ES2555067T3 - Instalación de ensayo y método para ensayar cajas de engranajes y convertidores de energía electromecánicos - Google Patents

Instalación de ensayo y método para ensayar cajas de engranajes y convertidores de energía electromecánicos Download PDF

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ES2555067T3
ES2555067T3 ES11183289.5T ES11183289T ES2555067T3 ES 2555067 T3 ES2555067 T3 ES 2555067T3 ES 11183289 T ES11183289 T ES 11183289T ES 2555067 T3 ES2555067 T3 ES 2555067T3
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Abstract

Una instalación de ensayo para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energía electromecánico, comprendiendo la instalación de ensayo: - un sistema de engranajes (101, 201) que comprende unas interfaces de conexión primera y segunda (102, 103, 202, 203) que pueden rotar, adecuadas para ser conectadas a unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo, - un eje de transmisión de potencia (104, 204) que constituye, junto con el sistema de engranajes y la caja de engranajes bajo ensayo, un bucle de potencia mecánicamente cerrado cuando la caja de engranajes bajo ensayo está conectada a las interfaces de conexión primera y segunda que pueden rotar, - un equipo de carga (105-107, 205-207) para imponer un par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo, y - al menos un motor de accionamiento (108-111, 208-211) para accionar la instalación de ensayo, caracterizada por que el sistema de engranajes comprende además una tercera interfaz de conexión (112, 212) que puede rotar, adecuada para ser conectada a un eje del convertidor de energía electromecánico bajo ensayo, y el sistema de engranajes está dispuesto para proporcionar relaciones de engrane tales que la primera interfaz de conexión que puede rotar está dispuesta para girar muchas revoluciones durante una única revolución de la segunda interfaz de conexión que puede rotar y durante una única revolución de la tercera interfaz de conexión que puede rotar.

Description

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DESCRIPCION
Instalacion de ensayo y metodo para ensayar cajas de engranajes y convertidores de energfa electromecanicos Campo tecnico de la invencion
La invencion se refiere a una instalacion de ensayo adecuada para cajas de engranajes y convertidores de energfa electromecanicos. Un convertidor de energfa electromecanico puede ser, por ejemplo, pero no necesariamente, una gondola de una estacion de energfa eolica. Ademas, la invencion se refiere a un metodo para ensayar cajas de engranajes y convertidores de energfa electromecanicos.
Antecedentes
Un convertidor de energfa electromecanico, tal como, por ejemplo, una gondola de una estacion de energfa eolica, comprende muchas veces componentes tales como un generador para convertir energfa mecanica en energfa electrica y una caja de engranajes para adaptar la potencia mecanica recibida a una zona de velocidad rotatoria adecuada para el generador. Ademas, el convertidor de energfa electromecanico puede comprender un dispositivo de conversion electrico para convertir la energfa electrica producida por el generador en una forma adecuada para uso adicional, por ejemplo para ser suministrada a una red de energfa electrica. El dispositivo de conversion electrico puede comprender, por ejemplo, un dispositivo convertidor electronico de potencia y/o un transformador.
A pesar del progreso realizado en los ultimos anos con relacion al analisis y la simulacion, siguen siendo esenciales los experimentos para investigar si un convertidor de energfa electromecanico es capaz de cumplir los requisitos establecidos para el mismo. Un modo sencillo de ensayar convertidores de energfa electromecanicos es incluir el convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo en un bucle de potencia electricamente cerrado, como Walt Musial et al. ilustran en el documento "Wind Turbine Testing in the NREL Dynamometer Test Bed" publicado el 4 de mayo de 2000, en el que un motor de accionamiento electrico acciona el eje de entrada del convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo y el generador del convertidor de energfa electromecanico esta dispuesto para alimentar la potencia de vuelta a una red de energfa electrica.
Los requisitos establecidos para cajas de engranajes de convertidores de energfa electromecanicos son muchas veces diffciles de cumplir. Las cajas de engranajes deberfan ser eficientes, resistentes, suficientemente pequenas, silenciosas y faciles de fabricar. Ademas, las cajas de engranajes deberfan ser eficaces desde el punto de vista economico. Existen muchos tipos de averfas que pueden aparecer cuando se excede la capacidad de soportar carga de una caja de engranajes. Los problemas potenciales son la rotura de los dientes, las picaduras y micropicaduras de corrosion, asf como el desgaste excesivo o, incluso, el desprendimiento de pequenas partfculas. Ademas de la capacidad de soportar carga, existen tambien otros parametros importantes, como el rendimiento y el comportamiento dinamico, que se tienen que investigar experimentalmente. La potencia de ensayo maxima que se necesita para ensayar una caja de engranajes de un convertidor de energfa electromecanico, por ejemplo una gondola de una estacion de energfa eolica, es de manera usual tan alta que excede significativamente la potencia maxima del generador y los dispositivos de conversion electricos del convertidor de energfa electromecanico. Por lo tanto, la disposicion de ensayo anteriormente presentada para ensayar en conjunto el convertidor de energfa electromecanico no es adecuada para ensayar como un componente la caja de engranajes. No serfa razonable economicamente dimensionar el generador y los dispositivos de conversion electricos del convertidor de energfa electromecanico para que fueran capaces de producir la potencia de ensayo requerida por la caja de engranajes de dicho convertidor de energfa electromecanico.
Un modo ventajoso de ensayar cajas de engranajes como componentes es incluir la caja de engranajes bajo ensayo en un bucle de potencia mecanicamente cerrado constituido por la caja de engranajes bajo ensayo, un sistema de engranajes externo y un eje de transmision de potencia. Se usa un motor de accionamiento para hacer girar el sistema. El motor de accionamiento se tiene que valorar solamente segun la perdida de potencia mecanica que se produce en el bucle de potencia mecanicamente cerrado. Por lo tanto, se puede conseguir una potencia de ensayo alta. El principio del bucle de potencia mecanicamente cerrado se ilustra, por ejemplo, en la publicacion US3112643 y por Athanassios Mihailidis et al. en el documento "A New System for Testing Gears Under Variable Torque and Speed" publicado el 1 de noviembre de 2009.
Una disposicion sencilla es proporcionar una plataforma de ensayo con una instalacion de ensayo para ensayar en conjunto convertidores de energfa electromecanicos y con otra instalacion de ensayo en base al bucle de potencia mecanicamente cerrado para ensayar como componentes cajas de engranajes. No obstante, una disposicion de ensayo de la clase descrita anteriormente es cara y ocupa mucho espacio. Por lo tanto, se necesitan instalaciones de ensayo que permitan ensayar cajas de engranajes como componentes y convertidores de energfa electromecanicos en conjunto. La publicacion US2011/0041624 describe una instalacion de ensayo para ensayar una caja de engranajes de turbina eolica, en la que el generador de turbina eolica puede estar acoplado a la caja de engranajes de turbina eolica. La publicacion US2009/0107255 y Hsu Wen-Ko, en el documento "Measurements on a Wind Turbine Condition Monitoring Test Rig" publicado el 1 de septiembre de 2010, describen una instalacion de ensayo para ensayar el equipo de turbinas eolicas que comprende tanto la caja de engranajes como el generador.
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Sumario
Se presenta en lo que sigue un sumario simplificado para proporcionar una comprension basica de algunos aspectos de diversas realizaciones de la invencion. El sumario no es una vision de conjunto amplia de la invencion. Ni esta destinado a identificar elementos clave o crfticos de la invencion ni a delimitar el alcance de la misma. El siguiente sumario presenta meramente algunos conceptos de la invencion en una forma simplificada, como preludio a una descripcion mas detallada de realizaciones a modo de ejemplo de la invencion.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente invencion, se ha previsto una nueva instalacion de ensayo para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico. La instalacion de ensayo segun la invencion comprende:
- un sistema de engranajes que comprende unas interfaces de conexion primera y segunda que pueden rotar, adecuadas para ser conectadas a unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo y una tercera interfaz de conexion que puede rotar, adecuada para ser conectada a un eje del convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo,
- un eje de transmision de potencia que constituye, junto con el sistema de engranajes y la caja de engranajes bajo ensayo, un bucle de potencia mecanicamente cerrado cuando la caja de engranajes bajo ensayo esta conectada a las interfaces de conexion primera y segunda que pueden rotar,
- un equipo de carga para imponer un par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo, y
- al menos un motor de accionamiento para accionar la instalacion de ensayo,
en la que el sistema de engranajes esta dispuesto para proporcionar relaciones de engrane tales que la primera interfaz de conexion que puede rotar esta dispuesta para girar muchas revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
La primera interfaz de conexion que puede rotar de la instalacion de ensayo proporciona una interfaz de velocidad superior-par inferior para el lado a alta velocidad de una caja de engranajes bajo ensayo, la segunda interfaz de conexion que puede rotar proporciona una interfaz de velocidad inferior-par superior para el lado a baja velocidad de una caja de engranajes bajo ensayo y la tercera interfaz de conexion que puede rotar proporciona una interfaz de velocidad inferior-par superior para un convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo. El par maximo de la segunda interfaz de conexion que puede rotar es posible que sea significativamente mayor que el de la tercera interfaz de conexion que puede rotar, puesto que la segunda interfaz de conexion que puede rotar pertenece al bucle de potencia mecanicamente cerrado. Por lo tanto, la instalacion de ensayo anteriormente descrita es adecuada tanto para ensayar como un componente una caja de engranajes como tambien para ensayar en conjunto un convertidor de energfa electromecanico, por ejemplo una gondola de una estacion de energfa eolica.
De acuerdo con el segundo aspecto de la presente invencion, se ha previsto un nuevo metodo para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico con una misma instalacion de ensayo. El metodo segun la invencion comprende:
- conectar unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo a unas interfaces de conexion primera y segunda que pueden rotar de la instalacion de ensayo, constituyendo la instalacion de ensayo, junto con la caja de engranajes bajo ensayo, al menos un bucle de potencia mecanicamente cerrado,
- accionar la instalacion de ensayo a fin de suministrar perdidas de potencia mecanica al bucle de potencia mecanicamente cerrado,
- imponer un par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo,
- conectar un eje del convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo a una tercera interfaz de conexion que puede rotar de la instalacion de ensayo, y
- accionar la instalacion de ensayo a fin de suministrar potencia de ensayo mecanica al convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo,
en el que la primera interfaz de conexion que puede rotar gira muchas revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
Varias realizaciones a modo de ejemplo de la invencion se describen en las reivindicaciones dependientes adjuntas.
Diversas realizaciones a modo de ejemplo de la invencion, como construcciones y como metodos de funcionamiento, junto con objetos y ventajas adicionales de la misma, se comprenderan mejor a partir de la siguiente descripcion de realizaciones a modo de ejemplo especfficas, cuando se lean en relacion con los dibujos que se
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acompanan.
El verbo “comprender” se usa en este documento como una Nmitacion abierta que ni excluye ni requiere la existencia de caracterfsticas sin enumerar. Las caracterfsticas enumeradas en las reivindicaciones dependientes pueden combinarse libremente entre si a menos que se indique explfcitamente de otro modo.
Breve descripcion de las figuras
Las realizaciones a modo de ejemplo de la invencion y sus ventajas se explican con mayor detalle en lo que sigue, en el sentido de ejemplos y con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:
la figura 1 ilustra el principio de una instalacion de ensayo, segun una realizacion de la invencion, para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico,
la figura 2a muestra una vista lateral de una instalacion de ensayo, segun una realizacion de la invencion, para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico, la figura 2b muestra la instalacion de ensayo vista desde arriba y la figura 2c muestra la seccion tomada por la lfnea A-A ilustrada en las figuras 2a y 2b, y
la figura 3 muestra un diagrama de flujo de un metodo, segun una realizacion de la invencion, para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico.
Descripcion de las realizaciones
La figura 1 ilustra el principio de una instalacion de ensayo segun una realizacion de la invencion para ensayar una caja de engranajes 118 y un convertidor de energfa electromecanico 119, por ejemplo una gondola de una estacion de energfa eolica. La instalacion de ensayo comprende un sistema de engranajes 101 y unos ejes de transmision de potencia 104 y 113. El sistema de engranajes comprende unas interfaces de conexion primera y segunda 102 y 103 que pueden rotar, por ejemplo unos platos, adecuadas para ser conectadas a unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes 118 bajo ensayo y una tercera interfaz de conexion 112 que puede rotar, adecuada para ser conectada a un eje del convertidor de energfa electromecanico 119 bajo ensayo. El sistema de engranajes 101 y los ejes de transmision de potencia 104 y 113 constituyen, junto con la caja de engranajes 118 bajo ensayo, dos bucles de potencia mecanicamente cerrados, como se ilustra en la figura 1. La instalacion de ensayo comprende unos motores de accionamiento 108, 109, 110 y 111 para accionar los bucles de potencia mecanicamente cerrados y/o el convertidor de energfa electromecanico 119 bajo ensayo. La instalacion de ensayo comprende un equipo de carga para imponer un par de ensayo a los bucles de potencia mecanicamente cerrados, a fin de imponer el par de ensayo a la caja de engranajes 118 bajo ensayo. Puesto que la caja de engranajes 118 bajo ensayo es una parte de los bucles de potencia mecanicamente cerrados, la suma de los valores normales de potencia de los motores de accionamiento 108-111 puede ser significativamente menor que la potencia de ensayo maxima de la caja de engranajes bajo ensayo. El sistema de engranajes 101 esta dispuesto para proporcionar relaciones de engrane tales que la primera interfaz de conexion 102 que puede rotar esta dispuesta para girar N1 revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion 103 que puede rotar y N2 revoluciones durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion 112 que puede rotar, donde N1 y N2 son mayores que la unidad. N1 y N2 pueden ser, por ejemplo, al menos 20 o al menos 100.
La primera interfaz de conexion 102 que puede rotar de la instalacion de ensayo proporciona una interfaz de velocidad superior-par inferior para el lado a alta velocidad de la caja de engranajes 118 bajo ensayo, la segunda interfaz de conexion 103 que puede rotar proporciona una interfaz de velocidad inferior-par superior para el lado a baja velocidad de una caja de engranajes bajo ensayo y la tercera interfaz de conexion 112 que puede rotar proporciona una interfaz de velocidad inferior-par superior para un convertidor de energfa electromecanico 119 bajo ensayo. El par maximo de la segunda interfaz de conexion 103 que puede rotar es posible que sea significativamente mayor que el de la tercera interfaz de conexion 112 que puede rotar, puesto que la segunda interfaz de conexion que puede rotar pertenece a los bucles de potencia mecanicamente cerrados. Por lo tanto, la instalacion de ensayo anteriormente descrita es adecuada tanto para ensayar como un componente la caja de engranajes 118 como tambien para ensayar en conjunto el convertidor de energfa electromecanico 119, por ejemplo una gondola de una estacion de energfa eolica.
En la instalacion de ensayo ilustrada en la figura 1, hay dos bucles de potencia mecanicamente cerrados en paralelo. Asf, el valor normal de potencia del mecanismo de transmision de potencia de cada bucle de potencia mecanicamente cerrado puede ser significativamente menor que la potencia de ensayo maxima de la caja de engranajes 118 bajo ensayo. En muchas instalaciones practicas, es mas facil, se ahorra mas espacio y es mas eficaz desde el punto de vista economico construir dos mecanismos de transmision de potencia mas pequenos, en vez de un unico mecanismo grande de transmision de potencia. Se deberfa senalar, no obstante, que el numero de los bucles de potencia mecanicamente cerrados podrfa ser tambien uno o mayor que dos.
En la instalacion de ensayo ilustrada en la figura 1, el equipo de carga para imponer el par de ensayo a la caja de engranajes 118 bajo ensayo comprende una etapa de engranajes diferenciales 105 que tiene unos elementos primero y segundo 114 y 115 que pueden rotar, que forman parte de los bucles de potencia mecanicamente cerrados y cuya diferencia mutua de velocidades rotatorias depende de la velocidad rotatoria de un tercer elemento
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116 que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales. La instalacion de ensayo esta adaptada a la relacion de engrane de la caja de engranajes 118 bajo ensayo, permitiendo que el tercer elemento 116 que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales gire a una velocidad tal que la diferencia de velocidades de los elementos primero y segundo 114 y 115 que pueden rotar de la etapa de engranajes diferenciales compense el efecto de las relaciones de engrane de los otros elementos, incluyendo la caja de engranajes bajo ensayo, en los bucles de potencia mecanicamente cerrados. Por consiguiente, la condicion necesaria de que el producto de todas las relaciones de engrane sea la unidad en los bucles de potencia mecanicamente cerrados se cumple con la ayuda de la etapa de engranajes diferenciales. En el caso a modo de ejemplo mostrado en la figura 1, la etapa de engranajes diferenciales es un engranaje planetario. Los elementos primero y segundo 114 y 115 que pueden rotar son, respectivamente, el eje de engranajes centrales del engranaje planetario y la corona dentada del engranaje planetario. En la construccion a modo de ejemplo mostrada en la figura 1, la corona dentada tiene dientes de engrane tambien en su periferia exterior. El tercer elemento 116 que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales 105 es el portasatelites del engranaje planetario. Se debe senalar que el engranaje planetario no es la unica eleccion posible para la etapa de engranajes diferenciales. La etapa de engranajes diferenciales podrfa ser tambien, por ejemplo, un diferencial de engranajes cilfndricos o un engranaje diferencial basado en engranajes conicos.
En la instalacion de ensayo ilustrada en la figura 1, el equipo de carga comprende ademas un dispositivo de control conectado al tercer elemento 116 que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales y dispuesto para controlar el par que actua sobre el tercer elemento que puede rotar, cuando esta girando dicho tercer elemento. Mediante el control del par que actua sobre el tercer elemento 116 que puede rotar es posible controlar el par de ensayo impuesto a la caja de engranajes 118 bajo ensayo. El dispositivo de control comprende una maquina electrica 106 y un dispositivo convertidor electrico 107. El convertidor electrico esta dispuesto para controlar la maquina electrica 106 en base a una diferencia entre el par de dicha maquina electrica y un par de referencia. En una instalacion de ensayo segun una realizacion a modo de ejemplo de la invencion, el dispositivo convertidor electrico 107 esta dispuesto para cambiar el par de referencia en respuesta a una situacion en la que la velocidad rotatoria de la maquina electrica 106 cumple un lfmite superior de velocidad o un lfmite inferior de velocidad. El par de referencia se cambia en la direccion en la que la velocidad rotatoria se devuelve a una ventana de velocidades definida por los lfmites superior e inferior de velocidad.
La maquina electrica 106 puede ser una maquina electrica “AC” de corriente alterna y el dispositivo convertidor electrico 107 puede ser un convertidor de frecuencias que esta conectado a una red 120 de suministro de energfa trifasica. Una maquina electrica AC puede ser, por ejemplo, una maquina de induccion o una maquina sfncrona de imanes permanentes. A fin de conseguir una buena precision de control, el convertidor de frecuencias puede estar dispuesto usando un control de vectores que se basa en controlar no solamente las frecuencias y amplitudes de los voltajes y las corrientes sino tambien las fases instantaneas de los voltajes y las corrientes. Especialmente, si se usa un tacometro, se puede conseguir una precision muy buena de control. La maquina electrica podrfa ser, tambien, una maquina electrica “DC” de corriente continua y el dispositivo convertidor podrfa ser un convertidor de AC a DC, por ejemplo un convertidor de tiristores. En algunas aplicaciones, el dispositivo de control conectado al tercer elemento 116 que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales podrfa ser un freno sencillo, pero un inconveniente intrfnseco de un freno es que puede producir solamente par que actua contra un sentido de rotacion. Una maquina electrica puede producir par en ambos sentidos dependiendo de si la maquina electrica funciona como un motor o como un generador.
En una instalacion de ensayo segun una realizacion de la invencion, los motores de accionamiento 108-111 que estan dispuestos para accionar la instalacion de ensayo son motores electricos que estan suministrados y controlados con un dispositivo convertidor electrico 117 dispuesto para controlar la velocidad rotatoria de los motores electricos en base a una diferencia entre la velocidad rotatoria de dichos motores electricos y una velocidad de referencia. En el caso a modo de ejemplo mostrado en la figura 1, los motores de accionamiento 108-111 son motores electricos de corriente alterna y el dispositivo convertidor electrico 117 es un convertidor de frecuencias. A fin de conseguir una buena precision de control de la velocidad, el dispositivo convertidor 117 puede estar dispuesto usando un control de vectores. Especialmente, si se usa un tacometro, es posible conseguir una precision muy buena de control de la velocidad. Es posible tambien que el motor electrico sea un motor electrico AC que esta conectado directamente a la red 120 de suministro de energfa. En este caso, las velocidades rotatorias de los motores de accionamiento 101-111 estan determinadas por la frecuencia de la red de suministro, pero puede haber fluctuaciones significativas en dichas velocidades rotatorias cuando existen cambios dinamicos en las condiciones de carga instantaneas.
En una instalacion de ensayo segun otra realizacion de la invencion, el equipo de carga comprende un piston accionado hidraulicamente para empujar una rueda oblicuamente dentada en su direccion axial con respecto a su rueda vecina, que tambien esta dentada oblicuamente. Como la rueda y su rueda vecina estan dentadas oblicuamente, un movimiento axial de la rueda con respecto a su rueda vecina causa la rotacion y, asf, impone un par a una caja de engranajes bajo ensayo. Es posible tambien generar el par de ensayo al hacer girar toda la caja de engranajes bajo ensayo, como se ilustra por la flecha 221 en la figura 1. Se puede hacer girar la caja de engranajes bajo ensayo, por ejemplo con la ayuda de un piston accionado hidraulicamente. Este metodo, sin embargo, no es adecuado para una caja de engranajes cuya relacion de engrane sea 1:1. Ademas, si los ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo no estan en la misma lfnea espacial, se necesitan juntas cardan u otros medios adecuados para compensar el movimiento radial de, al menos, uno de los ejes de entrada y salida. Es posible
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tambien tener dos cajas de engranajes en una conexion recfproca entre las interfaces de conexion 102 y 103 que pueden rotar. El par de ensayo se puede imponer a estas dos cajas de engranajes bajo ensayo al hacer girar las cajas de engranajes en sentidos opuestos entre si con, por ejemplo, pistones accionados hidraulicamente.
La figura 2a muestra una vista lateral de una instalacion de ensayo, segun una realizacion de la invencion, para ensayar una caja de engranajes 218 y un convertidor de energfa electromecanico 219. La figura 2b muestra la instalacion de ensayo anteriormente mencionada vista desde arriba y la figura 2c muestra la seccion tomada por la lfnea A-A ilustrada en las figuras 2a y 2b. La instalacion de ensayo comprende un sistema de engranajes 201 y unos ejes de transmision de potencia 204 y 213. El sistema de engranajes comprende unas interfaces de conexion primera y segunda 202 y 203 que pueden rotar, adecuadas para ser conectadas a unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes 218 bajo ensayo y una tercera interfaz de conexion 212 que puede rotar, adecuada para ser conectada a un eje del convertidor de energfa electromecanico 219 bajo ensayo. El sistema de engranajes 201 y los ejes de transmision de potencia 204 y 213 constituyen, junto con la caja de engranajes 218 bajo ensayo, dos bucles de potencia mecanicamente cerrados, como se ilustra en la figura 2b. La instalacion de ensayo comprende unos motores de accionamiento 208, 209, 210 y 211 para accionar los bucles de potencia mecanicamente cerrados y/o el convertidor de energfa electromecanico 219 bajo ensayo. La instalacion de ensayo comprende un equipo de carga para imponer un par de ensayo a los bucles de potencia mecanicamente cerrados, a fin de imponer el par de ensayo a la caja de engranajes 218 bajo ensayo. El sistema de engranajes 201 esta dispuesto para proporcionar relaciones de engrane tales que la primera interfaz de conexion 202 que puede rotar esta dispuesta para girar N1 revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion 203 que puede rotar y N2 revoluciones durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion 112 que puede rotar, donde N1 y N2 son mayores que la unidad. El convertidor de energfa electromecanico 219 bajo ensayo puede ser, por ejemplo, una gondola de una estacion de energfa eolica y la caja de engranajes 218 puede ser una caja de engranajes similar a la de la gondola. Los valores normales de dicha primera interfaz de conexion 202 pueden ser, por ejemplo, 24 MW, 1.080 revoluciones/min y 212 kNm, los valores normales de dicha segunda interfaz de conexion 203 pueden ser, por ejemplo, 24 MW, 9 revoluciones/min y 25.500 kNm, y los valores normales de dicha tercera interfaz de conexion 212 pueden ser, por ejemplo, 12 MW, 9 revoluciones/min y 12.250 kNm. La longitud total L de la zona de ensayo puede ser aproximadamente 60 m. Por consiguiente, es sencillo ver que se pueden conseguir ahorros considerables en la superficie del suelo de una plataforma de ensayo cuando se puede usar la misma instalacion de ensayo tanto para ensayar como un componente una caja de engranajes como para ensayar en conjunto un convertidor de energfa electromecanico.
El equipo de carga comprende una etapa de engranajes diferenciales 205 ilustrada en la seccion A-A de la figura 2c, en la que los dientes de engrane estan representados con lfneas de trazos. La etapa de engranajes diferenciales 205 puede ser similar a la etapa de engranajes diferenciales 105 mostrada en la figura 1. El equipo de carga comprende ademas unas maquinas electricas 206 y 206a que estan conectadas al portasatelites de la etapa de engranajes diferenciales 205. Las maquinas electricas 206 y 206a estan suministradas y controladas con un dispositivo convertidor electrico 207. El otro extremo de la instalacion de ensayo puede comprender tambien una etapa de engranajes diferenciales que se usa para generar el par de ensayo y/o para adaptar las relaciones de engrane y que esta controlada con unas maquinas electricas 206b y 206c.
En principio, es posible ensayar tanto la caja de engranajes 218 como el convertidor de energfa electromecanico 219 simultaneamente puesto que, debido a los bucles de potencia mecanicamente cerrados, la mayor parte de la potencia mecanica de los motores de accionamiento 208-211 se puede dirigir al convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo, incluso si la caja de engranajes tambien esta bajo ensayo. No obstante, en muchos casos practicos, la caja de engranajes a ensayar es la caja de engranajes del convertidor de energfa electromecanico a ensayar. En estos casos, no es posible naturalmente el ensayo simultaneo de la caja de engranajes y el convertidor de energfa electromecanico.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un metodo, segun una realizacion de la invencion, para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico con una misma instalacion de ensayo. El metodo comprende:
- accion 301: conectar unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo a unas interfaces de conexion primera y segunda que pueden rotar de la instalacion de ensayo, constituyendo la instalacion de ensayo, junto con la caja de engranajes bajo ensayo, al menos un bucle de potencia mecanicamente cerrado,
- accion 302: accionar la instalacion de ensayo a fin de suministrar perdidas de potencia mecanica al bucle de potencia mecanicamente cerrado,
- accion 303: imponer un par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo,
- accion 304: conectar un eje del convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo a una tercera interfaz de conexion que puede rotar de la instalacion de ensayo, y
- accion 305: accionar la instalacion de ensayo a fin de suministrar potencia de ensayo mecanica al convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo,
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en el que la primera interfaz de conexion que puede rotar gira muchas revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
Las acciones 302, 303 y 305 tienen lugar simultaneamente si la caja de engranajes y el convertidor de energfa electromecanico se ensayan simultaneamente.
Un metodo, segun una realizacion de la invencion, comprende ademas adaptar la relacion de engrane de la instalacion de ensayo a fin de que se corresponda con la relacion de engrane de la caja de engranajes bajo ensayo, con la ayuda de una etapa de engranajes diferenciales que tiene unos elementos primero y segundo que pueden rotar, que forman parte del bucle de potencia mecanicamente cerrado y cuya diferencia mutua de velocidades rotatorias depende de la velocidad rotatoria de un tercer elemento que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales. En el metodo segun esta realizacion de la invencion, el par de ensayo se impone a la caja de engranajes bajo ensayo controlando el par que actua sobre el tercer elemento que puede rotar, cuando esta girando dicho tercer elemento.
En un metodo segun una realizacion de la invencion, el par que actua sobre el tercer elemento que puede rotar se controla con un sistema que comprende:
- una maquina electrica, y
- un dispositivo convertidor electrico que controla la maquina electrica en base a una diferencia entre el par de dicha maquina electrica y un par de referencia.
La etapa de engranajes diferenciales puede ser, por ejemplo, un engranaje planetario de manera que el eje de engranajes centrales y una corona dentada del engranaje planetario son los elementos primero y segundo que pueden rotar, respectivamente, y un portasatelites del engranaje planetario es el tercer elemento que puede rotar. La maquina electrica puede ser una maquina electrica de corriente alterna y el dispositivo convertidor electrico puede ser un convertidor de frecuencias.
En un metodo segun una realizacion de la invencion, el par de referencia se cambia en respuesta a una situacion en la que la velocidad rotatoria de la maquina electrica cumple un lfmite superior de velocidad o un lfmite inferior de velocidad. El par de referencia se cambia en la direccion en la que la velocidad rotatoria se devuelve a una ventana de velocidades definida por los lfmites superior e inferior de velocidad.
En un metodo segun una realizacion de la invencion, la instalacion de ensayo se acciona con uno o mas motores electricos y la velocidad rotatoria de los motores electricos se controla en base a una diferencia entre la velocidad rotatoria de dichos motores electricos y una velocidad de referencia. Los motores electricos pueden ser motores electricos de corriente alterna que estan suministrados y controlados con un convertidor de frecuencias.
Los ejemplos especfficos previstos en la descripcion proporcionada anteriormente no se deben interpretar como limitativos. Por lo tanto, la invencion no esta meramente limitada a las realizaciones descritas anteriormente.

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    1. Una instalacion de ensayo para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico, comprendiendo la instalacion de ensayo:
    - un sistema de engranajes (101, 201) que comprende unas interfaces de conexion primera y segunda (102, 103, 202, 203) que pueden rotar, adecuadas para ser conectadas a unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo,
    - un eje de transmision de potencia (104, 204) que constituye, junto con el sistema de engranajes y la caja de engranajes bajo ensayo, un bucle de potencia mecanicamente cerrado cuando la caja de engranajes bajo ensayo esta conectada a las interfaces de conexion primera y segunda que pueden rotar,
    - un equipo de carga (105-107, 205-207) para imponer un par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo, y
    - al menos un motor de accionamiento (108-111, 208-211) para accionar la instalacion de ensayo,
    caracterizada por que el sistema de engranajes comprende ademas una tercera interfaz de conexion (112, 212) que puede rotar, adecuada para ser conectada a un eje del convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo, y el sistema de engranajes esta dispuesto para proporcionar relaciones de engrane tales que la primera interfaz de conexion que puede rotar esta dispuesta para girar muchas revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
  2. 2. Una instalacion de ensayo segun la reivindicacion 1, en la que la primera interfaz de conexion que puede rotar esta dispuesta para girar, al menos, 20 revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
  3. 3. Una instalacion de ensayo segun la reivindicacion 1, en la que la primera interfaz de conexion que puede rotar esta dispuesta para girar, al menos, 100 revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
  4. 4. Una instalacion de ensayo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que la instalacion de ensayo comprende, al menos, otro eje de transmision de potencia (113, 213) que constituye, junto con el sistema de engranajes y la caja de engranajes bajo ensayo, al menos otro bucle de potencia mecanicamente cerrado.
  5. 5. Una instalacion de ensayo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que el equipo de carga comprende:
    - una etapa de engranajes diferenciales (105, 205) para adaptar la relacion de engrane de la instalacion de ensayo a fin de que se corresponda con la relacion de engrane de la caja de engranajes bajo ensayo, comprendiendo la etapa de engranajes diferenciales unos elementos primero y segundo (114, 115) que pueden rotar, que forman parte del bucle de potencia mecanicamente cerrado y cuya diferencia mutua de velocidades rotatorias depende de la velocidad rotatoria de un tercer elemento (116) que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales, y
    - un dispositivo de control (106, 107, 206, 207) conectado al tercer elemento que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales y dispuesto para controlar el par que actua sobre el tercer elemento que puede rotar, cuando esta girando dicho tercer elemento, a fin de imponer el par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo.
  6. 6. Una instalacion de ensayo segun la reivindicacion 5, en la que la etapa de engranajes diferenciales (105, 205) es un engranaje planetario, siendo un eje de engranajes centrales y una corona dentada del engranaje planetario los elementos primero y segundo que pueden rotar y siendo un portasatelites del engranaje planetario el tercer elemento que puede rotar.
  7. 7. Una instalacion de ensayo segun la reivindicacion 5, en la que el dispositivo de control comprende una maquina electrica (106, 206) y un dispositivo convertidor electrico (107, 207) dispuesto para controlar la maquina electrica en base a una diferencia entre el par de dicha maquina electrica y un par de referencia.
  8. 8. Una instalacion de ensayo segun la reivindicacion 7, en la que el dispositivo convertidor electrico esta dispuesto para cambiar el par de referencia en respuesta a una situacion en la que la velocidad rotatoria de la maquina electrica cumple un lfmite superior de velocidad o un lfmite inferior de velocidad, cambiandose el par de referencia en una direccion en la que la velocidad rotatoria se devuelve a una ventana de velocidades definida por los lfmites superior e inferior de velocidad.
  9. 9. Una instalacion de ensayo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en la que el motor de accionamiento (108-111) es un motor electrico y la instalacion de ensayo comprende otro dispositivo convertidor electrico (117) dispuesto para controlar la velocidad rotatoria del motor electrico en base a una diferencia entre la velocidad rotatoria
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    del motor electrico y una velocidad de referencia.
  10. 10. Una instalacion de ensayo segun cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en la que la maquina electrica es una maquina electrica de corriente alterna y el dispositivo convertidor electrico es un convertidor de frecuencias.
  11. 11. Un metodo para ensayar una caja de engranajes y un convertidor de energfa electromecanico con una misma instalacion de ensayo, comprendiendo el metodo:
    - conectar (301) unos ejes de entrada y salida de la caja de engranajes bajo ensayo a unas interfaces de conexion primera y segunda que pueden rotar de la instalacion de ensayo, constituyendo la instalacion de ensayo, junto con la caja de engranajes bajo ensayo, al menos un bucle de potencia mecanicamente cerrado,
    - accionar (302) la instalacion de ensayo a fin de suministrar perdidas de potencia mecanica al bucle de potencia mecanicamente cerrado, e
    - imponer (303) un par de ensayo a la caja de engranajes bajo ensayo, caracterizado por que el metodo comprende ademas:
    - conectar (304) un eje del convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo a una tercera interfaz de conexion que puede rotar de la instalacion de ensayo, y
    - accionar (305) la instalacion de ensayo a fin de suministrar potencia de ensayo mecanica al convertidor de energfa electromecanico bajo ensayo,
    en la que la primera interfaz de conexion que puede rotar gira muchas revoluciones durante una unica revolucion de la segunda interfaz de conexion que puede rotar y durante una unica revolucion de la tercera interfaz de conexion que puede rotar.
  12. 12. Un metodo segun la reivindicacion 11, en el que el metodo comprende ademas adaptar la relacion de engrane de la instalacion de ensayo a fin de que se corresponda con la relacion de engrane de la caja de engranajes bajo ensayo, con la ayuda de una etapa de engranajes diferenciales que tiene unos elementos primero y segundo que pueden rotar, que forman parte del bucle de potencia mecanicamente cerrado y cuya diferencia mutua de velocidades rotatorias depende de la velocidad rotatoria de un tercer elemento que puede rotar de la etapa de engranajes diferenciales, y en el que el par de ensayo se impone a la caja de engranajes bajo ensayo controlando el par que actua sobre el tercer elemento que puede rotar, cuando esta girando dicho tercer elemento.
  13. 13. Un metodo segun la reivindicacion 12, en el que la etapa de engranajes diferenciales es un engranaje planetario, siendo un eje de engranajes centrales y una corona dentada del engranaje planetario los elementos primero y segundo que pueden rotar y siendo un portasatelites del engranaje planetario el tercer elemento que puede rotar.
  14. 14. Un metodo segun la reivindicacion 12, en el que el par que actua sobre el tercer elemento que puede rotar se controla con un sistema que comprende una maquina electrica y un dispositivo convertidor electrico que controla la maquina electrica en base a una diferencia entre el par de dicha maquina electrica y un par de referencia.
  15. 15. Un metodo segun la reivindicacion 14, en el que el par de referencia se cambia en respuesta a una situacion en la que la velocidad rotatoria de la maquina electrica cumple un lfmite superior de velocidad o un lfmite inferior de velocidad, cambiandose el par de referencia en una direccion en la que la velocidad rotatoria se devuelve a una ventana de velocidades definida por los lfmites superior e inferior de velocidad.
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