Способ управления ветроэнергетической установкой

Способ управления ветроэнергетической установкой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой. Кроме того, настоящее изобретение относится к ветроэнергетической установке.

Ветроэнергетические установки являются в целом известными, и на фиг.1 представлено общая конструкция ветроэнергетической установки. Аэродинамический ротор, согласно своему назначению, приводится во вращение ветром и за счет этого приводит в движение электромагнитный ротор генератора. При этом настоящее изобретение относится к ветроэнергетической установке, в которой используется синхронный генератор. Таким образом, индуктор синхронного генератора вращается по отношению к статору синхронного генератора. За счет относительного вращения индуктора по отношению к статору в статоре возникает электрический ток, так что кинетическая энергия ветра превращается в электрическую энергию.

Между индуктором и статором имеется воздушный зазор, который представляет собой незначительное магнитное сопротивление в магнитном контуре между индуктором и статором. Это магнитное сопротивление зависит, в частности, от толщины воздушного зазора, и, исходя из этого, толщина воздушного зазора выбирается как можно меньшей. Изобретение относится, в частности, к безредукторным ветроэнергетическим установкам, в которых, таким образом, индуктор без промежуточного редуктора соединен с ротором и вращается с тем же числом оборотов, что и аэродинамический ротор. Обычно число оборотов лежит в диапазоне приблизительно от 5 до 15 оборотов в минуту для больших ветроэнергетических установок, которые имеют номинальную мощность 1 МВт. Диаметр таких генераторов в области их воздушного зазора - который также называется диаметром воздушного зазора - составляет обычно, по меньшей мере, несколько метров, то есть, по меньшей мере, 2 или 3 метра, и в известных к настоящему времени установках может достигать 10 метров. Толщина воздушного зазора, в том числе в таких больших генераторах, мала и составляет обычно лишь несколько миллиметров.

Любые неконцентричности статора и индуктора приводят к различным толщинам воздушного зазора. Упругость конструктивных элементов и, таким образом, в конечном счете, в частности, индуктора и, возможно, также статора может также приводить к различным толщинам воздушного зазора в окружном направлении, а именно, в частности, под влиянием массовых, гравитационных и магнитных сил.

За счет уменьшения толщины воздушного зазора в определенной области магнитное сопротивление в этой области уменьшается, а плотность магнитного потока возрастает. Это, в свою очередь, приводит к увеличению плотности радиальных сил и может привести к дополнительному уменьшению толщины воздушного зазора, что также зависит, соответственно, от соответствующей упругости. Таким образом, имеет место усиливающийся эффект.

В любом случае соприкосновения индуктора и статора необходимо избегать. Поэтому они должны быть механически укреплены таким образом, чтобы неизбежно возникающие из-за производственных и монтажных допусков, а также из-за упругих свойств материалов магнитные силы могли быть приняты опорной конструкцией. С увеличением диаметра генератора сильно увеличивается требуемый при этом расход материалов, и масса генератора значительно возрастает. Из-за этого оказывается высокой стоимость материалов для генератора как такового, а также и для его несущих конструктивных элементов, в частности, для машинного основания, а также азимутальной опоры, на которой должно располагаться машинное основание, включая сам генератор, чтобы обеспечить возможность ориентации по направлению ветра.

В качестве общего уровня техники рассматриваются материалы публикации DE 10 2006 056 893 A1 и публикации C. Patsios, A. Chaniotis, E. Tsampouris, A. Kladas «Подробный расчет электромагнитного поля для анализа ветроэнергетической установки с генератором на основе постоянного магнита» (“Particular Electromagnetic Field Computation for Permanent Magnet Generator Wind Turbine Analysis”) в журнале Magnetics, IEEE Transactions on, том 46, №8, стр.2751-2754, август 2010.

Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит задача, состоящая в том, чтобы устранить вышеназванные проблемы или, по меньшей мере, уменьшить их проявление. В частности, должна быть обеспечена возможность, которая обеспечивает снижение веса генератора и/или лучшее соотношение между весом и номинальной мощностью генератора. В частности, должно быть достигнуто уменьшение веса. Должно быть предложено, по меньшей мере, одно альтернативное решение.

Согласно изобретению, предлагается способ по п.1 формулы. В соответствии с ним осуществляется управление ветроэнергетической установки с синхронным генератором, содержащим статор, индуктор, по меньшей мере, с двумя полюсами ротора, каждый из которых имеет обмотку полюса для генерации наводимого в соответствующем полюсе ротора магнитного поля. Между статором и индуктором выполнен воздушный зазор. Осуществляется управление, соответственно, одним током возбуждения через каждую из обмоток полюсов. По меньшей мере, один из токов возбуждения изменяется, по меньшей мере, по отношению к одному из других токов возбуждения. В обмотки полюсов, таким образом, подаются разные токи возбуждения. Это изменение может осуществляться непрерывно или лишь периодически время от времени. При периодическом изменении оно может осуществляться циклически и/или в зависимости от других параметров или данных измерений. В дополнение к этому или альтернативно этому изменение, по меньшей мере, одного из токов возбуждения может осуществляться в зависимости от положения индуктора по отношению к статору. Таким образом, предлагается индивидуальное управление токами возбуждения. Благодаря такому индивидуальному управлению токами возбуждения, должна приниматься в расчет, в частности, одна из различных толщин воздушного зазора. В частности, осуществляется увеличение тока возбуждения одного из полюсов по отношению к среднему току возбуждения, если толщина воздушного зазора вблизи этого полюса ротора больше, чем средняя толщина воздушного зазора. Напротив, на один из полюсов подается уменьшенный ток возбуждения, если вблизи этого полюса толщина воздушного зазора меньше, чем средняя толщина воздушного зазора.

При малой толщине воздушного зазора между полюсом ротора и статором действует большая сила притяжения. Противодействие этому, как описано, осуществляется за счет уменьшения тока возбуждения. В зависимости от внешних условий, это может приводить к увеличению толщины воздушного зазора. За счет уменьшения тока возбуждения осуществляется, по меньшей мере, противодействие высокой нагрузке в области такого, имеющего уменьшенную толщину воздушного зазора.

Конкретный способ управления соответствующим током возбуждения зависит также от причины или причин возникновения различных толщин воздушного зазора.

Предпочтительно, по меньшей мере, один из токов возбуждения изменяется циклически в окружном направлении. Этот ток возбуждения принимает свое наибольшее значение всегда в определенном положении индуктора, то есть при определенном положении соответствующего полюса. Если, например, имеет место исключительно зависящая от веса упругая деформация индуктора, причем ветроэнергетическая установка является ветроэнергетической установкой с горизонтальной осью, и ось генератора также является по существу горизонтальной, то в нижней области генератора, то есть в области в так называемом положении «на 6 часов», воздушный зазор будет иметь минимальную толщину, а в верхней области генератора, то есть в области в так называемом положении «на 12 часов», он будет иметь максимальную толщину. Это относится к установке с внутренним ротором и в случае установки с внешним ротором будет в точности наоборот. Это является лишь примерным объяснением для идеального случая, в предположении, что в остальном генератор и, в частности, ротор, то есть индуктор, выполнены оптимально. Это описание также основывается на том факте, что ротор претерпевает упругие деформации. Таким образом, в этом случае ток возбуждения соответствующего полюса в своем положении «на 6 часов» будет иметь минимальную величину, а в своем положении «на 12 часов» будет иметь максимальную величину. Предлагаемое изменение тока в этом примере может осуществляться непрерывно. Этот пример - в зависимости от конкретного конструктивного исполнения ротора - может, по меньшей мере, качественно в равной степени относиться и к другим, при необходимости - ко всем полюсам ротора. В этом случае каждый ток возбуждения будет изменяться циклически вдоль окружности и, соответственно, принимать свое минимальное значение в положении соответствующего полюса «на 6 часов», а свое максимальное значение - в положении соответствующего полюса «на 12 часов».

Альтернативно или в дополнение к этому, по меньшей мере, один из токов возбуждения регулируется асинхронно по отношению к другому току возбуждения. Описанное круговое циклическое изменение может являться примером для такого асинхронного управления (регулирования), например, в том случае, когда оно относится к нескольким или ко всем полюсам ротора. Как описано, в этом примере токи возбуждения располагающихся в положении «на 6 часов» полюсах ротора принимают свое минимальное значение, а токи возбуждения располагающихся в этот момент в положении «на 12 часов» полюсах ротора принимают свое максимальное значение и, таким образом, эти токи возбуждения регулируются асинхронно по отношению друг к другу. Однако также принимается во внимание, что токи возбуждения различных полюсов ротора в силу различных причин регулируются по-разному, по меньшей мере, количественно. Круговое циклическое изменение может быть также предусмотрено в случае постоянной деформации статора.

Альтернативно или в дополнение к этому, по меньшей мере, один из токов возбуждения может изменяться, то есть уменьшаться или увеличиваться, на постоянную компенсирующую величину. Такое уменьшение или увеличение, с одной стороны, понимается как количественное увеличение по сравнению со среднем током возбуждения относительно всех полюсов ротора, независимо от способа осуществления. Однако, в дополнение к этому или альтернативно этому, это уменьшение или увеличение относится к также к возможности конструктивного, автоматически управляемого и/или схемного осуществления, поскольку конструкция, управление и/или схема соединений обеспечивает, соответственно, средний или нормальный ток возбуждения и кроме того дополнительно содержит компоненты, уменьшающие или увеличивающие ток возбуждения. Так, конструктивно может иметься добавочная обмотка на полюсе ротора, чтобы добавить дополнительный ток возбуждения для увеличения общего тока возбуждения или, при обратном знаке, для его уменьшения. С точки зрения автоматического управления, уменьшение или увеличение может быть осуществлено за счет соответствующего изменения заданной величины и, соответственно, может быть определено автоматически. Схемно может быть предусмотрен элемент схемы для добавления или отведения компоненты тока, или для усиления или ослабления тока возбуждения. Это лишь примеры, которые также могут комбинироваться.

Постоянная компенсирующая составляющая (компонента) предпочтительна, например, в том случае, когда индуктор в области соответствующего полюса ротора имеет деформацию и/или индуктор в области этого полюса ротора имеет увеличенный или уменьшенный радиус, по сравнению со средним его радиусом, и, таким образом, толщина воздушного зазора в области этого полюса ротора увеличена или уменьшена. В этом случае эта область воздушного зазора с увеличенной или уменьшенной толщиной поворачивается по окружности вместе с полюсом ротора. В случае уменьшенной толщины воздушного зазора вблизи данного полюса ротора, между индуктором и ротором в этой области всегда бы, таким образом, действовала увеличенная сила, противодействие которой может осуществляться за счет постоянной компенсирующей компоненты. Такая деформация также влияет на магнитную индукцию в указанной области, и в этом случае также это также может быть непрерывно регулироваться при помощи указанной постоянной компенсирующей компоненты.

Обеспечение наличия постоянной компенсирующей компоненты может комбинироваться с динамически изменяемой компенсирующей компонентой, например, с круговым циклическим изменением.

Ток возбуждения, по меньшей мере, одного полюса ротора предпочтительно регулируется в зависимости от мгновенного значения расстояния между соответствующим полюсом и статором, в частности, в зависимости от мгновенной толщины воздушного зазора в области соответствующего полюса ротора. Описанные до настоящего момента идеи также исходили из необходимости управления и/или изменения токов возбуждения для решения проблемы, связанной с различной толщиной воздушного зазора. Однако является оптимальным эти мгновенные толщины воздушного зазора вблизи соответствующего полюса ротора учитывать непосредственно. Этот учет может быть обеспечен за счет измерения, в частности, за счет осуществления непрерывного измерения. Под непрерывным измерением в этом отношении понимается, по меньшей мере, многократное измерение за время одного оборота индуктора. Толщина воздушного зазора может быть, однако, также определена при проведении одного или нескольких предварительных измерений и затем получена при помощи вычислений. То есть она, во-первых, может быть при необходимости экстраполирована или интерполирована, а во-вторых - рассчитана на основе предварительно установленных взаимосвязей, соответственно, в зависимости от положения индуктора, то есть в зависимости от соответствующего положения соответствующего полюса ротора. Принимается во внимание также непосредственное использование, например, аналогичным образом, данных об измерении толщины воздушного зазора для управления током возбуждения. Например, на одном, нескольких или на каждом полюсе ротора на транзистор может подаваться зависящее от толщины воздушного зазора напряжение для управления (регулировки) или воздействия на ток возбуждения соответствующего полюса ротора.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения, предлагается, чтобы ток возбуждения, по меньшей мере, одного полюса ротора регулировался в зависимости от мгновенной величины магнитного поля в области соответствующего полюса ротора, в частности, в воздушном зазоре в области между соответствующим полюсом ротора и статором. В этом случае также может быть предусмотрено осуществление измерений, которые управляют действиями соответствующего средства управления. Например, выходное напряжение акустического датчика управляет входным напряжением транзистора. Равным образом такое значение величины магнитного поля может быть использовано при вычислениях. Равным образом мгновенное значение величины магнитного поля может быть также или в дополнение получено при помощи вычислений. Приводя лишь один пример, отметим, что при этом, например, во внимание принимаются данные регистратора состояния. Зависящее от толщины воздушного зазора управление и зависящее от величины магнитного поля управление соответствующим током возбуждения также могут комбинироваться. При изменении тока возбуждения полюса ротора предпочтительно принимаются во внимание параметры управления и/или изменения тока ротора одного или нескольких соседних полюсов ротора. В основе этого лежит идея, состоящая в том, что, в частности, в индукторах с большим числом полюсов ротора, например, с 72 полюсами ротора, изменение тока возбуждения такого соседнего полюса ротора может повлиять на толщину воздушного зазора также в области других указанных соседних полюсов ротора. Поэтому общий учет является предпочтительным вариантом. Общий учет может осуществляться, например, при помощи многосвязного регулирования, то есть регулирования с большим числом входных и выходных параметров, которые вместе учитываются в процессе регулирования.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения, способ отличается тем, что, по меньшей мере, один из токов возбуждения регулируется в зависимости от предварительно определенных несимметричностей статора, индуктора и/или воздушного зазора. Несимметричности могут быть предварительно определены при помощи обмера синхронного генератора, например, при помощи замера его геометрических параметров. В частности, предварительный обмер может быть осуществлен при помощи тестового запуска или в процессе тестового запуска, в ходе которого, например, при равномерном возбуждении ротора генератор вращается, и при этом осуществляется его обмер, в ходе которого генерируемые в катушках ротора токи измеряются и сопоставляются относительному положению ротора и статора и/или при котором определяется, существует ли связь с положением ротора. Если несимметричности известны заранее, то они, в частности, могут быть компенсированы описанным выше способом, причем непрерывного измерения несимметричностей или их проявлений может не проводиться. Тем не менее токи возбуждения предпочтительно регулируются как в зависимости от предварительно определенных несимметричностей, так и в зависимости от несимметричностей, постоянно контролируемых в процессе функционирования. Таким образом, предпочтительно предлагается комбинированное действие (управление).

Способ, согласно следующему варианту осуществления изобретения, отличается тем, что, по меньшей мере, один из токов возбуждения регулируется таким образом, что, по меньшей мере, частично компенсируются круговые циклические изменения толщины воздушного зазора и/или изменения воздушного зазора в окружном направлении.

Круговым циклическим изменением толщины воздушного зазора является такое изменение, которое осуществляется циклически при вращении ротора. Такое круговое циклическое изменение основано, в частности, на несимметричности ротора. Если ротор с одной стороны имеет больший диаметр, чем с другой стороны, то воздушный зазор с этой стороны принципиально меньше.

Изменение толщины воздушного зазора в окружном направлении является изменением, которое относится к абсолютному положению воздушного зазора. Такое изменение вызывается, в частности, несимметричностью статора. Таким образом, предлагается, по меньшей мере, один ток возбуждения регулировать таким образом, что осуществляется противодействие, по меньшей мере, одному из этих изменений толщины воздушного зазора. При этом для компенсации для кругового циклического изменения рациональным может являться использование постоянной компенсирующей компоненты тока, по меньшей мере, одного тока возбуждения. При несимметричности в окружном направлении рациональным может являться круговое циклическое регулирование для компенсации одного, нескольких или всех токов возбуждения в роторе.

Предпочтительно предлагается, чтобы осуществлялось измерение толщины воздушного зазора в области, по меньшей мере, одного полюса ротора и/или плотности магнитного потока в воздушном зазоре в области, по меньшей мере, одного полюса ротора, и чтобы, по меньшей мере, один из токов возбуждения регулировался в зависимости, по меньшей мере, от значения одной измеренной толщины воздушного зазора и/или в зависимости, по меньшей мере, от значения одной измеренной плотности магнитного потока. Таким образом, в зависимости от непосредственной текущей ситуации, соответствующий ток возбуждения может быть установлен и согласован с текущими измеренными параметрами. При этом значения могут быть измерены онлайн и обработаны при помощи компьютерной системы или микроконтроллера, а соответствующие токи возбуждения или, по меньшей мере, один из них могут быть согласованно отрегулированы. Данные измерений предпочтительно непосредственно оказывают влияние, по меньшей мере, на один регулируемый ток возбуждения. В частности, для этого может быть предусмотрена аналоговая техника, в которой, например, в зависимости от измеренной толщины воздушного зазора и/или в зависимости от измеренной плотности магнитного потока в воздушном зазоре устанавливается величина тока измерения, который непосредственно управляет соответствующим током возбуждения или несколькими токами возбуждения. Такое управление может осуществляться, например, при помощи транзистора.

Ток возбуждения, по меньшей мере, одного полюса ротора предпочтительно увеличивается, если толщина воздушного зазора в области этого полюса ротора увеличивается, и/или ток возбуждения этого полюса ротора предпочтительно уменьшается, если толщина воздушного зазора в области этого полюса ротора уменьшается. За счет этого принимается в расчет тот факт, что увеличенная толщина воздушного зазора может привести к ослаблению, что, по меньшей мере, частично должно быть компенсировано за счет увеличения соответствующего тока возбуждения. Кроме того, за счет увеличения тока возбуждения в соответствующей области увеличивается магнитная сила притяжения между ротором и статором, что при известных условиях может привести к уменьшению толщины воздушного зазора. В случае выявленного уменьшения толщины воздушного зазора предлагается, соответственно, осуществлять противоположные меры, а именно уменьшение, по меньшей мере, одного соответствующего тока возбуждения.

Кроме того, предпочтительно предлагается способ, при котором изменение, по меньшей мере, одного тока возбуждения осуществляется лишь в части соответствующей обмотки полюса и/или изменение, по меньшей мере, одного тока возбуждения осуществляется таким образом, что электрически подключается или отключается часть соответствующей обмотки полюса. Таким образом, в основе этого лежит использование обмотки полюса, которая имеет, по меньшей мере, две области, то есть, по меньшей мере, две частичных обмотки, из которых, по меньшей мере, одна предусмотрена для основного тока возбуждения, который не изменяется для возможных компенсаций несимметричностей воздушного зазора или других подобных несимметричностей. По меньшей мере, одна другая частичная обмотка предусмотрена для используемого для компенсации частичного тока возбуждения. В простейшем случае здесь одна составляющая тока возбуждения для компенсации подключается или отключается. Величина этого компенсирующего частичного тока возбуждения изменяется в зависимости от необходимости. Для этого может быть предусмотрена соответствующая схема, которая лишь активно соединяется с этой частью обмотки.

Кроме того, согласно изобретению, предлагается ветроэнергетическая установка по п.10 формулы. Такая ветроэнергетическая установка содержит синхронный генератор, статор, индуктор и воздушный зазор между статором и индуктором. Индуктор, который упрощенно также может быть назван ротором, имеет, по меньшей мере, два полюса ротора, каждый, с обмоткой полюса для генерации наводимого в соответствующем полюсе ротора магнитного поля. Кроме того, предусмотрена система управления для управления, соответственно, одним током возбуждения через каждую из обмоток. Эта система управления выполнена с возможностью осуществлять изменение, по меньшей мере, одного из токов возбуждения, по меньшей мере, по отношению к одному из других токов возбуждения и/или осуществлять изменение, по меньшей мере, одного из токов возбуждения в зависимости от положения индуктора по отношению к статору.

Индуктор синхронного генератора в процессе работы синхронного генератора обеспечивает наличие в индукторе магнитного поля, которое при вращении индуктора приводит к возникновению индуктивного электрического напряжения и, вследствие этого, электрического тока. Если магнитное поле генерируется не при помощи постоянного магнита, оно обычно генерируется при помощи постоянного тока, который протекает через обмотки полюсов ротора, и за счет этого возникает соответствующее магнитное поле. В зависимости от режима работы ветроэнергетической установки, в которой приводится в движение указанный синхронный генератор, может быть предусмотрено изменение магнитного поля индуктора и, соответственно, изменение тока возбуждения. Однако такое изменение обычно касается всего индуктора в целом, и в известных ветроэнергетических установках синхронные генераторы также конструктивно совершенно не предусмотрены для возможного дифференцированного управления током возбуждения или токами возбуждения.

В противоположность этому, теперь предлагается, осуществлять изменение, по меньшей мере, одного тока возбуждения одного из полюсов ротора, по меньшей мере, по отношению к одному из других токов возбуждения другого полюса ротора того же самого индуктора. Таким образом, имеет место дифференцированное изменение и, следовательно, дифференцированное управление токами возбуждения в рамках одного индуктора. Это управление может учитывать несимметричности внутри индуктора или несимметричности индуктора и автоматически осуществлять целенаправленное воздействие. Альтернативно этому или в дополнение к этому система управления подготовлена к тому, чтобы осуществлять изменение, по меньшей мере, одного из токов возбуждения в зависимости от положения индуктора; за счет этого, в частности, может быть обеспечено циклическое изменение вдоль окружности. Это принципиально отличается от известной до настоящего времени настройки общего тока возбуждения индуктора в случае необходимости в зависимости от режима работы ветроэнергетической установки, в частности, в зависимости от преобладающих скоростей ветра. Такое управление в зависимости от положения индуктора должно по существу осуществляться быстрее и, кроме того, учитывает - альтернативно или в дополнение к этому - другие входные параметры, по меньшей мере, один другой входной параметр.

В частности, система управления выполнена с возможностью осуществлять управление синхронным генератором таким образом, как разъяснено выше в связи с описанием способа управления ветроэнергетической установкой.

Для нескольких обмоток полюсов, в частности, для каждой обмотки полюса, предпочтительно предусмотрено индивидуальное средство управления для изменения, в частности, дросселирования соответствующего тока возбуждения. За счет этого ток возбуждения в нескольких обмотках, в частности, в каждой обмотке, может быть отрегулирован отдельно. Благодаря этому, в целом обеспечивается соответствующее дифференцированное управление токами возбуждения и, таким образом, дифференцированное управление магнитными полями индуктора или синхронного генератора. Таким индивидуальным средством управления может являться переключатель, в частности, полупроводниковый переключатель, такой как транзистор или тиристор.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, ветроэнергетическая установка содержит, по меньшей мере, одно средство измерения расстояния для измерения толщины воздушного зазора в области, соответственно, одного из полюсов ротора и/или, по меньшей мере, одно средство измерения плотности потока для измерения плотности магнитного потока в воздушном зазоре в области, соответственно, одного из полюсов ротора, причем средство измерения расстояния или средство измерения плотности потока соединены с системой управления, так что, по меньшей мере, один ток возбуждения может регулироваться в зависимости от измеренного значения толщины воздушного зазора и/или в зависимости от измеренного значения плотности магнитного потока. Таким образом, предлагается соединить измерительное средство для измерения толщины воздушного зазора и/или плотности магнитного потока в воздушном зазоре с системой управления, так что толщина воздушного зазора или плотность магнитного потока оказывают воздействие на управление током возбуждения. В частности, управление осуществляется таким образом, что при большей толщине воздушного зазора - например, по сравнению со средней толщиной воздушного зазора - ток возбуждения увеличивается. Равным образом, соответствующий ток возбуждения может также увеличиваться при меньшей плотности магнитного потока - например, по сравнению со средней плотностью магнитного потока. За счет этого простым способом может осуществляться компенсирующее управление током возбуждения.

Синхронный генератор предпочтительно выполнен в виде кольцевого генератора. Кольцевым генератором является генератор, в котором находящиеся в магнитном взаимодействии элементы статора и ротора выполнены примерно кольцеобразными, а именно проходят вдоль воздушного зазора. Магнитное поле или магнитные поля - в зависимости от подхода - образуются по существу в области этого кольца, то есть в области воздушного зазора, и силовые линии магнитного поля, таким образом, по существу не проходят через центр вращения генератора. В частности, предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к многополюсному ротору, по меньшей мере, с 20, по меньшей мере, с 30, в частности, по меньшей мере, с 40 полюсами ротора. Такие кольцевые генераторы имеют относительно большой диаметр и для своей стабилизации требуют соответствующе большого размера и, таким образом, тяжелую конструкцию. Предлагаемое изобретение за счет целенаправленного автоматического воздействия обеспечивает возможность осуществления, по меньшей мере, частичной компенсации возможных несимметричностей и/или обусловленных параметрами эксплуатации деформаций. Соответственно, конструкция для стабилизации ротора или индуктора может быть выполнена облегченной, что обеспечивает экономию материалов. Кроме того, при использовании многополюсного генератора имеются разнообразные возможности оперативного вмешательства для осуществления управления токами возбуждения, например, в каждом полюсе индуктора.

Кроме того, согласно изобретению, предлагается синхронный генератор, который имеет признаки генератора, описанного выше в связи с описанием ветроэнергетической установки, включая признаки использованной системы управления, и предпочтительно подготовлен к тому, чтобы обеспечить возможность осуществления описанного выше способа. В качестве одного из признаков синхронного генератора для ветроэнергетической установки необходимо также рассматривать величину его номинальной мощности. Такой синхронный генератор предпочтительно имеет номинальную мощность, по меньшей мере, 100 кВт, предпочтительно, по меньшей мере, 250 кВт и, в частности, по меньшей мере, 500 кВт, и далее предпочтительно, по меньшей мере, 1 МВт. Предпочтительно предусмотрен синхронный генератор с номинальной мощностью 2 МВт или с мощностью более 2 МВт. Такой синхронный генератор может быть предусмотрен для использования в современной ветроэнергетической установке.

Предлагаемый в изобретении способ и/или предлагаемая в изобретении ветроэнергетическая установка и/или предлагаемый в изобретении синхронный генератор используется с синхронным генератором или в качестве синхронного генератора с диаметром воздушного зазора более 2 метров, в частности, более 3 метров и особенно предпочтительно более 5 метров, например, с диаметром 7 метров или 10 метров. При таких величинах диаметра воздушного зазора, которые определяют, соответственно, большой диаметр ротора, нагрузка материала традиционных синхронных генераторов особенно велика, и изобретение потому реализует возможность экономии. Кроме того, при таких больших диаметрах за счет управления токами возбуждения учитываются сильные эффекты, воздействующие на фактическую геометрию.

Настоящее изобретение относится, в частности, к синхронным генераторам, в которых магнитное поле в индукторе генерируется при помощи одного тока возбуждения или нескольких токов возбуждения. Равным образом, настоящее изобретение может быть распространено на использование с синхронным генератором, который имеет индуктор с постоянным магнитом.

Ниже изобретение детально разъясняется на примерах его осуществления при помощи сопроводительных чертежей. На них представлено:

фиг.1 - схематическое изображение в разрезе примера неконцентричного расположения центров статора и индуктора генератора;

фиг.2 - схематическое изображение в направлении оси возможных несимметричностей, вызванных упругостью ротора;

фиг.3 - схематическое изображение в направлении оси другого примера несимметричности, вызванной упругостью ротора синхронного генератора;

фиг.4 - схематическое изображение в направлении оси распределения плотности магнитных сил в синхронном генераторе, в зависимости от соответствующей толщины воздушного зазора;

фиг.5 - перспективное изображение сечения кольцевого генератора ветроэнергетической установки;

фиг.6 - схема воздействия и согласования системы управления токами возбуждения в различных обмотках полюсов на схематическом частичном изображении синхронного генератора;

фиг.7 - аппаратная схема осуществления индивидуального управления током ротора на примере решения, которое использует всю обмотку соответствующего полюса индуктора;

фиг.8 - схема осуществления управления током ротора при использовании лишь части каждой обмотки полюса индуктора для изменения соответствующего тока возбуждения;

фиг.9 - перспективное схематическое изображение ветроэнергетической установки.

Ниже изобретение разъяснено при помощи нескольких схематических изображений. Многие сходные элементы на различных чертежах представлены частично по-разному. Для большей наглядности для обозначения одинаковых, однако, возможно, не идентичных элементов, в частности, для функционально одинаковых элементов, используются одинаковые номера ссылочных позиций.

Синхронный генератор 1, который представлен на фиг.1, имеет статор 2 и ротор 4. Ротор 4 имеет большое количество полюсов 6 ротора, из которых в качестве примера показаны лишь некоторые. Между ротором 4, внешняя периферия которого задается полюсами 6 ротора, и статором 2 имеется воздушный зазор 8, толщина δ которого может изменяться. На фиг.1 наглядно и примерно показан центр 12 статора и центр 14 ротора. В идеальном случае эти два центра 12 и 14 должны совпадать. Если, тем не менее, они не совпадают, то из-за этого толщины δ воздушного зазора могут оказаться различными, как наглядно показано на фиг.1. Смещение центра может быть обозначено как эксцентриситет Δ. Чтобы иметь возможность учесть различные направления этого эксцентриситета Δ, на фиг.1 в качестве примера задан эксцентриситет Δ_x в первом направлении и Δ_y во втором направлении, перпендикулярном к первому направлению. Ротор 4 может также быть обозначен как индуктор 4.

На фиг.2 наглядно показано изменение толщины δ воздушного зазора, обусловленное упругостью конструктивных элементов синхронного генератора, в частности, ротора. Для наглядности на фиг.2 принципиально показан только воздушный зазор 8, то есть внешняя граница ротора 4 и внутренняя граница статора 2. Пример, представленный на фиг.2, показывает упругость в основном направлении, а именно, согласно изображению, по существу вверх и вниз. Из-за этого возникает изменение воздушного зазора 8, которое приводит к меньшей толщине δ₁ воздушного зазора в одной области и большей толщине δ₂ воздушного зазора в другой области. К изменению за счет упругости может привести наглядно показанная на фиг.1 неконцентричность. Деформация из-за упругости может быть обусловлена или усилена воздействием сил, таких как массовые силы, гравитационные силы и магнитные силы.

На фиг.3 показан другой пример различных толщин δ₁ и δ₂ воздушного зазора в случае возникающей из-за упругости деформации в двух основных направлениях. Ротор 4 имеет, таким образом, - как утрированно показано на чертеже - деформацию в форме квадрата.

При достаточно равномерной подаче тока в обмотки полюсов индуктора в воздушном зазоре возникает плотность магнитных сил, которая также называется магнитной индукцией, которая зависит от локальной толщины δ воздушного зазора. Прямое следствие этой локальной зависимости толщины воздушного зазора является при непостоянной толщине воздушного зазо