CN112074719A - 一种用于动力传动系统的效率测定和/或扭矩校准的方法，尤其是风力涡轮机的动力传动系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于动力传动系统(1)的效率测定和/或扭矩校准的方法，尤其涉及风力涡轮机的动力传动系统(1)。该动力传动系统(1)的效率测定和/或扭矩校准的方法，尤其涉及风力涡轮机的动力传动系统(1)，尤其适合在试验台上进行，且该方法包括两个测试。该动力传动系统具有与电动机连接的主轴上的电动机侧端以及发电机侧端，两端之间布置有发电机。在第一测试中，驱动该动力传动系统(1)的电动机侧端。进而，测定在该动力传动系统(1)电动机侧端依赖于主轴扭矩的变量，并测定该动力传动系统(1)发电机侧端的电功率Pelec。在第二测试中，驱动该动力传动系统(1)的发电机侧端，同样测定在该电动机侧端依赖于主轴扭矩的变量，并测定该发电机侧端的电功率Pelec。根据在第一测试和第二测试中测定的电功率值和依赖于主轴扭矩的变量，测定效率和/或校准参数。

Description

一种用于动力传动系统的效率测定和/或扭矩校准的方法，尤 其是风力涡轮机的动力传动系统
本申请涉及一种用于动力传动系统的效率测定和/或扭矩校准的方法，尤其是风力涡轮机的动力传动系统，尤其是在试验台上。
风力涡轮机动力传动系统的效率和扭矩，无论是在风力涡轮机的开发阶段，还是将其作为技术成熟度的指标，对于制造商和操作者来说都是重要的关键数据。为此，需要在不同负载情况和不同环境条件下进行足够精确的效率测定，尤其是在高扭矩的情况下。因此，在高扭矩的情况下进行非常精确的效率测量，有助于更好地了解风力涡轮机。了解效率的特性曲线是对风力涡轮机的针对性完善和优化运行的基础。
除此之外，根据现有技术，效率测量的精确性进而取决于风力涡轮机动力传动系统的扭矩测量的精确性。在现代风力涡轮机中，动力传动系统的主轴扭矩为多个兆牛米(mega newton meter)。然而，现有技术的校准装置只能实现最高1.1兆牛米(MNm)的扭矩校准。鉴于目前无法实现对更高的扭矩进行校准，因此，采用已知方法无法对风力涡轮机主轴的机械扭矩进行足够精确的测量。
因此，本发明旨在提出一种可以比较精确地测定风力涡轮机效率的方法。此外，本发明的一个目的在于提出一种用于校准风力涡轮机主轴扭矩的方法。
这些问题可进而由根据权利要求1或权利要求2的特征所述的方法解决。从属权利要求的特征和示例性实施例中提出有利改进。
该用于动力传动系统的效率测定和/或扭矩校准的方法，尤其是风力涡轮机的动力传动系统，尤其适合在试验台上进行，且该方法包括两个测试。该动力传动系统包括与电动机连接的主轴上的电动机侧端，以及发电机侧端，两端之间布置有发电机以及可选地传动装置。该电动机优选为试验台的电动机。该主轴尤其可以是风力涡轮机的主轴，可连接到风力涡轮机的转子。
在第一测试中，驱动该动力传动系统的电动机侧端。进而，在该动力传动系统的电动机侧端确定依赖于主轴扭矩的变量，并在该动力传动系统的发电机侧端确定电功率Pelec。
在第二测试中，驱动该动力传动系统的发电机侧端，同样在该电动机侧端确定依赖于主轴扭矩的变量，并在该发电机侧端确定电功率Pelec。根据第一测试和第二测试中确定的电功率值及依赖于主轴扭矩的变量来确定效率，尤其用至少一种在先测试或分析中预先确定的假设。例如，一种假设为第一测试的效率等于第二测试的效率。另一个假设可以为，第一测试的功率损耗是总功率损耗的一部分，诸如一半。
在所提出的方法中，通常在第一测试中施加第一扭矩，而在第二测试中施加第二扭矩。在第一测试中，由试验台电动机驱动该动力传动系统，而在第二测试中，由发电机驱动该动力传动系统，因为诸如在第二测试中，发电机作为电动机运行，而试验台电动机作为发电机运行。不论是作为电动机还是发电机运行，电机的电扭矩具有相同的符号，即旋转方向相同。无论该动力传动系统的哪一侧被驱动，其机械扭矩同样具有相同的符号，即旋转方向相同。而与电扭矩相反，机械扭矩通常具有相反的符号。在第一测试和第二测试中，由于驱动装置位于该动力传动系统的不同端，即：在第一测试中，该动力传动系统可通过诸如试验台电动机在电动机侧端驱动，而在第二测试中，该动力传动系统可通过发电机在发电机侧端驱动。且在第一和第二测试中，传输方向相反。因此，在第一测试和第二测试中，旋转方向是相反的，即在第一和第二测试中的旋转方向是不同的。该方法可能具有如下优点：由于第一测试和第二测试中测量的不确定性可以抵消，则在效率确定中减少了依赖于主轴扭矩的变量测量的不确定性。
如上所述，在第一测试中，该动力传动系统由试验台电动机驱动。在第二测试中，该动力传动系统由动力传动系统的发电机驱动，其中，发电机被供电并作为电机运行。在第二测试中，试验台电动机可以作为发电机运行。
为了测定主轴扭矩，依赖于主轴扭矩的变量可通过传感器测量，优选使用应变仪来测量。此外，可测量主轴的角位置和/或转速，尤其使用增量式编码器进行测量。进而可以简单地测定扭矩。用于测量扭矩或扭矩相关变量的测量点优选地尽可能靠近测量角位置或转速的测量点。通过该方法，可以减少测量点之间的振动，而这些振动可能会破坏测量结果。
机械功率可由能量计算得出，在第一测试中，
Pmech.A＝Emech.A/tA，
且在第二测试中，
Pmech.B＝Emech.B/tB，
其中，Emech为每种情况下的机械能，t为各个测试的持续时间。第一测试或第二测试也可包括待测系统的上电或掉电。然而，为方便起见，可以测试或假设功率水平非常恒定。
电功率可由能量计算得出，在第一测试中
Pelec.A＝Eelec.A/tA A/tA，
且在第二测试中，
Pelec.B＝Eelec.B/tB，
其中Eelec是每种情况下的电能，t是各个测试的持续时间。
该机械能可用依赖于主轴扭矩的变量或主轴扭矩来测定。该机械能可通过诸如通过使用转速ω将扭矩在角度θ或在时间上积分来测定。该电功率可以根据电流和电压的测量值来测定。
此外，机械功率可由依赖于主轴扭矩的变量和/或从角位置θ或转速来测定。该机械功率通常由第一测试或第二测试的持续时间测定。第一测试和第二测试中的机械功率优选地由依赖于主轴扭矩的变量测定。因此，在第一测试中测定的机械功率可为驱动功率，而第二测试中测定的机械功率可为被驱动功率。
为测定电功率，可以测量发电机和与之相连的转换器之间的发电机侧端，或在转换器远离发电机的一侧测量电压和电流。因此，在测定效率过程中可以包括或忽略转换器的损耗。在第一测试中，测定的电功率Pelec可以是第二测试中的驱动功率以及被驱动功率。
可以分别测定第一测试和第二测试的测试功率损耗。将两个测定的测试功率损耗相加可得总功率损耗，随后可用总功率损耗计算效率。
进而，第一测试可用标识符A表示，第二测试可用标识符B表示。第一测试的测试功率损耗可由此得出
PLoss.A＝Pmech.A-Pelec.A，
其中，Pmech.A为第一测试中的机械功率，且Pelec.A表示第一测试中的电功率。
第二测试的测试功率损耗可由此得出
PLoss.B＝Pelec.B-Pmech.B，
其中，Pmech.B为第二测试中的机械功率，且Pmech.B表示第二测试中的电功率。
通过将测试功率损耗PLoss.A与PLoss.B相加，总功率损耗PLoss.total可由此得出：
PLoss.total＝PLoss.A+PLoss.B＝Pmech.A-Pmech.B+Pelec.B-Pelec.A。
特别地，假设第一测试的效率与第二测试的效率相等(Effi＝EffiA＝EffiB)，则
Figure BDA0002755309560000041
Figure BDA0002755309560000042
Figure BDA0002755309560000043
将测试功率损耗的结果作为总功率损耗的函数，则，
Figure BDA0002755309560000044
Figure BDA0002755309560000045
效率可进而基于下列公式计算得出，
Figure BDA0002755309560000046
Figure BDA0002755309560000047
其中，数值上的波浪号表示其为平均值。
也可以做出更简单的假设，即两个测试中的损耗是相等的。进而，一个更普遍的假设可以为：
PLoss.A＝k·PLoss.total，
其中k为第一测试损耗(Loss.A)与总损耗(Loss.total)的比率。可以通过经验或分析确定假设的k值，诸如k可以等于0.5。将效率作为总功率损耗PLoss.total的函数计算的优点在于，效率可以作为差值的函数来测定ΔPmech＝Pmech.A-Pmech.B或ΔPelec＝Pelec.B–Pelec.A。如上所述，这种差值的优点在于，扭矩测量或依赖于扭矩的变量测量的不确定性或电功率测量的不确定性可以被这些差值限制在一个较小的范围内。通过重复测试，测量误差可以相互抵消，则在测定效率时显得不那么重要。因此，可以更准确地测定效率，而不必进行精确的扭矩测量。
为了测量依赖于主轴扭矩的变量，可以评估传感器的信息，该传感器可以布置在试验台电动机的输出轴上、风力涡轮机的主轴上或电动机输出轴与该主轴之间的轴接头(shaft adapter)上。例如，为此可在试验台电动机输出轴上设置应变片。或者，为了将试验台电动机的动力传动系统连接到测试对象的动力传动系统，也必须在适配器处设置应变片。或者，测试对象的主轴也可以配备应变片。当然，还可以考虑不同的和/或附加的用于测定依赖于主轴扭矩变量的传感器，诸如附加的旋转编码器，用于测量两个旋转编码器之间的轴的扭力。
在第一测试期间，可以接近风力涡轮机的不同操作点。在第二测试期间，同样可以接近风力涡轮机的不同操作点。在第一测试和第二测试中接近的操作点优选地是相同的。由于接近不同的操作点，可以根据上述方法分别测定所接近的不同操作点的效率。通常，不同操作点的函数不同，从而效率也不同。为了测定效率，只需要接近一个操作点；然而，优选地接近多个不同的操作点。因此，覆盖总功率范围可能是有利的，以便操作点可以尽可能广泛地分布在功率范围内。本示例可能为接近产能的20％的工作点、产能的50％的工作点和产能的100％的工作点。
在第二测试中驱动动力传动系统的发电机侧端，以这样的方式，使得在第二测试中依赖于主轴扭矩变量等于在第一测试中的依赖于主轴扭矩的变量。其优点在于，依赖于主轴扭矩变量的测量不确定性可以保持在低水平。可以测定第一和第二测试的电功率。为此，如上所述，可以测量电流和电压。风力涡轮机的发电机可以在不同工作点上运行(具有不同的功率水平)。此外，总功率损耗可以从第一和第二测试中测量的变量中测定
PLoss.total＝Pmech.A-Pmech.B+Pelec.B-Pelec.A。
在能量转换效率与两个工作点的相关性可测的情况下，则所测得的总功率损耗可相应地对两个测试进行分配。否则，若没有足够的信息，则损耗可以平均分配到两个测试中对应的输入功率。损耗的百分比可以确定为操作点的属性，作为两个测试的测试损耗的平均值。
在该方法的另一个实施例中，第二测试中驱动动力传动系统的发电机侧端，使得第二测试中的电功率等于第一测试中测定的电功率。此法优点如下：发电机在第一测试和第二测试中相同的操作点上运行，因此，能量转换效率可以正好在该点测量，并且测量该点的能量转换效率可以基本上不存在不确定性或不确定性很低。此外，可以以较低的不确定性确定两次测试的损耗分布。因此，如上所述，可得总功率损耗
PLoss.total＝Pmech.A-Pmech.B+Pelec.B-Pelec.A。
因此，与上述方法相比，机械功率值的测量不确定性可能相应地发挥更大的作用，在该方法中，电功率值在第一测试和第二测试中保持不变。
测定动力传动系统系效率的方法包括两个测试，优选地在试验台上进行，可以按照校准扭矩测量的方法进行，尤其是风力涡轮机的动力传动系统。如上述关于测定动力传动系统效率的方法，该动力传动系统具有与电动机连接的主轴上的电动机侧端以及发电机侧端，两端之间布置有发电机。该电动机最好是试验台电动机。该主轴尤其可以是风力涡轮机的主轴，可连接到风力涡轮机的转子。
在第一测试中，驱动动力传动系统的电动机侧端，并测定动力传动系统的电动机侧端的依赖于主轴扭矩的变量，并测定动力传动系统的发电机侧端的电功率Pelec，在第二个测试中，驱动该动力传动系统的发电机侧端，同样测定在该电动机侧端依赖于主轴扭矩的变量，并测定动力传动系统发电机侧端的电功率Pelec。根据所述第一测试和所述第二测试中测定的电功率值及依赖于主轴扭矩的变量测定效率，尤其是在考虑到根据实验或经验预先确定的至少一个假设的情况下。为了测定校准系数，第一测试和第二测试至少在两种扭矩设置下进行。
不同的扭矩设置可以进而界定不同的功率水平。因此，可以针对不同的功率水平重复进行测试。并且通常在一个扭矩设置下施加基本恒定的扭矩。
一般来说，如上所述，可以假设第一测试和第二测试的损耗之间存在一比值k
k＝PLoss.A/PLoss.B
其中，PLoss.A＝Pmech.A-Pelec.A，且PLoss.B＝Pelec.B-Pmech.B。
因此，
Pmech.A-Pelec.A＝k(Pelec.B-Pmech.B)
且
Pmech.A+kPmech.B＝kPele.B+PelecA。
从上文更具体的假设来看，在第一测试和第二测试中，效率可能是相同的(Effi＝EffiA＝EffiB)
Pmech.A＝Pelec.A/Effi
且
Pmech.B＝Pelec.B·Effi
可因此得出，
kAPmech.A+kBPmech.B＝kBPelec.A+kAPelec.B
其中，
kA＝Effi/(1+Effi)，kB＝1/(1+Effi)。
机械功率可以通过扭矩T在角度θ上的积分除以时间t来计算。因此，第一测试和第二测试中的机械功率值可根据下列公式计算：
Figure BDA0002755309560000071
Figure BDA0002755309560000072
其中，T是扭矩，tA和tB是第一或第二试验的持续时间。时间持续时间tA或tB可分别表示一段时间，在该段时间内，第一测试或第二测试提供相对稳定的值，因此具有低波动性。
扭矩可以根据依赖于扭矩的变量进行相关设置。若依赖于扭矩的变量由诸如应变仪测定，则依赖于扭矩的变量可以是应变ε。扭矩可由此得出T＝a·ε+b，
a和b可进而为需要校准的参数。
然后，第一测试和第二测试的机械功率值可以下列公式表达：
Figure BDA0002755309560000073
Figure BDA0002755309560000074
θ表示角变化，
或者为
Figure BDA0002755309560000081
Figure BDA0002755309560000082
ω表示角速度，
假设效率相同，则将其插入上式中，则
kAPmech.A+kBPmech.B＝kBPelec.A+kAPelec.B
或插入更一般的等式中，则
Pmech.A+kPmech.B＝kPelec.B+PelecA
其中第一测试和第二测试的效率不一定相等。
如上所述，可以假定分布值为k，表示第一测试的功率损耗PLoss.A在总功率损耗PLoss.total中所占的比例和第二测试的功率损耗PLoss.B在总功率损耗PLoss.total中所占的比例为：
PLoss.A＝k·PLoss.total或PLoss.B＝k·PLoss.total。
该方程的未知数则可以是校准系数a、b和可选地效率。各个功率水平的效率可由此确定，使用诸如上述方法，采用假设或根据经验假设。在每个功率水平分别进行第一测试和第二测试，并可由此建立前述的更普遍的方程(具有每个功率水平的效率)，或者建立更具体的方程(在EffiA＝EffiB＝Effi的情况)。
通过至少两个方程，可以确定系数a和b，因此扭矩可以根据以下比率，通过校准系数a和b以及测量值(此处为应变ε)来确定
T＝a·ε+b。
若该两次测试在两个以上的功率水平进行之后，则可建立在不同功率水平的方程系统(用标识符I、II、III、...表示)：
Polynom1I(a,b,EffiI)＝PI
Polynom1II(a,b,EffiII)＝PII
Polynom1III(a,b,EffiIII)＝PIII。
该方程系统可以用最小二乘法求解，因此扭矩可以根据确定的常数a、b计算。
扭矩校准方法可以进行优化，尤其当尚未进行校准、且仅有“原始测量信号”时，诸如应变的信号。进而效率尚未确定。另一个优化扭矩校准方法出发点是，已有一校准的扭矩信号，但不够精确。为此，从假设效率等于1或效率为一个预定的经验值为始，校准系数a和b可以由上述扭矩和“原始信号ε”之间的相关性来确定。进而，可根据前述测定效率的方法，测定至少两个功率水平的效率。如上所述，由此对每个功率水平进行两次测试，并在第一测试和第二测试中测量扭矩或依赖于扭矩和电功率值的变量。使用新计算出的所有功率水平的效率，可以修正或重新测定校准系数或测量信号与扭矩之间的相关性。该步骤可重复任意次数，直到测定的校准系数仅与先前测定的校准系数偏差很小。
如上所述，可以从校准系数、测量信号和扭矩之间的相关性确定各个的扭矩。
随后将描述该方法的一个示例性实施例，并将基于图示更详细地解释示例性测试装置的结构。
如图所示：
图1为风力涡轮机的动力传动系统的示意图；
图2为图1中动力传动系统的示意图，其中动力流向是相反的；
图3为示意性阶梯式剖面图，示出了第一或第二测试中的能量，其中第一测量点的机械能相同；
图4为示意性阶梯式剖面图，示出了第一或第二测试中的能量，其中第一测量点的电能相同；
图5为两次测试的阶梯式剖面图，其中在第二测试中驱动发电机，以这种方式，使得第一和第二测试中各个测试点的能量不同；
图6为两次测试中平均功率的阶梯式剖面图；以及
图7为进一步解释优化扭矩校准方法的流程图。
图1示出了风力涡轮机的动力传动系统1的示意图，该动力传动系统包括主轴2，其通过传动装置3连接到发电机4。此外，该主轴还通过适配器7与试验台电动机8的输出轴9相连。发电机4还连接到转换器5，而转换器5又连接到变压器6。沿着动力传动系统1有三个测量点10、11和12。在第一测量点10，通过传感器测量依赖于扭矩的变量，通过诸如应变计测量应变。为此，在所示出的示例中，传感器布置在主轴上。在另一个实施例中，传感器也可以布置在例如，适配器(adapter)7或电动机输出轴9上。第二测量点11位于发电机4和转换器5之间。可以在该点测量发电机的电流和电压，从而计算出电功率。除了测量点11之外，还可以在测量点12处测量电流和电压，该测量点位于转换器5和变压器6之间，或者在变压器6背离转换器的一侧，因此转换器的任何损耗都会流入计算的电功率中。
为了测定动力传动系统1的效率，进行了第一测试，其中电动机8驱动主轴2。功率流的方向由箭头13A指示。动力传动系统不同部件的逐渐损耗在阶梯式剖面图14A的基础上进行示意性地描述。因此，测量点10的功率大于测量点11的功率，且大于测量点12的功率。
图2同样示出了动力传动系统1的示意图。在第二测试中，动力传动系统1由发电机4作为电动机驱动，试验台在发电机运行中运行。功率流向由箭头13B指示。由于驱动方式与第一测试相反，测量点12的测量功率大于测量点11的测量功率，而该处的测量功率又大于测量点10的功率，如阶梯式剖面图14B所示。
因此，基本上进行了两次测试以测定效率。进行每一测试，以这样的方式，使得动力传动系统以相同的或至少基本上相同的输出水平驱动。此外还可以采用不同的测量方案。在第一种测量方案中，在第二测试中驱动发电机侧端，以这样的方式，使得第一和第二测试的机械功率值相等。在另一种测量方案中，第一和第二测试的电功率值保持相同。方案如图3和图4所示。然而另一种可能性，也可以在第二测试中驱动动力传动系统，而不保持第一和第二测试中的机械功率或电功率值不变。方案如图5所示。
图3示出了根据第一测量方案的第一测试14A和第二测试14B的阶梯式剖面图，其中，在第二测试中驱动发电机4，以这样的方式，使得第一测试中第一测量点10的机械功率等于第二测试中第一测量点10的机械功率，即在两次测试中，所测机械扭矩的测量值保持不变且相等。因此，在测量点11产生第一和第二测试之间的总功率损耗ΔP，该总功率损耗通过测量两次测试中每种情况下的电流和电压来检测。
图4示出了第一测试14A和第二测试14B的阶梯式剖面图，在第二测试中，其中，根据第二测量方案在第二测试中驱动发电机4，以这样的方式，使得第一测试中的第二测量点11的电功率等于第二测试中的第二测量点11的电功率，即在两次测试中分别测量电功率，其中，第二测试中的电功率被设置为第一测试的电功率。因此，在测量点10处产生了第一测试和第二测试之间的机械功率的总功率损耗ΔP。
图5中描绘了两次测试中的阶梯式剖面图14A和14B，其中在第二测试中，驱动发电机4，以这样的方式，使得在第一和第二测试的各个测量点10、11和12处的能量是不同的。图中描绘的电功率值和机械功率值是在整个测试持续时间内确定的功率值，即能量除以测试持续时间。
使用增量式编码器，测量第一测试和第二测试的角位置，由此可以测定扭矩T或能量和/或功率。此外，在第一和第二测试中分别测量电流I和电压U。根据测量的变量，可以计算机械功率：
Figure BDA0002755309560000111
Figure BDA0002755309560000112
并可通过下列公式计算第一测试的电功率。
Pelec.A＝Eelec.A/tA
且在第二测试中，
Pelec.B＝Eelec.B/tB。
上述等式中的波浪号表示平均值，为了简洁，在后文的方程中便不再赘述。
第一测试的测试功率损耗可由下列公式得出
PLoss.A＝Pmech.A-Pelec.A
第二测试的测试功率损耗可由下列公式得出
PLoss.B＝Pelec.B-Pmec.hB。
通过将测试功率损耗PLoss.A与PLoss.B相加，总功率损耗PLoss.total可由下列公式得出：
PLoss.total＝PLoss.A+PLoss.B＝Pmech.A-Pmech.B+Pelec.B-Pelec.A。
通过下列公式
Figure BDA0002755309560000113
Figure BDA0002755309560000114
可测定每个测试中测试功率损耗PLoss.A和PLoss.B。
测定值可插入下列公式:
Figure BDA0002755309560000115
或
Figure BDA0002755309560000121
以获得效率Effi。由此可测得Pmech.A、Pmech.B、Pelec.B以及Pelec.A，进而可以测定PLoss.total，除以PLoss.total即可得PLoss.A或PLoss.B。
效率可以由PLoss.A和Pelec.A或由PLoss.B和Pelec.B计算。通常情况下，电学测量更准确，因此优选Pelec.A或Pelec.B用于计算效率。
图6示出了两个阶梯式剖面图14A和14B。将第一测试中测量点11的电功率设置为与第二测试中测量点11的功率基本相等。第一和第二测试中测量点10的功率可以描述为
Pmech.total＝kAPmech.A+kBPmech.B
并可将测量点11描述为
Pelec.total＝kBPelec.A+kAPelec.B
其中，kA＝Effi/(1+Effi),kB＝1/(1+Effi),且Effi是动力传动系统的效率。
图6进而示出了阶梯式剖面图14A和14B，当假设第一测试的效率等于第二测试的效率(即EffiA＝EffiB＝Effi)时，就会出现该情况，所以适用以下公式：
kAPmech.A+kBPmech.B＝kBPelec.A+kAPelec.B。
若进行两次测试，使风力涡轮机在第一测试和第二测试中在相似的工作点运行，则两次测试的功率损耗同样应该相似或有一定相关性。每次测试的损耗可以假设为总损耗的一半或一部分，并具有一定的不确定性。由两种工作模式下的损耗的假设所带来的不确定性，可以通过发电机和涡轮机的其他重要机械和电气部件的性能进行分析。
图7为进一步解释优化扭矩校准方法的流程图。该方法的基础是两次测试，这两次测试可在前述附图基础上解释。
在步骤I中，校准系数a，bini可初步由一预定的效率测定，若必要，可由在先试验及测量值ε确定。
随后在步骤II中，可以用依赖于扭矩的变量测定至少两个功率水平的效率(EffiI，EffiII，...)。由此，在每个功率水平进行两次测试，并在第一和第二测试中测量依赖于扭矩的变量和电功率值。
在步骤III中，可以用测定的效率重新计算校准系数a、bini，该步骤可针对所有功率水平进行。若重新计算的校准系数a、bneu严重偏离在先测定的校准系数，则可重新测定各功率水平的效率，并将结果与先前的数值进行比较。该步骤可重复任意次数，直到测定的校准系数与先前测定的校准系数偏差很小。因此，扭矩测量也可对大扭矩进行高精确度的校准。
如上所述，所述扭矩校准可用于风力涡轮机的动力传动系统，也可用于其它电机的其它动力传动系统。
因此，重要的是，两者，即试验台电动机和发电机电动机，都可以在电动机和发电机操作中运行。
为了提高校准精确度，可以选择在第一测试中作为发电机运行的机器，以使两种模式下(即在第一测试和第二测试中)的功率损耗尽可能相似。
一特定应用可以是使用两台相同类型的电动机。在这种情况下，试验台由其中一台机器代替。两台机器在所谓的“背对背”模式下运行，其中一待校准的测量体被安装在机器之间的动力传动系统上。

Claims (16)

1.一种用于测定动力传动系统(1)效率的方法，尤其是风力涡轮机的动力传动系统(1)，其中，所述动力传动系统(1)具有与电动机连接的主轴(2)上的电动机侧端以及发电机侧端，两端之间布置有发电机(4)，
其中，在第一测试中，驱动所述动力传动系统(1)的电动机侧端，并测定所述动力传动系统(1)的所述电动机侧端的依赖于主轴扭矩的变量，并测定所述动力传动系统(1)的所述发电机侧端的电功率Pelec，
其特征在于，
在第二测试中，驱动所述动力传动系统(1)的所述发电机侧端，同样测定在所述电动机侧端依赖于所述主轴扭矩的变量，并测定所述发电机侧端的电功率Pelec，根据所述第一测试和所述第二测试中测定的所述电功率值及依赖于所述主轴扭矩的所述变量测定效率，尤其是在考虑到根据试验或经验预先确定的至少一个假设的情况下。
2.一种用于在试验台校准动力传动系统的扭矩测量的方法，尤其是风力涡轮机的动力传动系统，其中，所述动力传动系统具有与电动机连接的主轴(2)上的电动机侧端以及发电机侧端，两端之间布置有发电机(4)，
其中，在第一测试中，驱动所述动力传动系统(1)的电动机侧端，并测定所述动力传动系统(1)的所述电动机侧端依赖于所述主轴扭矩的变量，并测定所述动力传动系统(1)的所述发电机侧端的电功率Pelec，
其特征在于，在第二测试中，驱动所述动力传动系统(1)的所述发电机侧端，同样测定在所述电动机侧端依赖于所述主轴扭矩的变量，并测定所述发电机侧端电功率Pelec，根据所述第一测试和所述第二测试中测定的所述电功率值Pelec及依赖于所述主轴扭矩的所述变量测定校准参数a和b，尤其是在考虑到根据试验或经验预先确定的至少一个假设的情况下，其中，所述第一测试和所述第二测试是针对至少两个扭矩设置进行的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于测定所述效率或用于校准扭矩测量的假设是，所述第一测试的效率等于所述第二测试的效率。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于测定所述效率或用于校准扭矩测量的假设是，两次测试之一的功率损耗是两次测试的总功率损耗的一部分，尤其是所述总功率损耗的一半。
5.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，为测定所述主轴(2)的扭矩，通过传感器测量依赖于所述主轴扭矩的所述变量，优选地使用应变仪，
和/或，
测量所述主轴的角位置θ或其转速ω，优选地使用增量编码器。
6.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据所述第一测试和所述第二测试中测定的依赖于所述主轴扭矩的所述变量，测定机械功率。
7.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述发电机(4)和连接到所述发电机(4)的转换器(5)之间的所述发电机侧端，或在所述转换器(5)远离所述发电机(4)的一侧测量电压和电流，以测定电功率。
8.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，分别测定所述第一测试和所述第二测试的测试功率损耗，将这两次测定的所述测试功率损耗相加为总功率损耗，并用所述总功率损耗计算所述效率。
9.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，为确定依赖于主轴扭矩的所述变量，评估所述传感器的测量信号，所述传感器布置在所述电动机的输出轴，尤其是试验台电动机(8)，尤其是风力涡轮机的所述主轴(2)上，或者所述传感器布置在所述电动机的所述输出轴与所述主轴(2)之间的轴接头。
10.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一测试中接近所述动力传动系统(1)的不同操作点，尤其是风力涡轮机，在所述第二测试中接近所述动力传动系统(1)的不同操作点，尤其是风力涡轮机，其中，所述第一测试和所述第二测试中接近的所述操作点优选地是相同的。
11.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第二测试中驱动所述动力传动系统(1)的所述发电机侧端，以这样的方式，使得所述第二测试中依赖于所述主轴扭矩的所述变量等于所述第一测试中测定的依赖于所述主轴扭矩的所述变量。
12.根据权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，在所述第二测试中驱动所述动力传动系统(1)的所述发电机侧端，以这样的方式，使得所述第二测试中的所述电功率等于所述第一测试中测定的所述电功率。
13.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，其中，通过使用依赖于所述主轴扭矩的所述变量，测定机械功率PmechA和PmechB分别为所述第一测试和所述第二测试的两个常数a和b的函数，
Figure FDA0002755309550000031
Figure FDA0002755309550000032
并基于
Pmech.A-Pelec.A＝k(Pelec.B-Pmech.B)
和
Pmech.A+kPmech.B＝kPelec.B+PelecA
其中，k为所述第一测试和所述第二测试的损耗之间的相关性，
用于测定扭矩的所述校准系数a和b由此测定，
T＝aε+b
其中，T为所述扭矩，ε为测量的依赖于所述主轴扭矩的所述变量。
14.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，每种扭矩设置都定义了所述动力传动系统(1)的不同功率水平。
15.根据在先权利要求之一所述的方法，其中，从预定的效率开始，测定所述校准参数，然后测定至少两个功率水平的效率，随后再次确定所述校准参数，重复最后两个步骤，直到最后测定值与前一测定值之间的偏差小于预定值。
16.根据在先权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述校准参数通过最小二乘法确定。
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