用于傳動系組件中的扭振減振的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于特別是能量產(chǎn)生設備（100、200）中的傳動系組件（101）中、特別是傳動裝置中的扭振減振的方法，其中傳動系組件（101）具有輸入軸（110）和輸出軸（111），其中在傳動系中與輸入軸（110）的轉速（113）和輸出軸（111）的轉速（114、103）之間的差相關地來調節(jié)輸出側的負載（102）。
【專利說明】用于傳動系組件中的扭振減振的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于特別是能量產(chǎn)生設備中的傳動系組件中的扭振減振的方法，以及涉及一種用于執(zhí)行該方法的計算單元。
【背景技術】
[0002]由例如傳動裝置、聯(lián)軸器和連接元件(軸)等組件組成的傳動系是不同的電能產(chǎn)生設備、例如風能設備、水力設備等的重要組成部分。傳動系完成下述任務:建立在驅動裝置(例如風能設備的轉動件)和從動裝置(例如相應的發(fā)電機)之間的機械連接，借助該機械連接通過轉動來傳遞能量。傳動系組件、例如傳動裝置用于將在驅動裝置上存在的轉速和轉矩轉換成相應于發(fā)電機的工作范圍的值。在需要驅動裝置和從動裝置之間分開時使用聯(lián)軸器，并且軸建立了所涉及的組件之間的機械連接。其它組件、如機械制動器等也能內置在傳動系中。
[0003]因為涉及的組件不能任意剛性地制造，而是具有有限的剛性，所以組件會被激勵產(chǎn)生固有振動。這種激勵例如可以通過非恒定的輸入功率(在風能設備中例如由于暴風或者說陣風或風擾動)、通過外部干擾或者通過其它設備組件的固有運動實現(xiàn)。其它來源的振動也能導致傳動系中的振動，例如在風能設備中的塔振動或者基于傳動裝置的齒輪嚙合振動。
[0004]振動對所涉及的組件、特別是傳動裝置的使用壽命產(chǎn)生不利影響。持續(xù)的脈動負荷(Schwe I Ibe Iastung )提高了相關部件的磨損并導致了更短的更換間隔，這對設備和網(wǎng)絡運營商意味著經(jīng)濟上和技術上的負擔并減小設備收益。特別是從風能設備在海面區(qū)域在預計將來可能發(fā)展越來越多的角度看，這方面越來越重要，因為在那里進一步使得受損的組件的更換更為困難。因此，提出了減小振動以延長組件的使用壽命的目標。
[0005]為了避免振動，可以使用其負荷可調節(jié)的發(fā)電機。例如，在此發(fā)電機可以是雙饋異步發(fā)電機，該雙饋異步發(fā)電機在定子側直接與電網(wǎng)連接并且在轉子側通過中間直流電路供給，由此不同頻率和振幅的電壓和電流可以作用于轉子。在現(xiàn)有技術中還使用了同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機通過整流器利用中間直流電路連接在電網(wǎng)上，并可以相應地進行調節(jié)。由于所述調節(jié)可能性可以為發(fā)電機預定轉矩，該轉矩與造成損壞的振動相匹配，由此轉矩減小了該振動且相應地阻尼了在傳動系中存在的扭矩。
[0006]因此從DE 10 2007 019 907 B4已知了一種方法，該方法根據(jù)發(fā)電機轉速通過能振動的減速元件形成了控制差，由此確定了用于發(fā)電機控制的校正扭矩。
[0007]在US 2008/0067815中描述了類似的方法，據(jù)此由發(fā)電機轉速的變化產(chǎn)生一信號，通過該信號通過發(fā)電機調整扭矩實現(xiàn)了減震。
[0008]這些解決方案的缺點在于，扭矩的造成損壞的振動僅以受限的精確性來查明，且因此也限制了補償過程的質量。由轉速來查明振動特別是具有顯著的不精確性。
[0009]在DE 10 2009 059 669 Al中描述了由轉動件和發(fā)電機位置之間的角度差來確定并阻尼傳動系中的扭矩。然而為此必須非常精確地已知傳動系的剛性。[0010]因此值得期待的是，盡可能簡單且有效地阻尼傳動系組件中的扭振。

【發(fā)明內容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明提出了一種具有權利要求1的特征的方法。有利的設計方案是從屬權利要求以及隨后的說明書的主題。
[0012]雖然本發(fā)明在該申請的框架內特別是參考風能設備進行描述，但是本發(fā)明絕不局限于風能設備或用于能量產(chǎn)生的設備，而是原則上可用于所有下述裝置，其中可能出現(xiàn)軸、軸系等的扭振，特別是具有中間連接的傳動裝置的軸和軸系的扭振。
[0013]在本發(fā)明的框架內提出了如何能夠簡單且有效地阻尼傳動系組件中的扭振的可能性。特別有利地，本發(fā)明利用簡單的轉速測量就足夠了，為此在大多數(shù)設備中本身就存在或者可容易地加裝傳感器。不必已知剛性。該方案相對于傳動系的數(shù)學模型中的風險是穩(wěn)定的。
[0014]通過輸出側的負載的變化，將傳動系組件、特別是傳動裝置的輸入軸和輸出軸之間的轉速差調節(jié)至額定值，特別是調節(jié)至零(當傳動比為I時或者利用傳動比對測得的轉速進行標準化時)或者調節(jié)至與傳動裝置的傳動比相應的值。有利地形成調節(jié)電路，其中轉速差作為調節(jié)參量，并且用于輸出側的負載的附加的負荷值作為控制參量。
[0015]可特別簡單地測得轉速差，這是特別有利的。一方面測得在整個傳動系組件上的振動，由此能夠通過干預負載而有效地阻尼振動。另一方面，轉速差為與扭矩的時間導數(shù)成比例的數(shù)值，因此由于較快的調節(jié)反應(如在現(xiàn)有技術中流行的那樣)所以不需要測量信號的額外的微分。測量信號的隨后的微分的缺點在于，測量噪聲(Messrauschen)必然增大，這對產(chǎn)生的調節(jié)信號的質量以及進而對調節(jié)質量產(chǎn)生負面作用。
[0016]可以有利地通過簡單的比例調節(jié)器(P-調節(jié)器)實現(xiàn)適合用于本發(fā)明的調節(jié)器。更優(yōu)選使用額外的轉速適配地和非適配的過濾器，該過濾器引起調節(jié)質量的明顯改善。因此，特別是可以從傳動系組件中的齒輪接觸中過濾出激勵的齒輪嚙合頻率，否則該齒輪嚙合頻率也會被增強，這會導致發(fā)電機上的高頻率的轉矩走向并且進而也會導致由發(fā)電機產(chǎn)生的功率的高頻波動。適合的過濾器特別是點阻濾波器(Kerbf i I ter )(notch f i I ter )、即窄帶的阻擋濾波器，其抑制頻率與傳動系中測得的轉速的倍數(shù)相匹配。相應的倍數(shù)有利地相應于在傳動系組件中、例如傳動裝置中出現(xiàn)的齒輪嚙合頻率來確定。
[0017]在另一種實施方案中，替代轉速差還可以測量加速度差并通過積分來求得轉速差。在此適合的是，在各個測量地點，例如在傳動裝置輸入側在風能設備的主軸上設置至少兩個傳感器，以便補償干擾信號、如引力作用或彎曲振動，并且因此對調節(jié)來說不可見。
[0018]雖然基本上參考轉速描述本發(fā)明，但是本發(fā)明以相同的方式同樣適合于扭矩或其差。在此特別是可以有利地使用扭矩的測量、例如通過應變計。也可以設想在傳動裝置輸入處和傳動裝置輸出處形成扭矩或扭矩的差并提供給調節(jié)器。
[0019]為了進行測量信號檢測提供了多種可能性。在能量產(chǎn)生設備中通常已知驅動側和/或傳動側上的轉速。在驅動側上、例如在轉速可變的風能設備的轉動件中通過轉速傳感器記錄轉速并傳輸至設備調節(jié)器，該設備調節(jié)器以該值為基礎來控制或調節(jié)設備的運行。在發(fā)電機側上可以由發(fā)電機中的電參量導出轉速，而不是同樣通過轉速傳感器來查明該轉速。在一些設備中常見的是，僅查明發(fā)電機側上的轉速并輸送到設備控制或調節(jié)裝置中。[0020]在該申請的框架中，“轉動件”是指能量產(chǎn)生設備的、例如通過水或風加載且激勵的部件。相反，發(fā)電機中移動的部件稱為術語“轉子”。
[0021]如果輸出側的負載是發(fā)電機，則發(fā)電機轉速可用作輸出軸的轉速，該發(fā)電機轉速可通過發(fā)電機上原本存在的轉速傳感器測得。在此優(yōu)點是，使用的調節(jié)器的隨后的非常簡單的設計，因為其涉及所謂的并設系統(tǒng)，也就是說，測量和調節(jié)干預的地點是相同的。因此在成比例的測量信號反饋時和忽略在測量和調節(jié)參量影響之間的時間延遲的情況下始終出現(xiàn)穩(wěn)定的閉合的調節(jié)電路。
[0022]如果不考慮發(fā)電機上轉速傳感器的分析或者不存在這種轉速傳感器，則可以直接通過額外的傳感裝置確定輸出軸的轉速。要注意的是，輸出軸和發(fā)電機軸之間在能量產(chǎn)生設備中通常存在的聯(lián)軸器和制動盤會顯著影響系統(tǒng)動力。因此，當聯(lián)軸器和制動盤引起調節(jié)器帶寬范圍內額外的固有頻率時，有利地應該在調節(jié)器設計時考慮到聯(lián)軸器和制動盤。由于測量信號和調節(jié)信號的不同地點提到了非并設的系統(tǒng)，對簡單的調節(jié)器來說該非并設的系統(tǒng)不再保證穩(wěn)定的調節(jié)性能。在這種情況下有利地使用基于模型的調節(jié)器，因為該調節(jié)器能同時考慮到這些影響。為此所需的數(shù)學模型可以或者基于根據(jù)測量信號的理論推導、系統(tǒng)識別得到或者由多體模擬得到。這些模型形成方法的組合也是可行的。
[0023]此外，合適的備選方案是使用現(xiàn)有的傳感器，以便推斷出轉動件側或者說傳動裝置輸入側的加速度或扭矩。
[0024]對加速度來說,例如可以使用軸柜(Achsschrjinke)中的加速度傳感器或者電動子插孔中螺距系統(tǒng)(Pitchsystem)的控制設備。此處的優(yōu)點是，這種系統(tǒng)大多出于安全原因是內置的且因此已經(jīng)是冗余的，即在多次實施中使用。隨后可以通過積分由查明的轉動件加速度再次推斷出轉動件轉速。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的計算單元，例如能量產(chǎn)生設備的控制器特別是在程序技術方面設置用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。計算單元作為用于測量信號處理和調節(jié)器信號產(chǎn)生的設備特別是設計用于，特別是通過相應地觸發(fā)發(fā)電機，基于輸入軸的轉速和輸出軸的轉速之間的差來調節(jié)傳動系中的負載。
[0026]作為用于提出的減震設計方案的一體的實施方案，提出了配備有加速度傳感器、轉速傳感器和/或扭矩傳感器的傳動裝置，該傳動裝置與這種計算單元一起本身智能地適配于環(huán)境、例如風能設備，并且提供用于風能設備中的其它可能的執(zhí)行器的以及發(fā)電機轉矩的調節(jié)信號，以便減小振動，該振動可能會縮短傳動裝置的使用壽命。
[0027]由說明書和附圖得到本發(fā)明的其它優(yōu)點和設計方案。
[0028]當然，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，此處所述的和隨后仍將說明的特征不僅能在各個給出的組合中使用，而且也能在其它組合中或單獨地使用。
[0029]本發(fā)明根據(jù)實施例在附圖中示意性示出并且在下文中參考附圖進行詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的風能設備的第一種優(yōu)選實施方案；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風能設備的第二種優(yōu)選實施方案。
【具體實施方式】[0031]圖1和圖2中相同的元件具有相同的附圖標記。在此分別在框圖中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的風能設備的優(yōu)選實施方案且分別整體以100或200標注。
[0032]示出了風能設備100、200的轉動件109和發(fā)電機102，它們通過由轉動件輸出軸110、傳動裝置101、軸111組成的傳動系必要時利用聯(lián)軸器(Kupplung)機械地彼此連接。轉動件安置在傳動系的轉動件側的端部上，發(fā)電機安置在發(fā)電機側的端部上。發(fā)電機102配備有轉速傳感器108 (旋轉脈沖發(fā)生器)，該轉速傳感器檢測發(fā)電機轉速103并傳輸至計算單元105，該計算單元設置用于控制風能設備且因此稱為“設備控制裝置”。設備控制裝置105設置用于通過調節(jié)信號104來影響發(fā)電機102的功率下降，該調節(jié)信號特別是相應地觸發(fā)整流器和/或發(fā)電機的轉子。
[0033]圖1中，在傳動裝置的輸入側布置了第一傳感器106且在輸出側布置了第二傳感器107，該第一和第二傳感器分別檢測測量信號113、114 (特別是一系列測量值)并傳輸給減振調節(jié)器112,在減振調節(jié)器中確定用于發(fā)電機102的干預措施(Eingriff) 115,并傳輸至設備控制裝置105。特別是由減振調節(jié)器112中檢測到的測量信號113和114計算出用于發(fā)電機的附加的調整扭矩115作為干預措施并傳輸至設備控制裝置105。該設備控制裝置使發(fā)電機的額定負荷轉矩與附加的調整扭矩相疊加。例如，發(fā)電機的額定負荷轉矩可以源自于可在風能設備中實施的功率和/或轉速調節(jié)。要指出的是，減振調節(jié)器112在該實施方案中可實施為設備控制裝置105的一部分。測量信號113和114優(yōu)選是轉速信號，然而也可以是加速度信號或扭矩信號。
[0034]減振調節(jié)器112設置用于，在考慮傳動裝置101的傳動比的情況下確定了作為傳動裝置101的輸入軸的轉動件輸出軸110的轉速113和作為傳動裝置101的輸出軸的軸111的轉速114之間的轉速差?！霸诳紤]傳動比的情況下”意味著，轉速差理論上為零。減振調節(jié)器112還設置用于，將該轉速差調節(jié)為額定值，該額定值優(yōu)選為零。即可以認定，當不存在轉速偏差時，通過傳動裝置的扭振是最小的。通過這種方式可以使得通過傳動系組件、例如此處是傳動裝置的扭振減振。在這種情況下，減振調節(jié)器的設計優(yōu)選根據(jù)用于非并設的(nicht - kollokiert)系統(tǒng)的附件實現(xiàn)且例如具有基于模型的調節(jié)器。替代轉速差還可以將測得的扭矩差或者單獨測量的扭矩調節(jié)為零。
[0035]圖2示出了風能設備200，其中在軸111上不存在傳感器。替代于此將發(fā)電機轉速103輸送給減振調節(jié)器212。
[0036]在此減振調節(jié)器212設置用于，在考慮參與的傳動比的情況下確定了作為傳動裝置101的輸入軸的轉動件輸出軸110的轉速113和在某種程度上可以說作為傳動裝置101的輸出軸的發(fā)電機102的轉速103之間的轉速差。此外，減振調節(jié)器212設置用于，將該轉速差調節(jié)至額定值，該額定值優(yōu)選為零。即可以認定，當不存在轉速偏差時，傳動裝置輸入軸和發(fā)電機軸之間的扭振是最小的。通過這種方式可以使得通過傳動系組件、例如此處是傳動裝置和發(fā)電機軸的扭振減振。在這種情況下，減振調節(jié)器的設計優(yōu)選根據(jù)用于并設的(kollokiert)系統(tǒng)的附件實現(xiàn)且例如具有P調節(jié)器。
【權利要求】
1.一種用于特別是能量產(chǎn)生設備(100、200)中的傳動系組件(101)中、特別是傳動裝置中的扭振減振的方法，其中所述傳動系組件(101)具有輸入軸(110 )和輸出軸(111)，其中在傳動系中與所述輸入軸(110)的轉速(113)和所述輸出軸(111)的轉速(I 14、103)之間的差相關地來調節(jié)輸出側的負載(102 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，通過調節(jié)所述輸出側的負載(102)將轉速差調節(jié)為額定值。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，在考慮傳動比的情況下確定所述轉速差，其中所述額定值為零。
4.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其中，特別是借助于傳感器(106、107、180 )來測量所述輸入軸(110)的轉速(113 )和/或所述輸出軸(111)的轉速(114、103 )。
5.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其中，特別是借助于傳感器(106、107、180)來測量所述輸入軸(110)的加速度和/或所述輸出軸(111)的加速度。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，借助于至少兩個傳感器來測量所述輸入軸(110)的加速度和/或借助于至少兩個傳感器來測量所述輸出軸(111)的加速度。
7.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其中，替代所述轉速而使用扭矩，并且其中，替代所述轉速差而使用扭矩或扭矩差。
8.根據(jù)權利要求中任一項所述的方法，其中，使用帶阻濾波器、特別是點阻濾波器，其抑制頻率與所述傳動系中測得的轉速相關地進行調節(jié)。
9.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其中，作為輸出側的負載來調節(jié)發(fā)電機的負荷轉矩。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，設定附加的調整扭矩用于所述負荷轉矩。
11.計算單元(112、212、105)，所述計算單元設置用于執(zhí)行根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法。
12.傳動系組件(101)，所述傳動系組件具有:輸入軸(110)和輸出軸(111);用于檢測所述輸入軸(110)的轉速(113)、加速度或扭矩的第一傳感器(106)和/或用于檢測所述輸出軸(111)的轉速(114、103)、加速度或扭矩的第二傳感器(107);和根據(jù)權利要求11所述的計算單元(112、212、105)。
13.能量產(chǎn)生設備(100、200)、特別是風能設備，其具有根據(jù)權利要求11所述的計算單元(112、212、105)和/或根據(jù)權利要求12所述的傳動系組件(101 )。
【文檔編號】F03D11/02GK103452773SQ201310203271
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2012年5月29日
【發(fā)明者】C.弗賴爾, A.瓦特, S.格里姆 申請人:羅伯特·博世有限公司