本发明专利技术涉及一种用于能量获取设备，尤其是风力发电站的差动机构，其包含三个驱动端和从动端。其中一个第一驱动端与能量获取设备的驱动轴连接，一个从动端与发电机（８）连接，并且一个第二驱动端与作为差动驱动装置的电机（６）连接。所述与驱动轴连接的第一驱动端以基本转速转动。第一驱动端的转速范围至少为基本转速的－／＋６．０％并且最多为基本转速的－／＋２０．０％，而电机（６）则以额定转速运行。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于能量获取设备、尤其是风力发电站的差动机构、一种用于运行这种差动机构的方法以及一种具有这种差动机构的能量获取设备、尤其是风力发电站。
技术介绍
风力发电站逐渐成为越来越重要的发电设备。因此通过风进行发电的百分比份额持续提高。这点一方面由和电流质量的新标准有关，另一方面和风力发电站越来越大的趋向有关。同时海上风力发电站也成为趋势，这种风力发电站要求至少5WM安装容量的设备规模。由于海上区域中的风力发电站的基础设施和维护或安装成本很高，所以这类设备的效率和可使用性都是特别重要的。对于所有设备共同的是可变的转子转速的必要性，一方面为了提高在部分负荷范围内的空气动力效率并且另外一方面为了调节风力发电站的传动系中的转矩，最后为了与转子叶片调节相结合进行转速调节。现在应用的大部分风力发电站为了满足该要求，使用与变频器组合的、转速可变的所谓的双重馈电的三相交流电机或同步发电机形式的发电机方案。这些方案然而具有缺点(a)风力发电站在电网干扰的情况下的电特性仅仅有条件地满足供电企业的要求；(b)风力发电站仅仅借助于变压站可连接到中压电网上；以及(C) 对于可变的转速需要的变频器是功率非常大的并且因此是效率损失的源头。这些问题能够通过应用他励的中压同步发电机解决。在此然而需要替代的方案， 以便满足对风力发电站的传动系中的可变的转子转速或转矩调节的要求。一个可能性在于应用差动机构，其通过在恒定的发电机转速的情况下改变传动比而允许风力发电站的可变的转速。W02004/109157A1示出了一种复杂的、流体静力的“多通道”设计，其具有多个平行的差动级和多个可切换的离合器，由此可在单个通道间切换。借助所示技术方案可减小流体静力的功率和由此流体静力的损耗。但整个装置的复杂结构是一大缺点。此外，各单个级之间的切换在控制风力发电站时也是问题。另外该公开文献还示出了一种机械的制动器，其直接作用于发电机轴上。W02006/010190A1示出一种简单的具有多级的差动机构的电概念，该差动机构优选设定一个异步发电机作为差动驱动装置。该差动驱动装置的额定转速1500rpm在电动运行时扩大1/3至2000rpm，这意味着大约33%的磁场削弱范围。EP U83359A1示出了具有电差动驱动装置的单级和多级差动机构，单级方案具有围绕输入轴同轴定位的具有高额定转速的特殊三相交流电机，其基于结构形式具有极大的关于转子轴的惯性矩。作为替换方案，多级差动机构设有高速标准三相交流电机，该三相交流电机平行于差动机构的输入轴定向。已知设计的缺点一方面在于差动驱动装置中的高损耗，另一方面在于设计时用来解决该问题的复杂的机械结构或特殊机电构造以及由此的高昂成本。在流体静力的方案中此外应用的泵的寿命是一个问题或者在与外部的环境调节适配时需要高的耗费。总之可以确定，所选择的额定转速范围或者对于调整极端负载是过小的或对于风力发电站的最佳的发电是过大的。此外在已知的用于差动驱动装置的电方案中可以确定，它们在额定转速范围和磁场削弱范围之间规定了不利的分配并且没有充分考虑到对于控制重要的标准如差动驱动装置的关于转子的惯性矩(J-)。
技术实现思路
本专利技术的任务是尽可能地避免上述缺点并且提供一种差动驱动装置，其除成本尽可能低外既保证了最大发电量又确保了风力发电站的最佳控制。上述任务利用具有权利要求1特征的差动机构解决。上述任务此外利用具有权利要求13特征的能量获取设备解决。上述任务最后也利用具有权利要求15和16的特征的方法解决。其余从属权利要求的技术方案为本专利技术优选的实施方式。通过将转速限定在给定的范围上在较高的空气动力效率和通过差动驱动装置引起的效率损失之间达到了最佳的平衡，同时顾及到了在能量获取设备特别是风力发电站中的与调节相关的边界条件。附图说明下面参考附图进一步说明本专利技术优选的实施方式。图1示出按现有技术的5丽风力发电站的功率曲线、转子转速和由此产生的特性值如叶尖速比和功率系数，图2示出按现有技术的具有电差动驱动装置的差动机构的原理图，图3示出按现有技术的具有泵/马达组合的流体静力的差动驱动装置的原理图，图4示出按现有技术的同轴于差动级的输入轴定向的特殊三相交流电机的原理图，图5示出风力发电站的转子上的转速情况和由此产生的用于差动驱动装置的最大输入转矩Iax，图6示例示出电差动驱动装置的转速和功率与风速的关系，图7示出对于单级差动机构而言最大转矩和比例因数y/x与额定转速范围的关系，图8示出具有单级和替代地具有二级差动机构的差动驱动装置的传动比和转矩以及对Jral的作用，图9示出单级或二级差动机构的倍乘因数f (J)，差动驱动装置的惯性矩J的值与该倍乘因数相乘，从而计算在最小的转子转速(nmin)时关于转子轴的Jral，图10示出对于单级或二级差动机构而言所需的转矩，以便借助电差动驱动装置能够根据转速补偿转子上的转速跳跃，图11示出包括磁场削弱范围的电差动驱动装置(PM-同步电机)的转速/转矩特性与所需的用于差动驱动装置的转矩的比较，图12示出用于差动驱动装置的最大输入转矩和比例因数y/x与电差动驱动装置的磁场削弱范围的关系，图13示出总发电量的差异率与磁场削弱范围的关系，图14示出在具有80%的磁场削弱范围的电差动驱动装置的情况下，在不同年平均风速时对于不同额定转速范围而言的总发电量的差异率，图15示出在液压差动驱动装置的情况下在不同年平均风速时对于不同额定转速范围而言的总发电量的差异率，图16示出对于单级差动机构而言在不同的额定转速范围中电差动驱动装置的发电成本，图17示出对于二级差动机构而言在不同的额定转速范围时电差动驱动装置的发电成本，图18示出三相交流电机，其利用在之间连接的电阻短路，图19示出具有集成到主传动装置中的单级差动机构的方案，图20示出具有集成到同步发电机中的单级差动机构的方案，图21示出单级差动机构的替代方案，其具有位于内齿轮和差动驱动装置之间的同轴连接。具体实施例方式风力发电站的转子的功率由下述公式计算出转子功率=转子面积X功率系数X空气密度/2 X风速3其中，功率系数与风力发电站转子的叶尖速比(=叶尖速度与风速的比值)有关。 风力发电站的转子设计基于随发展待确定的叶尖速比(值大多在7和9之间)，以获得最佳的功率系数。出于这个原因，在风力发电站运行时应在部分负荷范围中调节到相应小的转速，以便确保最佳空气动力效率。图1示出了转子功率、转子转速、叶尖速比和用于转子的给定最大转速范围的功率系数或8. 0-8. 5的最佳叶尖速比的功率系数的关系。从图表中可以看出，当叶尖速比偏离于其8. 0-8. 5的最佳值时，功率系数下降，因此根据上述公式转子功率相应于转子的空气动力特性也降低。图2示出用于风力发电站的差动系统，其包括差动级3或11至13、适配传动级4 和差动驱动装置6。风力发电站的转子1驱动主传动装置2，该转子位于用于主传动装置2 的驱动轴上。主传动装置2为3级传动装置，其具有两个行星齿轮级和一个圆柱齿轮级。差动级3位于在主传动装置2和发电机8之间，主传动装置2通过差动级3的行星架12驱动发电机。发电机8优选是他励同步发电机，在需要时也可具有大于20kv的额定电压，发电机与差动级3的内齿轮13连接并且由其驱动。差动级3的小齿本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于能量获取设备、尤其是风力发电站的差动机构，其包含三个驱动端和从动端，其中一个第一驱动端与能量获取设备的驱动轴连接，一个从动端与发电机（８）连接，并且一个第二驱动端与作为差动驱动装置的电机（６）连接，并且所述与驱动轴连接的第一驱动端以基本转速转动，其特征在于，第一驱动端的转速范围至少为基本转速的－／＋６．０％并且最多为基本转速的－／＋２０．０％，而电机（６）则以额定转速运行。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：格拉尔德·黑亨贝格尔，
申请(专利权)人：格拉尔德·黑亨贝格尔，
类型：发明
国别省市：AT
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