Het applicatiesysteem ontwerp voor windturbines

Technische beschrijving

Windturbines zijn roterende machines die kinetische energie van wind omzetten in mechanische energie die vervolgens wordt omgezet in elektriciteit.

Turbines die gebruikt worden in windmolenparken voor commerciële productie van elektrische energie hebben drie wieken en servomotoren die ze in de windrichting gestuurd houden. De wieken hebben hoge puntsnelheden – tot wel zes keer de windsnelheid – en zijn uiterst efficiënt, met een lage koppelrimpel die mede zorgt voor een goede algemene betrouwbaarheid. De wieken met een lengte tussen 20~40 m of nog meer, kunnen worden bestuurd door de Tiger 50/600, de hoogwaardige digitale servostuurunit van Elmo. Elmo’s Eagle 35/200 – een compacte, krachtige en intelligente servoaandrijving – wordt gebruikt als back-upaandrijving voor de systeemsturing in geval van een noodsituatie of storing.

De wieken draaien met 10~22 omwentelingen per minuut, hoewel de meer geavanceerde modellen op een constant toerental draaien. In deze systeemoplossing sturen servoaandrijvingen de wieken zodanig aan dat die voortdurend van hoek veranderen in de luchtstroom, zodat een constant toerental wordt aangehouden. Alle turbines zijn voorzien van veiligheidsuitschakelingen om schade bij hoge windsnelheden te voorkomen.

De uitdaging:

Bij het ontwerpen van een applicatiesysteem op basis van Elmo’s producten voor een windturbine staan we voor de volgende uitdagingen:

  • De noodzaak voor een nauwkeurige aansturing bij hoge snelheid van de drie wieken van de windturbine.
  • De mogelijkheid om de wieken aan te sturen die worden aangedreven door borstelloze gelijkstroommotoren.
  • De eis voor hoge betrouwbaarheid van het systeem onder extreme en variabele omstandigheden.
  • De noodzaak voor een systeem op basis van producten die voldoen aan de veiligheidseisen en die redundantie-/back-upmogelijkheden hebben.
  • De eis om een compact systeem te ontwerpen dat minimale ruimte vraagt.
  • De mogelijkheid voor geavanceerde programmeermogelijkheden in de aandrijving om te kunnen reageren op onverwachte situaties.
  • De noodzaak voor een krachtig, kosteneffectief en intelligent systeem voor bewegingsaansturing.
  • De eis voor ondersteuning van een absolute pulsgever.
  • De mogelijkheid voor rechtstreekse koppeling aan het driefasennet zonder de noodzaak voor een gelijkstroomvoeding.

Elmo's systeemoplossing

De beperkte ruimte in de windturbine voor de installatie van servoaandrijvingen vereist compacte elektronica met zeer krachtige motoren om het benodigde hoge koppel te leveren en het toerental van de wieken nauwkeurig te regelen. De Tiger- en Eagle- aandrijvingen zijn ontworpen voor een hoge vermogensdichtheid en topprestaties, waarbij veiligheid een essentiële voorwaarde is.

De Tiger digitale aandrijving werd geselecteerd als primaire aandrijving vanwege het compacte formaat, het hoge vermogen en de mogelijkheid voor ondersteuning van een max. 600 VDC-bus. Het is een volledig digitale servoaandrijving die de tot 50 A continustroom kan leveren die nodig is voor het hoge koppel voor de aandrijving van de wieken op hoge toerentallen.

ufui

Technische beschrijving:

De praktische toepassing is gebaseerd op beproefde, gebruiksklare producten, waarbij de systeembesturingen TIG 50/600 en EAG 35/200 respectievelijk als primaire en hulpsystemen worden ingezet. Ze zijn ontworpen voor zeer krachtige servosystemen die meestal worden gebruikt in militaire toepassingen met een hoog vermogen. De aandrijvingen zijn MIL-STD-conform en kunnen in extreme omgevingscondities (extended environmental conditions, EEC) werken. De Tiger wordt rechtstreeks gevoed uit het driefasennet zonder dat er een separate DC-voeding nodig is vanwege de interne geïntegreerde DC-voeding. De Eagle dient als extra back-up die de betrouwbaarheid van het systeem verder vergroot. De TIG 50/600 en EAG 35/200 zijn uiterst betrouwbare producten die in veel militaire systemen zijn geïntegreerd. De betrouwbaarheid van de aandrijving doet niet onder voor die van de borstelloze DC-motor van de windturbine.

Menu