzan una mayor potencia porque en el mismo circuito de voltaje intermedio se puede instalar una mayor corriente en el motor de corriente trifásica, en comparación a una instalación convencional de convertidor de potencia; Así se podrá exponer al motor a un determinada potencia con un voltaje de referencia mayor pero una corriente de referencia menor. Los momentos de máximo voltaje que puede adquirir un convertidor de frecuencia Servoregler en un motor con conexión de estrella, son en el circuito de tensión intermedia DC. En un inversor de potencia convencional, este voltaje actúa como voltaje de la cadena sobre dos cables del motor. En un convertidor de potencia doble, este voltaje máximo podrá actuar como tensión de fase, y a la vez los devanados de cable se someten al mismo voltaje, pudiendo alcanzar así

momentos de torsión idénticos Este aumento de voltaje en torno al factor v/3

lleva a un aumento de la velocidad

nominal y por consiguiente la potencia del motor. Como alternativa, se puede reducir desde un primer momento la corriente de referencia en torno al factor y/3 , si se ha ajustado el motor seleccionado.

Para el funcionamiento de un inversor de potencia doble es necesario que ambos inversores estén perfectamente sincronizados. Esta sincronización se logrará, por ejemplo, mediante una comunicación controlada, que facilite la sincronización y establecimiento de importantes parámetros. Será ventajoso que ambos circuitos intermedios de los dos inversores que aplican la corriente sobre el cableado del motor de la corriente trifásica estén conectados entre sí, para lograr así un intercambio energético entre ambos circuitos intermedios y convertidor.

Este tipo de circuitos se conoce por ejemplo del WO 21/3498 A2. Hace referencia a elementos de conexión-Y, que podrán llevar a un cortocircuito en ambos lados del cableado del motor, de manera que al motor solo se le podrá aplicar corriente mediante el cable del motor en circuito-Y. Los elementos de conexión tipo Y están conectados entre el cableado del motor y el convertidor y cortocircuitan tanto el cableado del motor como los... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Motores de accionamiento Pitch para situaciones de emergenc¡a(5, 52, 54) para una planta de energía eólica o hidráulica (8), como mínimo con un rectificador de corriente (14), un circuito intermedio -DC (18) un primer inversor (16, 16-1) y un motor de corriente trifásica- Pitch (38) con cableados de motor que se puedan conectar bilateralmente (3), en el que el primer lado de contacto (76-1) del cableado del motor (3) esté conectado con el primer Inversor (76-1) y el segundo lado de contacto (76-2) del cableado del motor (3) conectado con un segundo Inversor (16, 16-2), y como mínimo un Interruptor (4, 44, 46) conectado con un lado de contacto (76) del cableado del motor (3) de manera que durante el funcionamiento ordinario de un primer estado de conmutación del interruptor (4, 44, 46) se pueda aplicar corriente al cableado del motor (3) ambos inversores (16, 16-1, 16-2), y en caso de funcionamiento de emergencia en un segundo estado de conmutación del interruptor (4, 44, 46) se aplique corriente al cableado del motor (3) a través de un único Inversor (16, 16-1, 16-2), caracterizado por que cada inversor (16, 16-1, 16-2) está conectado con un rectificador de corriente (14-1, 14-2) con circuito Intermedio DC (18, 18-1, 18-2) para así crear una instalación de inversión Independiente (13, 13-1, 13-2), y cada Instalación de inversión (13, 13-1, 13-2) está conectada de forma conmutable a una red de abastecimiento (12) a través de un interruptor de desacople(4, 48) y cada Inversor (16, 16-1, 16-2) está conectado de forma conmutable al cableado del motor (3) de un lado de contacto (76) mediante un interruptor de desacople (4, 48) y ambos inversores (16, 16-1, 16-2) conectados con un freno chopper (66).

2. Circuito según reivindicación 1, se caracteriza por que en un segundo estado de conmutación del interruptor (4, 44) un lado de contacto (76) del cableado del motor (3) se pueda cortocircuitar para formar un circuito en-Y, se prefiere que cada lado de contacto (76-1, 76-2) esté conectado con un interruptor (4, 44-1, 44-2).

3. Circuito según reivindicación 1, se caracteriza por que en un segundo estado de conmutación del ¡nterruptor(4, 46)ambos lados de contacto (76-1, 76-2) del cableado del motor (3) se puedan conectar para formar una conexión en A.

4. Circuito según reivindicación 2 y 3, caracterizados por como mínimo un, aunque preferiblemente dos interruptores en-Y (4, 44-1, 44-2) estén conectados en lados de contacto enfrentados (761, 76-2) para formar una conexión en Y, y otro interruptor A (4, 46) para formar una conexión en A en la segunda posición de conmutación, y conectado con el cableado del motor (3).

5. Circuito según reivindicación 2 y 3 caracterizado por que como mínimo un interruptor (4, 44, 46) sea un interruptor semiconductor (56).

6.Circuito según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que ambos circuitos intermedios DC

(18, 18-1, 18-2) de ambas instalaciones de inversión (13, 13-1, 13-2), están conectados uno con otro.

7. Circuito según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que ambas instalaciones de inversión (13, 13-1, 13-2 ) están conectadas a una red de alimentación (12) mediante un transformador de aislamiento secundario doble (62), en el que ambos circuitos intermedios (18, 18-1, 18-2) están conectados eléctricamente como mínimo de forma conmutable.

8. Circuito según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una unidad de corriente cero está conectada con ambos inversores (16, 16-1, 16-2), para minimizar la corriente cero a través del cableado del motor (3) durante un funcionamiento ordinario.

9. Circuito según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como mínimo un circuito intermedio-DC (18, 18-1, 18-2) tenga conectado un almacenador de energía para emergencia DC (68) conmutable como mínimo a la red de alimentación del circuito intermedio (18, 18-1, 18-2) en caso de avería de la red de abastecimiento de voltaje continuo.

1. Plantas de energía eólica o hidráulica (8) con un motor Pitch (92) para el ajuste de un ángulo pitch de como mínimo una pala de rotor, caracterizados por que el motor Pitch (92) contenga un motor de accionamiento Pitch (5, 52, 54) para situaciones de emergencia, siguiendo una de las reivindicaciones anteriores.

11. Procedimiento para el funcionamiento de un motor de accionamiento Pitch (5, 52, 54) siguiendo las reivindicaciones anteriores de la 1 a la 9, caracterizados por que en un funcionamiento ordinario en una primera posición de conmutación del interruptor (4, 44, 46), se le aplica corriente al cableado del motor (3) del motor de corriente trifásica (38) a través de ambos inversores (16, 16-1, 16-2); Y en caso de funcionamiento de emergencia, sobre todo en caso de avería del inversor (16, 16-1, 16-2) o una instalación de inversión (13, 13-1, 13-2) el interruptor(4, 46) cambiara a una segunda posición de conmutación, en el que el motor de corriente trifásica (38) sigue funcionando mediante el inversor restante (16, 16-1, 16-2).

12. Procedimiento siguiendo la reivindicación 11, caracterizado por que una inversión entre un funcionamiento ordinario y un funcionamiento de emergencia se realice con independencia de una pérdida de potencia del motor de corriente trifásica (38), una avería o bajada en el voltaje del circuito intermedio-DC o un voltaje de salida del inversor no sincronizado.

13. Procedimiento siguiendo la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque, en caso de ¡nversores(16, 16-1, 16-2) o instalaciones de inversión(13, 13-1, 13-2) intactas, se realice un funcionamiento de emergencia alternante, turnando un uso de ambos inversores (16, 16-1, 16-2) o instalaciones de inversión(13, 13-1, 13-2) durante un continuado periodo de tiempo, sobre todo intervalos de tiempo predeterminados o durante fases del motor predecibles, y para aumentar la potencia del motor, si fuera necesario, sobre todo durante ciertas fases del motor, se conmute a un funcionamiento ordinario.


 

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