Synchrónny stroj, veterná elektráreň obsahujúca synchrónny stroj a spôsob monitorovania prevádzky synchrónneho stroja

Číslo patentu: 287699

Dátum: 23.05.2011

Autor: Wobben Aloys

Je ešte 1 strana.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Opisuje sa synchrónny stroj s prednostne vyjadrenými pólmi s pólovými vinutiami, ktoré sú medzi sebou galvanicky spojené. Ďalej je opísaná veterná elektráreň, ako aj spôsob monitorovania synchrónneho stroja veternej elektrárne. Úlohou je vytvoriť synchrónny stroj, ako aj spôsob prevádzkovania synchrónneho stroja takým spôsobom, aby sa zmenšilo nebezpečenstvo požiaru. Synchrónny stroj obsahujúci rotor so súborom pólov, z ktorých každý je vybavený aspoň jedným pólovým vinutím, pričom pólové vinutia viacerých pólov sú medzi sebou navzájom galvanicky spojené prostredníctvom prvého vodiča, ktorým preteká budiaci prúd. Paralelne k prvému vodiču je uložený signalizačný vodič na privádzanie vopred daného signálu, signalizačný vodič je spojený so zariadením na detegovanie signálu. Zariadenie na detegovanie signálu je spojené s riadiacim zariadením na zmenšenie/vypnutie prúdu cez prvý vodič pri prerušení prvého vodiča a zmene signálu v signalizačnom vodiči.

Text

Pozerať všetko

Predložený vynález sa týka synchrónneho stroja s prednosure vyjadrenýmí pólmi s pólovýrni vinutiami,ktoré sú medzi sebou spojené galvanicky. Dalej sa vynález týka vetemej elektráme, ako aj spôsobu monitorovania synchrónneho stroja vetemej elektráme.Synchrónne stroje sú všeobecne známe. Jedna konštrukčná fomia je vytvorenie buď rotora, alebo statora s(vyjadrenými) pólmi, pričom každý pól má aspoň jedno pólové vinutie, ktorým preteká budíaci prúd. Tento budíaci prúd je pri synchrónnych strojoch vždy jednosmemý prúd.V tomto ohľade sú pólové vinutia všetkých alebo viacerých z jednotlivých vyjadrených pólov medzi sebou galvanicky spojené. Pretože však sú pólové vinutia jednotlivo vyrábané a montované, toto spojenie je vytvárané prostredníctvom vhodných spájacich prostriedkov, ako svorky, spájkované spoje atď. Obzvlášť tieto spojovacie rniesta, ale tiež iné rrriesta, na ktorých je poškodený napr. drôt vinutia, podliehajú nebezpečenstvu prerušenia galvanického spojenia, napr. v dôsledku vibrácií pri prevádzke stroja.Na tomto prerušení sa môže v dôsledku vysokej prúdovej intenzity vytvoriť elektrický oblúk, ktorý úbytkom materiálu zväčšuje prerušenie a tak sa sám tiež zväčšuje a môže dosiahnuť dĺžku niekoľko centimetrov. Pritom jestvuje nebezpečenstvo, že sa materiál v okolí vznieti a tým dôjde k požiaru, ktorý zničí stroj.Úlohou vynálezu je preto ďalej vytvoriť synchrónny stroj, ako aj spôsob prevádzkovania synchrónneho stroja takým spôsobom, aby sa nebezpečenstvo požiaru zmenšilo.Táto úloha je riešená synchrónnym strojom a spôsobom monitorovania prevádzky synchrónneho stroja podľa vynálezu.Synchrónny stroj obsahuje rotor so súborom pólov, z ktorých každý je vybavený aspoň jedným pólovým vinutím, pričom pólové vinutia viacerých pólov sú medzi sebou navzájom galvanicky spojené prostredníctvom prvého vodiča, ktorým preteká budíaci prúd, pričom paralelne k prvému vodiču je uložený signalizačný vodič na privádzanie vopred daného signálu, signalizačný vodič je spojený so zariadením na detegovanie signálu, a zariadenie na detegovanie signálu je spojené s riadiacim zariadením na zmenšenie/vypnutie prúdu cez prvý vodič pri prerušení prvého vodiča a zmene signálu v signalizačnom vodiči.Pri prevádzke synchrónneho stroja podľa vynálezu sa monitoruje galvanické spojenie (aspoň jedného z) pólových vinutí, a pri prerušení galvanického spojenia sa budíaci prúd aspoň zmenší. Monitorovaním galvanického spojenia môže byť prerušenie včas odhalená. Zmenšenie budiaceho prúdu zabráni potom vytvoreniu elektrického oblúka, takže nebezpečenstvo vznietenia materiálu v okolí sa účinne zmenší.Vynález sa ďalej týka vetemej elektráme obsahujúcej synchrónny stroj podľa vynálezu s rotorom a s ním spriahnutým generátorom poskytujúcim pri prevádzke vetemej elektráme elektrickú energiu, ktorá je vedená prostredníctvom zbemíc prúdu od generátora z oblasti gondoly do oblasti päty veže a tam je upravovaná na privedenie do energetickej siete, pričom paralelne ku zbemici prúdu je uložený signalizačný vodič na privádzanie vopred daného signálu, pričom signalizačný vodič je spojený so zariadením na detegovanie signálu, a zariadenie na detegovanie signálu je spojené s riadiacim zariadením na zmenšenie/vypnutie budiaceho prúdu cez túto zbernicu prúdu pri prerušení zbernice prúdu a zmene signálu v signalizačnom vodiči.Vo výhodnej fonne uskutočnenia vynálezu je budíaci prúd úplne vypnutý, aby bol pravdepodobne jestvujúci elektrický oblúk bezpečne zhasený. Týmto je pri včasnom odhalení prerušenia možné spoľahlivo predísť vzniku požiaru na základe elektrického oblúka.V obzvlášť výhodnom ďalšom uskutočnení vynálezu sa dá, napr. pri paralelne zapojených skupinách pólových vinutí, vypnúť iba tá skupina, v ktorej sa prerušenie vyskytlo. Týmto len pólové vinutia tejto skupiny nie sú viac napáj anć prúdom, ostatnými skupinami však budíaci prúd preteká naďalej, takže synchrónny stroj môže ostat ďalej v prevádzke.Aby sa jednoduchým spôsobom mohlo odhaliť prerušenie a obzvlášť elektrický oblúk, jedným vodičom tesne susediacim s galvanickým spojom je privádzaný vopred daný signál, a prítomnosť signálu je monitorovaná. Ked dôjde k vytvoreniu elektrického oblúka, je týmto elektrickým oblúkom prerušený tiež susediaci vodič. Tým je signál prerušený a spôsobom podľa vynálezu môže byť synchrónny stroj zodpovedajúce riadený.Aby bola mechanická konštrukcia vytvorená pokiaľ možno jednoducho, môže byť naplánovaný vodič(signalizačný vodič), ktorý prebieha paralelne ku alebo skrutkovito okolo galvanického spojenia, príp. je okolo galvanického spojenia ovinutý alebo na toto upevnený alebo nalepený.V jednej obzvlášť výhodnej forme uskutočnenia vynálezu je signalizačný vodič elektrický vodič, napr. bežný izolovaný medený drôt. Tento je k dispozícii s malými nákladnú a dá sa upevniť jednoduchým spôsobom podľa vynálezu. Tiež privádzanie vopred daného signálu je pri elektrickom vodiči možné s nepatrnými nákladmi. V altematívnej fonne uskutočnenia je signalizačný vodič optický vodič. Pri tomto sice privádzanie signálov vyžaduje vyššie náklady, v tomto prípade sú však signály necitlive proti elektromagnetickým a vplyvom majú tým vyššiu ochranu proti rušeniu.Aby sa zvýšila prevádzková spoľahlivosť spôsobu podľa vynálezu a synchrónneho stroja, môžu byť predovšetkým prvé zariadenie na privádzanie signálu do signalizačného vodiča a druhé zariadenie na monitorovanie signálu zálohované. Týmto môže byť pri výpadku jedného komponentu prevzatá jeho funkcia redundantne jestvujúcim.Prehľad obrázkov na výkresochV nasledujúcom je vynález bližšie opísaný na základe obrázkov, ktoré znázorňujúobrázok 1 sektorový Výrez pólového kotúčaobrázok 2 zväčšené detailné znázomenie z obrázka lobrázok 3 schematické znázornenie vodiča v prvej forme uskutočnenia vynálezu s elektrickým vodičom obrázok 4 altemativnu formu uskutočnenia monitorovacieho systému s optickým vodičomobrázok 5 monitorovací systém bez prídavného vodičaobrázok 6 pohľad na vetemú elektráreň so zbernicou prúdu ovinutou tavným drôtom.Obrázok l zjednodušene ukazuje sekciu pólového kotúča synchrónneho stroja (generátor). Vzťahová značka Q označuje jednotlivé pólové nadstavec vyjadrených pólov, kým Q označuje pólové vinutia usporiadané na jadrách. Tieto pólové vinutia Q sú medzi sebou spojené galvanickým spojením Q, takže pólové vinutia Q sú radené v sérii a teda všetkými preteká rovnaký prúd. Pretože pólové vinutia Q sú vyrábané jednotlivo, nastáva spojenie prepojení medzi sebou napr. spojovacími objímkami 16.Obrázok 2 je zväčšený detailný pohľad z obrázka 1 a ukazuje dva pólové nadstavce l 0 so za nimi umiestnenými pólovými vinutiamí Q. Medzi pólovými vinutiamí Q jestvuje galvanické spojenie Q. Toto je vyrobene tým, že vodič Q, z ktorého je pólové vinutie Q navinuté, je na spojovacom mieste l 6 spojený, napr. spojovacou objímkou 1 § alebo spájkovaným spojom, alebo iným vhodným spojom, s vodičom susediaceho pólového vinutia Q. Spojovacie miesta Q takého druhu sa nachádzajú tiež znova medzi oboma pólovými vinutiamí Q znázomenými na tomto obrázku a ich vždy znova susediacimi (ale neznázornenými) pólovými vinutiami Q. Obzvlášť tieto spojovacie miesta Q sú ale v tomto galvanickom spojení Q štmktúrne slabé body,takže tam môže dôjsť, napr. v dôsledku vibrácií pri prevádzke synchrónneho stroja, k prerušeniu.Okolo galvauického spojenia Q a spojovacieho miesta l 6 je znázornený skrutkovíto ovinutý vodič Q ako monitorovacie zariadenie, príp. signalizačný vodič.Ked dôjde napr. vibráciami na spojovacom mieste l 6 k prerušeniu, vytvorí sa tam elektrický oblúk, lebo prerušenie je na začiatku veľmi malé a budiaci prúd relativne vysoký. Elektrickým oblúkom z materiálu ubúda a tým sa prerušenie zväčšuje. Toto ubúdanie materiálu elektrickým oblúkom preruší však tiež vodič Q,takže vhodným monitorovanim vodiča Q môže byť toto prerušenie odhalené, a tým môže byť usúdené na prerušenie galvanického spojenia Q a vytvorenie elektrického oblúka. Z toho hľadiska môžu byt urobené vhodné vybavenia, ako vypnutie budiaceho prúdu, aby sa zhasil elektrický oblúk, a tým sa zabránilo vzniku požiaru.Na obrázku 3 je zjcdnodušeným spôsobom znázomená možnost monitorovania s vodičom Q. Tento vodič Q je na jednej strane uzemnený. Na druhej strane vodiča sa nachádza spinací prvok Á), v tomto pripade relé, na ktorý je privádzané dostatočné napätie, aby ho mohol pritiahnuť. Toto relé má rozpojovacie zariadenie Q, ktoré je pri pritiahnutom relé 29 otvorené. Keď už dôjde k prerušeniu vodiča Q, relé Q odpadne a rozpojovacie zariadenie sa uzavrie. Toto uzavretie môže byť, napr. na pripojovacích svorkách Q, zistené pomocou podprúdového pripojeného zariadenia a zodpovedajúce vyhodnotené.Prirodzene je tiež možné usporiadanie relé na druhej strane vodiča Q. Potom je tým vodičom privádzané vhodné napätie, ktoré nechá relé 20 pritiahnuť, a tiež pritom relé 20 prirodzene odpadne, kým vodič Q je prerušený, čo môže bezprostredne viesť k vypnutiu budiaceho prúdu.Na obrázku 4 je znázornená alternatívna forma uskutočnenia monitorovacieho systému ukázaného na obrázku 3. Vodič Q je na obrázku 4 optický vodič. V tomto optickom vodiči Q je svetelným zdrojom 30, tu znázomeným ako dióda emitujúca svetlo, modulovaný optický signál, ktorý je na druhom konci prijimaný prijímačom Q, V predloženom príklade fotorezistor, ktorý môže znova byť súčasť mostíkového zapojenia.Kým je teda svetlo, vysielané svetelným zdroj om 30, prenášané vodičom Q, má prijímač Q určitú hodnotu odporu. Keď dôjde k nejakému prerušeniu vodiča E, nedospeje viac svetlo napájané svetelným zdrojom 39 k prijimaču 32, tento zmení svoju hodnotu odporu a tým môže byť odhalené prerušenie vodiča Q.Prijímač môže byť prirodzene vytvorený tiež napríklad ako fototranzistor alebo ako každý ľubovoľný iný svetlocitlivý element.Alternatívna forma monitorovania galvanického vodiča M je predstavená na obrázku 5. Pritom je V bode prívodu 36 dodatočne k pretekajúcemu budiacemu prúdu superponované striedavé napätie s malou amplitúdou a vopred danou frekvenciou. V bode vývodu 18 je toto striedavé napätie monitorované. Pritom môže odpojenie nastať napr. kapacitne alebo induktívne. Na obrázku je na to znázomený polep Q kondenzátora. Druhý polep môže byť dokonca tvorený napr. galvanickým spojením E.Vhodným podprúdovým obvodom môže byť znova monitorované striedavé napätie vyvedené pomocou kondenzátora Q. Keď dôjde k prerušeniu galvanického spojenia E, budiaci prúd je síce ešte transportovaný elektrickým oblúkom, superponované striedavé napätie však viac nie, takže toto na bode vyvedenia g tiež nemôže byť viac vyvedené. Týmto sa môže odhaliť prerušenie galvanického spojenia E.Keď sú viaceré pólové vinutia spojené do jednej skupiny a jestvujú viaceré skupiny takýchto pólových vinutí, ponúka sa pre každú skupinu vytvorenie jedného výhradne plánovaného tavného drôtu, takže pri prerušení tavného drôtu je zmenšený príp. vypnutý iba budiaci prúd postihnutej skupiny, takže ostatné skupiny môžu byť ďalej prevádzkované ako obvykle, aby sa umožnila ďalšia prevádzka generátora.Keď je teda vlastný tavný drôt (prirodzene so zodpovedajúcim napájacím a monitorovacím zariadením) plánovaný pre každú skupinu pólových vinutí, tak toto udáva jednoznačne priradenie skupín pólových vinutí a príslušného tavného drôtu a zodpovedajúce môže byť pri rozdelení tavného drôtu prerušené ovládanie skupín pólových vinutí. Ďalšia možnosť je použitie jedného jediného tavného drôtu pre pólové vínutie celého pólového kotúča a vypnutie budiaceho prúdu v prípade prerušenia tavného drôtu. Ked je toto prerušenie, ktoré musí byť udržiavané na vopred daný časový úsek, aby bol elektrický oblúk bezpečne zhasený, znova zrušené, môže opäť pretekať zodpovedajúci budiaci prúd. Z toho je potom vyňatá iba skupina pólových vinutí, v ktorej sa prerušenie vyskytlo. Pri tomto riešení je však podľa okolnosti nevýhodné, že je potom tavný drôt prerušený, takže bud prevádzka musi pokračovať bez tavného drôtu, alebo z dôvodov prevádzkovej bezpečnosti nemôže pokračovať.Vynález nie je obmedzený iba na monitorovanie generátora veternej elektrárne, ale môže byť použitý tiež na iné časti vetemej elektráme. Tak sa vyskytuje napríklad problém vzniku elektrického oblúka nielen pri prerušení pólových vinutí, ale môže vzniknúť tiež pri prerušení zberníc jednosmerného prúdu, ktorými je elektrická energia vyrobená generátorom vedená od gondoly ku výkonovým rozvádzačom, ktoré sú urniestnené obvykle pri päte veže alebo mimo vežu. Tieto zbemice jednosmemého prúdu obvykle pozostávajú z určitého kovu, napríklad hliníka, a sú vedené smerom dolu vo vnútrajšku veže a prichytené na jej stene. Pretože sa veža tiež pohybuje na základe celkového zaťaženia vetrom vetemej elektráme (v oblasti gondoly môže byť amplitúda tohto pohybu ľahko v rozsahu od 0,5 m do 2 m), spolu s ňou sa zodpovedajúce pohybujú a sú zaťažené tiež zbemice prúdu, čo v nepriaznivom prípade, keď boli pohyby príliš silné alebo zbernice prúdu neboli bezchybne uložené, môže dôjsť k prerušeniu zberníc prúdu, čím sa môže medzi prerušenýrni časťami tiež vytvoriť elektrický oblúk, a pretože na tomto mieste sú zaznamenávané veľmi veľké energetické toky, môže toto viesť k veľmi veľkým škodám na vetemej elektrární, najmä keď je tiež celkom možné, že vznikajúci elektrický oblúk preskočí na uzenmenú vežu, takže nie je možné vylúčiť ani vypuknutie požiaru.Konštrukcia znázomená na obrázku 6 ukazuje časť Uojžilovej zbernice ovinutej prúdu jedným tavným drôtom, pričom na monitorovanie tavného drôtu môžu byť použité monitorovacie zariadenia známe z obrázkov 3 až 5. Ked nastane prerušenie zbernice prúdu, tak toto vedie tiež k prerušeniu tavného drôtu a v takom pripade je celé zariadenie kvôli vlastnej ochrane vypnuté a nie je ďalej prevádzkované, najmä keď tak či tak musia byť potom zbernice prúdu (zbemice jednosmemćho prúdu) nielen opravené, ale podľa okolností tiež vymenené, aby sa zaručila ďalšia bezpečná prevádzka. Zbernice prúdu slúžia v predstavenom príklade ako obvykle na to, aby viedli elektrický výkon z generátora V gondole vetemej elektrárne k päte veže príp. k tam umiesmeným elektrickým zariadeniam, napríklad meniču a/alebo transformátoru.1. Synchrónny stroj obsahujúci rotor so súborom pólov, z ktorých každý je vybavený aspoň jedným pólovým vinutím, pričom pólové vinutia viacerých pólov sú medzi sebou navzájom galvanicky spojené prostredníctvom prvého vodiča, ktorým preteká budiaci prúd, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že paralelne k prvému vodiču je uložený signalizačný vodič na privádzanie vopred daného signálu,signalizačný vodič je spojený so zariadením na detegovanie signálu a zariadenie na detegovanie signálu je spojené s riadiacim zariadením na zmenšenie/vypnutie prúdu cez prvý vodič pri prerušení prvého vodiča a zmene signálu v signalizačnom vodiči.2. Synchrónny stroj podľa nároku 1, v y z n a č uj ú c i s a tý m , že signalizačný vodič je skrutkovito ovinutý okolo galvaníckého spojenia.3. Synchrónny stroj podľa nároku l alebo 2, v y z n a č u j ú c í s a t ý m , že signalizačný vodič je vyhotovený ako elektrický vodič a/alebo optický vodič.4. Synchrónny stroj podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že zariadenie na privádzanie signálu do signalizačného vodiča pozostáva z niekoľkých nezávislých zariadení na privádzanie signálu do signalizačného vodiča a výhodne obsahuje prve a druhé zariadenie na privádzanie signálu do vodiča.5. Synchrónnystroj podľanároku 4, vyznačuj úci sa tým,privádzanie signálu do sígnalizačnćho vodiča tvorí konštrukčnú jednotku.6. Vetemá elektráreň so synchrónnyrn stroj om podľa jedného z predchádzajúcich nárokov.7. Spôsob monitorovania prevádzky synchrónneho stroja s rotorom obsahujúcim viaceré póly s pólovými vinutiami, pričom pólové vinutia viacerých pólov sú medzi sebou galvanicky spojené a pólovými vinutiami preteká budiaci prúd, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že sa monitoruje galvanické spojenie pólových vinutí a pri prerušení galvanického spoj enía sa budiaci prúd aspoň zmenší, výhodne však vypne.8. Spôsob podľa nároku 7, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že v prípade viacerých paralelne zapojených skupín pólových vinutí sa budíaci prúd v skupine pólových vinutí s galvanickým prerušením vypne, v iných skupinách sa naproti tomu výhodne priamo udržiava.9. Spôsob podľa jedného z nárokov 7 alebo 8, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že na odhalenie galvanického prerušenia sa na budiaci prúd aspoň V jednej vopred danej prvej polohe galvanického spojenia superponuje striedavé napätie vopred danej frekvencie a/alebo amplitúdy a prítomnosť tohto striedavého napätia sa monitoruje aspoň v druhej vopred danej polohe prostredníctvom zodpovedajúceho monitorovacieho zariadenia.10. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že na odhalenie galvanického prerušenia sa do signalizačného vodiča tesne susediaceho s galvanickým spojením privádza vopred daný signál a monitoruje sa prítomnosť vopred daného signálu a pri výpadku alebo silnej zmene vopred daného signálu sa aktivuje riadiace zariadenie na zmenšenie a/alebo úplné vypnutie budiaceho prúdu.ll. Veterná elektráreň obsahujúca rotor a s ním spríałmutý generátor poskytujúci pri prevádzke veternej elektrárne elektrickú energiu, ktorá je vedená prostredníctvom zberníc prúdu od generátora z oblastí gondoly do oblasti päty veže a tam je upravovaná na privedenie do energetickej siete, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že paralelne ku zbernici prúdu je uložený signalizačný vodič na privádzanie vopred daného signálu,pričom signalizačný vodič je spojený so zariadením na detegovanie signálu, a že zariadenie na detegovanie signálu je spojené s riadiacim zariadením na zmenšenie/vypnutie budiaceho prúdu cez túto zbernicu prúdu pri prerušení zbemice prúdu a zmene signálu v signalizačnom vodiči.12. Veterná elektráreň so znakmi podľa jedného z vedľajších nárokov 2 až 5.13. Veterná elektráreň podľa nároku 11, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že signalizačný vodič je vínutý okolo jednotlivej zbernice prúdu alebo okolo skupiny zbemíc prúdu a prebieha paralelne ďalekosiahlo od začiatku ku koncu zbemice prúdu.

MPK / Značky

MPK: F03D 11/00, H02K 11/00, G01R 31/02

Značky: stroja, spôsob, veterná, monitorovania, prevádzky, stroj, obsahujúca, elektráren, synchrónny, synchrónneho

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/9-287699-synchronny-stroj-veterna-elektraren-obsahujuca-synchronny-stroj-a-sposob-monitorovania-prevadzky-synchronneho-stroja.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Synchrónny stroj, veterná elektráreň obsahujúca synchrónny stroj a spôsob monitorovania prevádzky synchrónneho stroja</a>

Podobne patenty