KR20110084205A

KR20110084205A - 풍력 발전소

Info

Publication number: KR20110084205A
Application number: KR1020117009916A
Authority: KR
Inventors: 제랄드 헤헨베르거
Original assignee: 제랄드 헤헨베르거
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-07-21
Also published as: AT507395A2; AU2009301621A1; BRPI0920325A2; CA2740076A1; WO2010040165A3; CN102177365A; EP2347126A2; US20110234179A1; WO2010040165A2; AT507395A3

Abstract

발전소 특히 풍력 발전소를 위한 차동 기어는, 세 개의 드라이브 및 세 개의 동력인출수단(power take-offs)을 가진다. 이에 따라 제 1 드라이브는 발전소의 드라이브 샤프트에 연결되고, 동력인출수단(power take-offs)은 발전기(8)에 연결되고 제 2 드라이브는 차동 드라이브(6)와 같은 전기기계에 연결된다. 상기 차동 드라이브에 연결되는 제 1 드라이브는 기본 속도로 회전한다. 제 1 드라이브의 속도 범위는 기본속도의 -/+ 6.0% 및 대부분 -/+ 20.0%이고, 한편, 차동 드라이브(6)와 같은 전기기계는 공칭 속도로 작동한다.

Description

풍력 발전소{WIND POWER STATION}

본 발명은 에너지 생산 발전소를 위한 차동 기어에 관한 것으로 특히, 풍력 발전소에서 사용되는 차동기어 및 상기 차동 기어를 작동하는 방법에 관한 것이다.

풍력 발전소는 전기 생산 분야에서 중요성이 증가하고 있다. 결과적으로, 바람에 의해 생상되는 전력의 퍼센트 비율이 꾸준히 증가하고 있다. 차례로, 이것은 전력 품질에 대한 새로운 표준과, 다른 한편으로는, 여전히 큰 풍력 발전소를 향한 경향을 나타내고 있다. 동시에, 연안 풍력 발전소에 대한 경향이 최소한 5MW의 설치 출력을 요한다는 것을 알 수 있다. 여기서, 효율성과 발전의 이용가능성이 매우 특별한 중요성을 가지는데, 이는 연안 지역에서 풍력발전의 인프라와 유지보수에 대한 높은 비용 때문이다.

모든 발전소의 공통된 특성은 한편으로 분분적 부하 범위의 공기역학적 효율성을 높히고 다른 한편으로는 풍력 발전소의 드라이브 섹션의 토크를 조절하는 가변 로터 속도의 필요성이다. 대부분의 경우, 현재 사용되는 풍력 발전소는 이른바 이중 공급 삼상 교류기 또는 주파수 변환기를 가진 동기 발전기 형태의 속도 가변 발전기 수단을 사용하는 요건을 충족한다.

상기 수단은 그러나, (a) 그리드 장애의 경우 풍력 발전소의 전기적 특성이 전기 공급 회사의 요건에만 만족하고, (b) 상기 풍력 발전소는 변압기 스테이션에 의해서만 평균 전압 그리드에 연결될 수 있으며, (c) 변속에 필요한 주파수 변환기가 매우 강력하므로 효율성 손실의 원천이 된다는 단점이 있다.

이러한 문제점은 분리 여기된 평균 전압 동기 발전기의 사용으로 해결될 수 있다. 이와 관련하여, 그러나, 대체 수단이 풍력 발전소의 구동 트레인의 가변 로터 속도 또는 토크 조절을 위한 요건을 충족해야 한다. 한 옵션은 일정한 발전기 속도로 전송 비율을 변경하여 풍력 발전소 로터의 가변 속도를 허용하는 차동 기어를 사용하는 것이다.

WO2004/109157 A1은 개별 통로사이의 전환을 가능하게 하는 몇 개의 평행한 차동 단계와 전환가능한 커플링을 가지는 복잡한 유체정역학적 다중통로개념을 보여주고 있다. 표시된 기술적 수단으로 출력 및 이에 따른 유체정역학적 손실이 감소될 수 있다.

그러나, 중요한 단점은, 전체적인 기기의 복잡한 설계이다. 또한, 각 단계 사이의 전환이 풍력 발전소의 조절 문제를 나타낸다. 또한, 상기 공개문헌은 발전기 샤프트에 직접 작용하는 기계적 브레이크를 보여주고 있다.

WO2006/010190 A1은 다단계 차동 기어를 가지는 단순한 전기적 설계를 보여주고 있는데, 차동 드라이브로 비동기 발전기를 제공한다. 1,500 RPM의 차동 드라이브의 정격 속도는 모터 동시 1/3-2000RPM으로 확장되며, 이는 약 33%의 약계자 범위(field weakening range)를 의미한다.

EP1283359 A1은 1 단계와 전기 차동 드라이브를 가진 다단계 차동 기어를 보여준다. 이에따라 1단계 버전은 입력 샤프트 주위에 동축으로 위치하고 로터 샤프트에 대해 과도한 고질량 관성 모멘트를 설계 기능으로 가지는 높은 공칭 속도를 가진 특수한 삼상 교류기를 가진다. 선택적으로, 고속 표준 삼상 교류기를 가진 다단계 차동 기어는 차동 기어의 입력 샤프트에 평행하게 기울어진다.

공지된 실시예들의 단점은 한편으로, 차동 드라이브에서의 고손실이고, 다른 한편으로, 상기 문제점을 해결하기 위한 설계에서, 복잡한 역학적 또는 특수한 전기-기계 기술에 따른 높은 비용이 든다는 점이다. 또한, 유체정역학적 수단에서, 사용되는 펌프의 수명이 문제가 되거나 극단적인 환경 조건을 준수하기 위한 높은 비용이 문제가 된다. 일반적으로, 선택된 정격 속도 범위는 과도한 하중을 보상하기에 너무 작거나 풍력 발전소의 최적 에너지 출력을 위한 너무 크다는 것이 결정될 수 있다. 또한, 차동 드라이브의 공지된 전기 수단에서, 차동드라이브가 공칭 속도 범위와 약계자 범위(field weakening range)사이의 바람직하지 않은 분포를 제공하고, 예를들어 로터에 대한 차동 드라이브의 관성 질량 모멘트(Jred) 와 같은 조절-관련 기준이 적절히 고려되지 않는다.

본 발명의 목적은 상술한 단점을 가능한 한 많이 피하고, 차동 기어를 이용가능하게 하여, 낮은 비용과 더불어 풍력발전소의 최대 에너지 출력 및 최적의 조절을 보장하는 것이다. 상기 목적은 청구항 1항의 특징을 가진 차동기어로 달성된다. 또한 상기 목적은 청구항 13항의 특징을 가진 에너지 생산 발전소로 달성된다. 마지막으로, 상기 목적은 또한 청구항 15항 및 16항의 특징을 가진 방법으로 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 다른 종속항의 주제이다.

지정된 범위의 속도 제한 때문에, 높은 공기 역학적 효율성과 효율의 손실 사이의 최적의 평형은 특히 풍력 발전소와 같은 에너지 생산 발전소에서 조절 관련 경계 조건을 동시에 고려하여, 차동 드라이브에 의해 달성된다.

하기에는, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명된다.

종래 기술에 따른 5MW 풍력 발전소를 위한 도 1은 출력 곡선, 로터 속도 및 팁 속도 비율과 출력 요소와 같은 결과 특성 값을 도시한다.

도 2는 종래기술에 따른 전기 차동 드라이브를 가진 차동 기어의 원리를 도시한다.

도 3은 종래기술에 따른 펌프 / 모터 조합을 가진 유체정역학적 차동 드라이브의 원리를 도시한다.

도 4는 차동 단계의 입력 샤프트에 동축으로 경사진 종래기술에 따른 특수 삼상 교류기의 원리를 도시한다.

도 5는 결과적으로 차동 드라이브를 위한 최대 입력 토크 Mmax를 나타내는 풍력 발전소의 로터 속도 비율을 도시한다.

도 6은 예시적으로 풍속 이상의 전기 차동 드라이브의 속도 및 출력 비율을 도시한다.

도 7은 1단계 차동 기어를 위해, 공칭 속도 범위의 함수로, 최대 토크 및 크기 요소 y/x를 도시한다.

도 8은 1단 계의 차동기어 선택적으로 2단계의 차동기어를 가진 차동기어를 위한 전송 비율 및 토크 그리고 Jred에 영향을 도시한다.

도 9는 차동 드라이브의 관성의 질량 모멘트 J값이 최소 로터 속도의 경우, Jred 를 계산하기위해 곱해질 수 있는 차동기어의 1 단계 또는 2단계 곱셈요소 f(J)를 도시한다.

도 10은 1 단계 또는 2 단계 차동 기어를 위해, 전기 차동 드라이브를 가진 로터에서 속도-속도 점프 측면에서 보상하기위해 필요한 토크를 도시한다.

도 11은 차동 드라이브를 위해 요구된 토크와 비교한 약계자 범위를 포함하는 전기 차동 드라이브 (PM 동기 모터)의 속도/ 토크 특성을 도시한다.

도 12는 전기 차동 드라이브의 약계자 범위의 함수로, 차동 드라이브의 최대 입력 토크와 크기 요소 y/x 를 도시한다.

도 13은 약계자 범위의 함수로 총 에너지 출력의 차이를 도시한다.

도 14는 약계자 범위의 80%를 가진 전기 차동 드라이브에 대한 다른 연평균 풍속에서 다양한 공칭 속도 범위에 대한 총 에너지 출력의 차이를 도시한다.

도 15는 유압식 차동 드라이브에 대한 다른 연평균 풍속에서 다양한 공칭 속도 범위에 대한 총 에너지 출력의 차이를 도시한다.

도 16은 1 단계 차동 기어를 위한 다양한 공칭 속도 범위에서 전기 차동 드라이브에 대한 발전 비용을 도시한다.

도 17은 2 단계 차동 기어를 위한 다양한 공칭 속도 범위에서 전기 차동 드라이브에 대한 발전 비용을 도시한다.

도 18은 사이에 연결된 전기 저항을 가진 짧은 회로의 삼상 교류기를 도시한다.

도 19는 메인 기어 박스에 통합된 1 단계 차동 기어를 가진 수단을 도시한다.

도 20은 동기 발전기에 통합된 1 단계 차동 기어를 가진 수단을 도시한다.

도 21은 동축 연결 또는 중공 휠과 차동 드라이브를 가진 1 단계 차동 기어를위한 선택적인 수단을 도시한다.

본 발명은 상술한 단점을 가능한 한 많이 피하고, 차동 기어를 이용가능하게 하여, 낮은 비용과 더불어 풍력발전소의 최대 에너지 출력 및 최적의 조절을 보장한다.

풍력 발전소의 로터 출력이 공식으로부터 계산된다.

로터 출력 = 로터 표면 영역 * 출력 요소 * 공기 밀도 / 2 * 풍속3

이에따라 출력 요소는 풍력 발전소의 로터 팁 속도 비율(블레이드 팁속도의 풍속에 대한 비율)을 기반으로 한다. 풍력 발전소의 로터는 전개(development) 중 결정되는 팁 속도 비율의 함수로 최적 출력 요소(대부분의 경우 7과 9 사이의 값)를 위해 설계된다. 이러한 이유로, 부분 부하 범위로 풍력 발전소가 작업하는 동안, 최적의 공기 역학적 효율을 보장하기 위해 이에 따른 낮은 속도로 설정되야 한다.

도 1은 로터 출력 비율, 로터 속도, 팁 속도 및 특정된 로터의 최대 속도 범위를 위한 출력 요소 또는 8.0-8.5의 최적 팁 속도 비율을 도시한다. 팁 속도 비율이 8.0-8.5의 최적 값을 벗어나자 마자 출력 요소 강하, 및 로터의 공기역학적 특성에 해당하는 로터 출력이 상술한 공식에 따라 감소되는 것이 상기 다이어그램으로부터 보여질 수 있다.

도 2는 다른 단계 3 또는 11-13, 적응 감소 단계 및 차동 드라이브(6)으로 구성되는 풍력 발전소를 위한 차동 시스템의 가능한 원리를 도시한다.

메인 기어 박스(2)를 위해 구동 샤프트에 있는 풍력발전소의 로터는 메인 기어박스(2)를 구동한다. 메인 기어박스(2)는 두 유성 단계와 스퍼 휠 단계를 가지는 3 단계 기어박스이다. 메인 기어박스(2)와 발전기(8)사이에는 차동단계(3)의 유상 캐리어(12)를 통해 메인 기어박스(2)로 구동되는 차동단계(3)가 있다.

발전기(8) - 바람직하게는 분리되어 여기된 동기 발전기가 20kV이상의 공칭 전압을 필수적으로 역시 가질수 있으며, 차동 단계(3)의 중공 휠(13)에 연결되고 구동된다. 차동단계(3)의 피니언 기어(11)는 차동 드라이브(6)에 연결된다.

차동 드라이브(6)의 속도는 다음과 같이 조절된다.: 한편으로 로터(1)의 속도가 변할 수 있는 경우, 발전기(8)의 일정한 속도를 보장하고, 다른 한편으로, 풍력 발전소의 완전한 구동 트레인에서 토크를 조절한다.

도시된 경우에서, 차동 드라이브(6)의 입력 속도를 증가하기 위해, 2 단계 차동 기어가 선택되어 차동 단계(3)와 차동 드라이브(6)사이에서 전방 휠 단계 형태로 적응 감소 단계(4)를 제공한다. 따라서 차동 단계(3)와 적응 감소 단계(4)는 2 단계 차동 기어를 형성한다.

차동 드라이브는 주파수 변환기(7)와 변압기(5)를 통해 그리드에 연결되는 삼상 교류기이다. 선택적으로, 도 3에 도시된 차동 드라이브는 역시 예를들어 유체정역학적 펌프/모터 조합(9)으로 설계될 수 있다. 상기 경우, 제 2 펌프는 발전기(8)의 구동 샤프트에 적응 감소 단계(10)를 통해 연결되는 것이 바람직하다.

도 4는 종래 기술에 따른 차동 기어의 또 다른 가능한 실시예를 도시한다. 여기서, 유성 캐리어(12)는 이미 표시된 방식으로 메인 기어 박스(2)에서 구동되고, 발전기(8)는 중공 휠(13)에 연결되며, 피니언 기어는 전기 차동 드라이브(6)에 연결된다. 상기 변형 실시예는 1 단계 수단을 나타낸다. 이에따라 여기에서는 설계상의 이유로, 특정 삼상 교류기가 표준 삼상 교류기에 비해 훨씬 더 비싼 비용으로 사용되며, 또한 매우 높은 관성 질량 모멘트를 가진다. 이것은 차동 드라이브(6)의 로터(1)에 대한 관성의 질량 모멘트에 관해 제어 공학의 관점에서 특히 부정적인 영향을 미친다.

차동 기어에 대한 속도 방정식:

속도Generator = x * 속도Rotor + y * 속도 차동 드라이브

이에따라, 발전기 속도는 일정하고, 요소 x와 y는 메인 기어박스와 차동 기어의 선택된 기어 비율에서 비롯될 수 있다. 로터의 토크는 가능한 바람 공급과 로터의 공기 역학적 효율에 의해 결정된다. 로터 샤프트의 토크와 차동 드라이브의 토크사이의 비율은 구동 트레인의 토크가 차동 드라이브에 의해 조절될 수 있음에 따라 일정하다.

차동 드라이브의 토크 방정식 :

토크 차동 드라이브 = 토크 로터 * y/x,

이에따라 크기 요소 y/x는 차동 드라이브의 요구된 설계 토크의 측정이다.

차동 드라이브의 출력은 본질적으로 로터 출력은 기본적인 속도 시간에서 로터 속도의 비율 편차로 구성되는 제품에 비례한다. 따라서, 원칙적으로 큰 속도 범위는 상응하는 차동 드라이브의 큰 크기를 필요로 한다.

도 5는 다양한 속도 범위에 대한 예시를 도시한다. 로터의 -/+ 공칭 속도 범위는 차동 드라이브의 공칭 속도(-...모터 및 +....발전기)의 약계자없이 달성될 수 있는 로터의 기본 속도에서 그 비율 속도 편차를 정의한다. 전기 삼상 교류기의 경우, 차동 드라이브의 공칭 속도 (n)은 공칭 토크(Mn) 또는 공칭 출력(Pn)을 영구적으로 발생시킬 수 있는 최대 속도를 정의한다.

예를들어 유압 왕복 피스톤 펌프와 같은 유체정역학적 드라이브의 경우, 차동 드라이브의 공칭 속도는 최대 토크(Tmax)로 최대 연속 출력 (Po max)를 생성할 수 있는 속도이다. 이 경우, 공칭 압력 (pN)과 공칭 크기(NG) 및 펌프의 변위 부피(Vg max)는sms 최대 토크 (Tmax)를 결정한다.

공칭 출력 범위에서, 풍력 발전소의 로터는 상기예에서 80 %의 약계자 범위로 달성가능한 nrated과 nmin 사이의 부분 부하 범위에서, 제한 nmax와 nmin-maxP사이의 평균속도 nrated로 회전한다.

부하 감소없이 달성될 수 nmax와 nmin-maxP사이의 조절 속도 범위는 돌풍을 보상할 수 있도록 상응하는 크기로 선택된다. 상기 속도 범위의 크기는 바람의 몰아침이나 풍력 발전소의 로터 관성 및 이른바 피치 시스템 (로터 블레이드 조정 시스템)의 동력(dynamics)에 따라 일반적으로 약-/+ 5%이다. 도시된 예시에서, -/+ 6%의 속도 조절 범위는 차등 드라이브를 사용하는 극단적인 돌풍을 보상하도록 해당 보유부분을 가지도록 선택된다. 약 -/+ 7%에서 -/+ 8% 의 속도 조절범위를 위한 매우 느린 피치 시스템을 가지는 풍력 발전소도 역시 설계될 수 있다.

상기 속도 조절범위에서, 풍력 발전소는 상기 경우의 차동 드라이브가 최대 토크로 로드되는 것을 의미하는 공칭 출력을 생성해야한다. 이것은 오직 상기 범위에서만 차동 드라이브가 공칭 토크를 달성할 수 있기 때문에, 로터의 -/+ 공칭 속도 범위가 똑같이 커야한다는 것을 의미한다.

차동 단계를 가지는 전기 및 유체정역학적 차동 드라이브의 경우, 즉 차동 드라이브가 0과 같은 속도를 가지는 로터 속도가 기본 속도를 지정된다. 이제 작은 로터 속도 범위의 경우, 기본 속도가 nmin-maxP를 초과하기 때문에, 차동 드라이브가 0과 같은 속도에서 공칭 토크를 생성할 수 있어야한다. 전기 또는 유압일 수 있는 차동 드라이브는 오직 한 토크만을 생성하나, 0과 같은 속도에서는 공칭속도보다 확실히 적다; 그러나 이것은 설계상의 상응하는 큰 크기로 보상될 수 있다.

그러나, 최대 설계 토크가 다른 드라이브를 위한 크기 요소이기 때문에 이와 같은 이유로, 더 작은 속도 범위가 차동 드라이브의 크기에 제한적인 양성 효과만을 가진다.

하나 이상의 차동 단계를 가진 드라이브 설계의 경우, 또는 유체정역학적 차동 드라이브를 가진 경우, -/+ 공칭 속도 범위는 공식에서 대체하여 계산될 수 있다.

-/+ 공칭 속도 범위 = -/+ (nmax - nmin) / (nmax + nmin)

기본 속도에 대해 = (nmax + nmin) * 0.5

이 경우에는 차동 드라이브의 공칭 속도가 nmax와 각각의 nmin에서 그 속도로 교체하여 대신 결정된다.

도 6에서, 예를 들어, 속도 또는 출력 비율이 차동 단계에 제공됩니다. 발전기, 바람직하게는별도로 여기된 평균 전압 동기 발전기의 속도는, 일정한 주파수 그리드에 연결을 통해 일정하다. 해당된 차동 드라이브를 잘 사용 하기 위해서는, 상기 드라이브가 기본 속도의 낮은 범위에서 모터 모드로 작동되고 높은 범위에서는 발전기 모드로 작동되어야 한다. 이것은 차동 단계에서의 출력이 모터 범위에 주입되고, 차등 단계에서의 출력은 발전기 범위에서 제거된다는 것을 의미한다. 전기 차동 드라이브의 경우, 상기 출력은 그리드에서 제거되거나 그리드로 긍급되는 것이 바람직하다. 유압식 차동 드라이브의 경우, 출력은 발전기 샤프트에서 제거되거나 발전기 샤프트로 공급되는 것이 바람직하다. 발전기 출력과 차동 드라이브 출력의 합은 전기 차동 드라이브를 위해 그리드로 방출되는 전제 출력을 생성한다.

차동 입력의 토크에 더하여 차동 드라이브에 대한 입력 토크는 또한 본질적으로 차동 기어의 전송 비율에 좌우된다.

유성단계의 최적 전송 비율이 약 6의 이른바 고정 기어 비율에 있다는 것이 분석되면, 1 단계 차동 기어를 가진 차동 드라이브의 토크는 속도 범위 단계에 비례하여 작지않다. 기술적으로, 더 큰 고정 기어 비율이 생성될 수 있으나, 이는 문제점을 최대로 감소시키지만 제거하지는 못한다.

1 단계 차동 기어를 위한 도 7은 로터의 공칭 속도 범위의 함수로 최대 토크 및 크기 요소 y/x (디스플레이를 위해 -5,000을 곱함)를 도시한다. 약 -/+ 14%에서 -/+17%까지의 공칭 속도 범위에서, 가장 작은 크기 요소와 이에 따른 역시 가장 작은 최대 토크 (Mmax)가 차동 드라이브를 위해 생성된다.

1 단계 차동 기어를 위해, 더 작아진 공칭 속도 범위의 경우, 차동 드라이브에 대한 설계 토크가 증가되는 레이아웃이 도시된다. 상기 문제를 해결하기 위해, 예를 들어, 2 단계 차동 기어가 사용될 수 있다. 이것은 예를들어 차동 단계 3과 차동 드라이브 6 또는 9 사이에서 적응 감소 단계 4를 실행함으로써 달성될 수 있다. 따라서 본질적으로, 비용을 결정하는 차동 단계에 위한 입력 토크는 그럼에도 불구하고 줄일 수 없다.

도 8은 1 단계에 대한 차동 드라이브의 토크의 병렬 배치 및 2 단계 차동 기어 및 요소(Jred)를 도시하며, 이는 로터 샤프트에 대한 양 변수의 관성(Jred)의 질량 모멘트의 비율이다.

차동 기어의 전송비율의 자유로운 선택으로-약 1500 rpm의 차동 드라이브의 공칭속도를 위해 도시된 경우-차동 드라이브의 요구된 토크가 더 작아진 속도 범위와 함께 상응하여 더 작아지는 것이 도 8에 명확하게 도시될 수 있다.

약 -/+ 16.5%의 공칭 속도 범위 이상에서, 상기 실시예에서 추정된 1 단계 차동기어의 정지 기어비가 부가적인 적응 감소 단계없이 1500rpm 의 차동 드라이브의 공칭속도에 의해 달성될 수 있다. 그러나 다단계 차동 기어의 단점은 다소 높은 기어 손실 및 높은 기어 비용이다.

또한, 비록 차동 드라이브의 관성 질량 모멘트가더 작아지는 공칭 토크와 함게 역시 더 작아 지지만, 더 폰은 기어 변속비는 풍력 발전소의 로터 샤프트에 대한 차동 드라이브의 더 높은 관성 질량비(Jred)를 생성한다.

그러나, 풍력 발전소의 제어능력이 상기 Jred에 크게 의존하기 때문에, 풍력 발전소의 로터의 관성 질량 모멘트에 비해 낮을수록, 차동 드라이브의 조절 동력이 좋아진다.

약 2.6배의 풍력 발전소 로터의 낮은 속도 범위로 보여지는 경우, 1 단계 차동 기어에 대한 2 단계 차동 기어를 위한 Jred값은

(a) 상응하는 더 큰 크기의 차동 드라이브를 요구하고,

(b) 상응하는 보상측정이 이루어지는 경우 더 좋지않은 조절 특성으로 인해 풍력 발전소에 더 높은 부하가 걸려 전력품질이 더 낮아지는 단점이 있다.

따라서, 역시 더 높은 기어 비용과 더 높은 손실로 인해 1 단계 차동 기어는 기술적으로 가능한 대체수단만을 조건적으로 나타내고, 다단계 수단에 대해 낮은 공칭 속도 범위만을 가지게 된다. 역시 속도 범위를 선택하는 동안 일반적으로 동일하게 Jred를 적용한다. 최소 로터 속도와 함께, 도 9는 최저 로터 속도(nmin)에서 로터 샤프트에 대해 차동 드라이브의 Jred를 계산하도록 차동 드라이브의 관성 질량 모멘트 값이 곱해질 수 있는 곱셈 요소 f(J)를 도시한다. 풍력발전소 로터의 점프 속도를 보상할 수 있게 하기 위해, 차동 드라이브는 이에 따라 크게 형성되어야 하며, 증가하는 Jred 즉, 낮은 속도 범위에서도 다단계 차동 드라이브를 가지거나 증가하는 공칭 속도 범위를 가짐에 따라 중요한 비용 요소를 나타낸다.

도 10은 돌풍을 보상할 수 있도록 차동 드라이브를 위해 요구된 토크를 도시한다. 4.5m/s-11.5 m/s에서 2초 이내에 가속되는 돌풍이 가정되는 경우, 이것은 풍력발전소의 로터의 공칭 속도 범위의 함수로 모든 공칭 속도 범위에 대하여 11.7rpm 의 동일 속도로 5.6-10.3rpm의 속도 점프가 발생될 수 있다.

차동 드라이브는 상기 속도 점프를 따라야 하고, 이에따라 상기 목적에 필요한 가속 토크는 해당 Jred 및 속도 점프의 크기로 떨어진다. 여기서 다단계 차동 기어는 더 폰은 기어 변속 비로 인해 필요한 더 높은 토크가 만들어진다는 것이 명백히 보여 질수 있다.

풍력발전소의 로터의 속더 범위를 넓히고 이에따라 에너지 출력을 증가시키시는 차동 기어의 균일한 기어 변속에 따른 옵션은 주파수 변환기를 가진 영구 자석으로 동작되는 동기 삼상 교류기의 경우에서와 같이 전기 차동 드라이브의 이른바 약계자 범위를 사용하는 것이다.

상기 약계자 범위는 전기 삼상 교류기의 공칭 속도 이상의 속도 범위이다. 상기 공칭 속도를 위해, 공칭 토크 또는 공칭 틸팅 모멘트도 역시 정의된다.

표 및 다른 설명에서, 약계자 범위는 공칭 속도 이상의 속도의 비율로 정의된다 - 즉, 예를 들어, 1.5배의 공칭 속도는 가 50%의 약계자 범위에 해당한다.

예를 들어, 도 11은 1,500 RPM의 공칭 속도로 전기 차동 드라이브의 최대 토크 또는 틸팅 모멘트를 위한 값을 도시한다. 0과 같은 속도 및 공칭속도를 넘는 속도는 로 최대 달성가능한 토크가 낮아지는 것이 명백하게 보여질 수 있다.

그러나, 풍력 발전소의 필수적인 특성은 부분 부하 범위로 도시되는 예시에서, 예를 들어, 모터 작동에 해당하며; 요구된 토크는 허용되는 최대치보다 낮다. 발전기 동작시, 풍력 발전소의 부하 감소는 예를 들어, 1,730 RPM이 되므로, 허용되는 최대 토크가 초과되지 않는다. 도 10은 예시로 선택되는 전기 드라이브를 위한 기술적으로 타당한 상한을 나타내고 공칭속도의 1.8 배까지 도달하는 80%의 약계자 범위를 나타낸다.

예를들어 영구 자석 활성화 동기 삼상 교류기가 약계자 범위에서 매우 좋은 효율을 가지며, 차동 드라이브의 효율성과 관련하여 상당한 장점이 있다는 것은 언급할 가치가 있다.

약계자 범위에서의 동작은 이들의 설계에서 50%-60%까지 즉, 속도 피드백 없이 약 1.5배-1.6 배의 공칭속도의 함수로 삼상 교류기를 해해 가능하다; 또한, 예를 들어, 인코더의 사용이 필요하다. 인코더의 사용은 추가 오류 소스 및 소위 토크를 나타내거나 센서 없는 속도 조절이 역학적으로 더 낫기 때문에, 최적 값이 약계자 범위의 결정에서 조절동력 및 최적 연간 에너지 출력사이에서 발견될 수 있다. 이것은 높은 평균 충속 및 관련된 최대 돌풍에서, 상기 돌풍을 보상할 수 있도록 센서 없이 조절하도록 약계자 범위가 선택된다는 것을 의미한다.

보상되는 다소 작은 돌풍에 따른 낮은 평균 풍속에서 최적 연간 에너지 출력이 고려되고 따라서 속도 피드백을 가진 가장 큰 가능한 약계자 범위가 선택된다.

이것은 또한 낮은 풍속으로 모터 모드에서 최대 가능한 속도 범위를 사용하는 풍력 발전소의 차동 드라이브의 속도 특성과 잘 일치한다.

다양한 연평균 풍속에서 풍력발전소의 차동 드라이브 또는 에너지 출력의 크기에 약계자 범위의 크기의 효과를 확인하려면, 차동 드라이브의 약계자 범위가 차동 기어의 변속의 동시 적응과 함께 풍력 발전소의 로터의 속도 범위를 설정함에 따라 다양할 수 있다.

도 12는 차동 드라이브의 최대 입력 토크와 약계자 범위의 함수로 크기 요소 y/x (디스플레이 목적으로 -5,000을 곱한)를 도시한다. 약 70%의 약계자 범위에서 시작하여 차동 드라이브 및 결과적으로 작은 최대 토크 (Mmax)를 위한 최적 크기 요소가 생성되고 이에따라 절대 최대값이 100%의 약계자 범위내에 있게 된다.

도 13은 다양한 연평균 풍속을 위한 약계자범위의 함수로 총 에너지 출력의 차이를 도시한다. 최적값은 100%~120% 사이의 약계자 범위에 도달한다. 이러한 경계 조건을 바탕으로, 약계자 범위는 사용 조건의 함수로 선택되나, 각각의 경우 50이다.

연평균 풍속은 허브의 높이(로터의 중심에 해당)에서 측정된 풍속의 연간 평균이다. 10.0m/s, 8.5m/s, 7.5m/s 및 6.0m/s의 최대 연평균 풍속은 이른바 IEC 타입 클래스 1, 2, 3 및 4에 해당한다. Rayleigh 분포는 표준 통계 주파수 분포로 채택된다.

또한, 차동 드라이브로써 영구 자석 활성화 동기 삼상 교류기가 이미 서술한 바와 같이 낮은 질량의 관성 모멘트를 가진 차동 드라이브의 특정한 설계의 비용이 항상 가치가 있는 풍력 발전소의 조절에 대해 바람직하게 증명되는 공칭 토크에 비해 작업 관성 질량 모멘트를 가지는 다른 설계의 삼상 교류기에 비해 장점을 가진다는 것을 언급할 가치가 있다.

선택적으로, 이른바 자기 저항 기계(reluctance machine)는 또한 일반적으로 높은 공칭 속도로 매우 작은 관성 질량 모멘트를 가진다. 자기 저항 기계는 대단히 튼튼하여 연안 영역에서 사용하기 위해 특히 긍정적이이라는 것이 알려져 있다.

또한, 이와 같은 것이 차동 드라이브의 크기에 적용되고 물론, 풍력 발전소의 전반적인 효율성에 큰 영향을 미친다. 위에서 설명한 실시예가 고려되는 경우, 기본적으로 풍력 발전소의 로터의 더 큰 속도 범위가 더 나은 공기 역학적 효율을 가져오나 다른 한편으로는 더 큰 크기의 차동 드라이브를 요구한다는 것을 발견할 수 있다. 이것은 차례로 더 높은 손실을 초래하여 더 나은 시스템효율성(로터의 공기 역학 및 차동 드라이브의 손실에 의해 결정되는)에 악영향을 끼친다.

도 14는 풍력 발전소의 로터의 공칭 속도 범위의 함수로 다양한 연간 평균 풍속에서 전기 차동 드라이브와 함께 풍력 발전소의 총 에너지 출력의 차이를 도시한다. 이 경우, 총 에너지 출력은 풍력 발전소의 로터의 배기 가스 공급에서 차동 드라이브(주파수 변환기 포함) 및 차동기어의 손실을 뺀 것을 기반으로 한다. -/+ 6%의 공칭 속도 범위는 본 발명에 따라, 차동 드라이브를 가진 풍력 발전소의 공칭 출력 범위의 최소 요구된 조절 속도 범위로 인해 필수적이고, 이에따라, 공칭 속도 범위는 차동 드라이브의 공칭 속도를 생성할 수 있는 어떤 로터 속도 범위를 의미한다. 또한, 차동 드라이브의 공칭 속도 이상의 최대 80 %까지의 약계자 범위가 채택된다. 상기 레이아웃에서, 약 -/+ 20%의 공칭 속도 범위에서 최적값이 달성되고, 공칭 속도 범위를 확대하는 것이 더 이상 바람직하지 않다는 것을 탐지하기가 용이하다.

도 15는 다양한 연평균 풍속에서 유압식 차동 드라이브와 풍력 발전소의 총 에너지 출력의 차이를 도시한다. 여기서, 유압 차동 드라이브의 경우 상당히 높은 손실이 에너지 출력에 부정적인 효과를 가지며, 높은 연평균 풍속(8.5m/s 이상)에서 조절목적으로 -/+ 6%로 요구된 최저값 및 -/+ 10%의 에너지 출력 최적값과 더 낮은 연평균 풍속에서 -/+ 15% 사이의 공칭속도 범위가 합리적으로 보인다.

0으로 풍력 발전소의 공칭 작동 범위와 낮은 전송에서도 동일 속도에서 차동 드라이브의 높은 정격 토크에서 공칭 속도 범위 결과의 적응 환원 단계 4.

공칭 속도 범위의 약 -/+ 12%의 대략적인 곡선의 꼬임은 풍력 발전소의 공칭 작동 범위와 적응 감소 단계 4의 낮은 변속에서 0과 같은 속도로 차동 드라이브의 높은 공칭 토크에 기인한다. 궁극적으로, 이것은 가장 낮은 전력 생산 비용을 허용하는 드라이브 트레인을 개발하기 위한 것이다.

차동 드라이브의 최적화에 적합한 포인트는 (a) 총 에너지 출력, (b) 차동 드라이브의 생산 비용, 및 (c) 전체 생산 비용에 영향을 미치는 풍력 발전소의 토크 또는 속도 조절 품질이다.

총 에너지 출력은 전력 생산 비용과 비례하여 형성되고 따라서 풍력 파크(wind park)의 경제적 효율성에 영향을 준다. 생산 비용은 소위 풍력 파크의 총 생산 비용과 관련되며, 유지 보수 및 운영 비용을 포함하여 풍력 파크의 총 비용에 풍력 발전소의 비례 자본 비용의 비율에 관련된다. 평균적으로, 전력 생산 비용의 풍력 발전소 특정 비율은 소위 육상 프로젝트의 2/3이고 연안 프로젝트의 1/3이다. 평균적으로, 따라서, 약 50 %의 일정 비율을 정의할 수 있다. 이것은 연간 에너지 출력의 차이가 풍력 발전소의 생산 비용의 차이에, 평균적으로 두 배로 간주될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 전기 차동 드라이브의 예시에서, 최적 크기 요소가 약 -/+ 14%에서 -/+17%로 이미 세팅될 때, 비용결정요소는 약 -/+ 20%의 공칭속도 범위로부터 시작하는 최적 에너지 출력보다 발전 비용의 비율에서 적은 효과를 가진다는 것을 의미한다.

도 16은 1 단계 차동 기어 및 전기 차동 드라이브를 가진 풍력 파크의 전력 생산 비용에서 다른 속도 범위의 효과를 도시한다. 여기서, 모든 풍속 조건을 위해 -/+ 15.0%와 -/+ 20.0% 및 약 -/+ 17.5%의 최적값사이의 공칭 번호 범위에서 매우 적절한 값이 발견될 수 있다.

도 17은 전기 차동 드라이브를 가진 2단계 차동 기어(약 -/+ 16.5%의 공칭 속도 범위 아래)와 함께 풍속 파크의 발전 비용의 다른 속도 범위의 효과를 도시한다. 우선적으로 낮은 연평균 풍속에서, 여기서 최적값은 역시 15.0%-20.0% 사이의 속도 범위에서 발견될 수 있다.

그러나, 8.5 m/s 이상의 연평균 풍속의 경우, 역시, 적어도 +/- 6%에서 약 -/+ 10%까지의 더 작은 속도 범위가 조절이유를 위한 바람직한 변수를 나타낸다. 이것은 매우 고속의 연평균 풍속에서 다단계 차동기어가 1 단계 수단과 경쟁적인 기반에 있다는 것을 의미한다.

그러나, 차동 드라이브의 설계에서, 여전히 다른 중요한 특별한 경우가 고려될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 차동 드라이브의 속도와 로터 속도의 일정한 비율 때문에, 차동 드라이브의 오류는 심각한 손상을 초래할 수 있다. 한 예로 풍력 발전소의 공칭 작동시 차동 드라이브의 고장이다. 그 결과, 드라이브 트레인의 전송가능한 토크가 동시에 0으로 이동한다. 이 경우, 풍력 발전소 로터의 속도는 로터 블레이드 조정의 신속한 재조정으로 갑자기 감소하고, 발전기는 그리드에서 분리된다. 발전기의 비교적 높은 질량관성을 기반으로 발전기는 속도를 오직 느리게 변화시킨다. 결과적으로 차동 드라이브가 지체없이 적어도 부분적으로 토크를 유지할 수 없다면, 차동 드라이브의 초과 회전 속도는 불가피하다.

이러한 이유로, 예를 들어, 유체정역학적 차동 드라이브를 사용할 때, 기계적인 제동이 제공되어, 차동 드라이브가 실패하는 경우, 드라이브 트레인에 손상을 주는 초과 회전 속도를 방지한다. 이를 위해 WO2004/109157 A1은 발전기 샤프트에 직접 작용하여 이에따라 브레이크 발전기를 제동하는 기계적 브레이크를 도시한다.

상술한 영구 자석 활성화 동기 삼상 교류기는 차동 드라이브로 주파수 변환기와 함께 사용할 수있으며, 비상시 안전하고, 토크가 공칭 토크의 레벨까지, 사이에 연결되는 전기 저항을 가지거나 가지지 않는 주 코일을 단락시킴으로써 간단하게 유지될 수 있다.

이것은 예를들어 변환기가 고장나는 경우 동기 삼상 교류기가 간단한 전기 스위치(자동안전장치)로 자동으로 단락시킬 수 있고, 따라서 토크기 유지되어 예를들어 공칭값까지 공칭속도로 토크가 유지되고 이에따라 0을 향해 떨어지는 매우 느린 속도로 속도가 떨어진다는 것을 의미한다. 결과적으로 차동 드라이브의 초과 회전 속도가 간단한 방법으로 방지된다.

도 18은 사이에 연결된 전기 저항을 가지는 3상 교류기가 단락될 가능성을 도시한다.

영구 자석 활성화 동기 삼상 교류기가 고장나는 경우, 로터의 속도는 차동 드라이브의 속도가 드라이브를 손상시키는 임계 속도를 초과하지 않는 방법으로 조절된다. 발전기와 풍력 발전소의 로터의 측정 속도에 따라, 로터의 속도는 차동 드라이브의 속도가 특정된 임계 값을 초과하지 않는 방법으로 로터 블레이드 조정을 통해 차동 기어에 대한 속도의 방정식에 따라 조절된다.

속도(발전기) = x * 속도(로터)+ y* 속도(차동드라이브)

풍력 발전소의 조절이 실패하여 특정상황에서 로터 블레이드 조절 및 차동 드라이브의 조절이 동시에 실패하게될 경우, 자석 활성화 동기 삼상 교류기의 주 코일의 단락은 로터 속도 초과를 방지하도록 토크가 유지되는 것을 보장한다. 풍력 발전소와 영구 자석 활성화 동기 삼상 교류기의 조절 동시 오류는 추정되지 않는다.

풍력 발전소가 예를들어, 사용되지 않게 되면, 차동 드라이브의 의도하지 않은 가속은 역시 영구 자석 활성화 동기 삼상 교류기를 단락시킴으로써 방지될 수 있다.

최적으로 풍력 발전소를 조절하기 위한 상술한 이유로, 최적 비용으로 이루어지는 차동기어의 전반적인 효율성 및 단순한 기계적 설계에 비추어볼 때, 상기 1 단계 차동 기어는 이상적인 기술적 수단을 나타낸다. 이와 관련하여, 차동 드라이브의 설계 통합을 위한 다양한 접근 방법이 있다.

도 19는 본 발명에 따른 가능한 변형 실시예를 도시한다. 로터(1)는 메인 기어박스(2)를 구동하고 메인 기어박스는 유성 캐리어(12)를 통해 차동 단계(11-13)을 구동한다. 발전기(8)는 중공휠(13)에 연결되고, 피니언 기어(11)는 차동 드라이브(6)에 연결된다. 차동 기어는 1 단계이고, 차동 드라이브(6)는 메인 기어 박스(2)의 구동 샤프트와 발전기(8)의 구동 샤프트에 둘다에 동축 배열된다. 피니언 기어(11)와 차동 드라이브(6) 사이의 연결이 스퍼 휠 단계와 메인 기어 박스(2)의 구동 샤프트를 통해 이루어지기 때문에, 차동 단계는 메인 기어 박스(2)의 통합부분이 되는 것이 바람직하고, 메인 기어 박스는 그후 브레이크(15)를 통해 연결되어 로터(1)상에서 작동하고, 커플링(14)이 발전기(8)에 연결되는 것이 바람직하다.

도 20은 본 발명에 따른 또 다른 가능한 변형 실시예를 도시한다. 로터(1)은 여기서 역시 메인 기어 박스(2)에 연결되고, 메인 기어박스는 유성 캐리어(12)를 통해 차동 단계(11-13)을 구동한다. 발전기(8)는 중공휠(13)에 연결되고, 피니언 기어(11)는 차동 드라이브(6)에 연결된다. 차동 기어는 1 단계이고, 차동 드라이브(6)는 메인 기어 박스(2)의 구동 샤프트와 발전기(8)의 구동 샤프트에 둘다에 동축 배열된다. 그러나, 여기서, 중공 샤프트는 발전기(8)에 형성되어 차동 드라이브가 차동 기어에서 이격되어 면하는 발전기(8)의 측면에 위치할 수 있다. 결과적으로, 차동 단계는 커플링(14)과 브레이크(15)를 통해 메인 기어 박스(2)에 연결되는 발전기(8)에 연결되는 분리된 조립체인 것이 바람직하다. 피니언 기어(11)와 차동 드라이브(6) 사이의 연결 샤프트(16)는 예를들어, 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 가진 섬유 복합 샤프트로 관성의 낮은 질량 모멘트를 가진 특정한 변형예로 설계될 수 있다.

표시된 두 변형예의 동축, 1 단계 실시예의 중요한 장점은, (a) 차동기어 설계의 단순성, (b) 차동 기어의 이에따른 높은 효율, 및 (c) 로터(1)에 대한 차동기어의 비교적 낮은 관성 질량 모멘트이다. 또한, 도 19에 따른 변형 실시예에서, 차동 기어는 별도의 조립체로 어셈블리로 조립될 수 있으며, 메인 기어 박스에서 독립적으로 수행 및 유지된다. 물론, 차동 드라이브(6)도 유체정역학적 드라이브로 교체 될 수 있지만, 이렇게 하려면, 유체정역학적 차동 드라이브와 상호 작용하는 제 2 펌프 요소가 발전기(8)로 구동되어야 한다.

높은 연평균 풍속에 대해서, 차동 단계(11)과 차동 드라이브(13)사이의 적응 감소 단계 4(원칙적으로 도 2 또는 3에 도시)는 도 19 및 20에 따른 실시예를 위해 수행될 수 있다.

도 19 및 20에 따른 변형 실시예는 표준 삼상 교류기의 적용가능성, 삼상 교류기와 피니언 기어를 위한 중공 샤프트 수단이 필요하지 않도록 하는 차동 단계의 단순하고 경제적 설계 및 이들이 풍력 발전소의 조절과 관련하여 관성 질량 모멘트에 대해 로터 샤프트(Jred)dp 관해 결정적인 장점을 가진다는 점에서 도 4에 따른 종래기술과 구별된다.

도 19 및 20에 따른 변형실시예는 그러나, 브레이크(15)에 의해 풍력 발전소의 이른바 긴급 제동료과에 대해 필수적으로 구별된다. 브레이크(15)의 작동에서 통상 공칭 토크의 2.5배까지의 제동 코트가 작용하는 경우, 상기 공칭토크는 감소된 관성 질량 모멘트에 따라 로터, 발전기 및 차동 드라이브에 나누어져 작용한다. 감소된 관성 질량 모멘트는 당연히 설계된 풍력발전소의 질량비율의 함수이다.

실제적인 예로, 브레이크(15)에 관한 5MW 풍력 발전소의 공칭 동작에서, 로터(1)에 대해 약 1900kgm2, 동기 발전기(8)에 대해 약 200kgm2, 및 차동드라이브(6)에 대해 약 10kgm2가 추정될 수 있다. 이것은 브레이크 토크의 대다수(로터 공칭 토크의 약 90% 또는 2.2배 )가 풍력 발전소의 로터 샤프트에 작용한다는 것을 의미한다. 도 19에 따른 변형 실시예에서, 차동 드라이브는 이제 브레이크(15)와 로터(1) 사이의 토크 플럭스에 있기 때문에, 로터와 차동 드라이브 사이의 일정한 토크 비율에 따라 약 2.2배이 공칭 토크로 고정되어야 한다.

도 20에 따른 변형 실시예의 중요한 장점은 브레이크(15)가 실패하는 경우, 그 브레이크 토크가 관성 질량 모멘트를 결정하는 로터의 차동 기어를 통해 작동하지 않는다는 것이다. 이 경우, 브레이크 토크의 약 9.5%가 발전기(8)에 작용하고 약 0.5%가 차동 드라이브(6)에 작용한다. 도 19에 도시된 브레이크(15)와 차동기어(11-13)의 배치에 의해, 영구적 활성화 동기 삼상 교류기의 단락은, 그렇지 않으면 비상 사태의 경우, 그 공칭 토크를 확실히 초과하는 토크가 존재할 수 있기 때문에, 차동 드라이브의 토크를 유지하는데 의미가 있다.

도 21은 차동 기어의 또 다른 가능한 실시예를 도시한다. 여기서, 이미 도시된 바와 같은 방식으로, 유성 캐리어(12)는 메인 기어 박스(2)에 의해 구동되나, 발전기(8)는 피니언 기어(11)에 연결되고, 중공휠은 로터(17)와 스테이터(18)로 구성되는 전기 차동 드라이브에 연결된다.

상기 변형 실시예는 또한 동축, 1 단계 수단을 나타내고, 이에따라 기어-엔지니어링 경계 조건은 비교적 낮은 속도의 로터(15)로 나타난다. 제어공학의 관점에서, 이것은 로터(1)에 대한 차동 드라이브(17-18)의 관성 질량 모멘트에 대한 참조와 함께 특히 긍정적인 효과가 있다.

상술한 실시예는 또한 기술적으로 유사한 분야에서 구현될 수 있다. 이것은 주로 하천과 바다의 흐름을 이용하기 위한 수력 발전소에 관련된다. 여기에 적용하기 위해, 동일한 기본적인 요건은 풍력 발전소, 즉 가변 흐름 속도로 적용된다. 이러한 경우 드라이브 샤프트는 예를 들어 물과 같은 유동 매체로 구동되는 장치에 의해 직접 또는 간접적으로 구동된다. 그 후, 드라이브 샤프트가 직접 또는 간접적으로 차동 기어를 조절한다.

Claims

세 개의 드라이브 및 세 개의 동력인출수단(power take-offs)을 가지고,
제 1 드라이브는 발전소의 드라이브 샤프트에 연결되고,
동력인출수단(power take-offs)은 발전기(8)에 연결되고,
제 2 드라이브는 차동 드라이브와 같은 전기기계(6)에 연결되며,
상기 드라이브 샤프트에 연결되는 제 1 드라이브가 기본 속도로 회전하는 발전소 특히, 풍력 발전소를 위한 차동기어에 있어서,
상기 제 1 드라이브의 속도 범위가 기본속도의 -/+ 6.0% 및 대부분 -/+ 20.0%이고, 전기 기계(6)가 공칭 속도로 작동하는 것을 특징으로 하는 발전소 특히, 풍력 발전소를 위한 차동기어.
세 개의 드라이브 및 세 개의 동력인출수단(power take-offs)을 가지고,
제 1 드라이브는 발전소의 드라이브 샤프트에 연결되고,
동력인출수단(power take-offs)은 발전기(8)에 연결되고,
제 2 드라이브는 유입식 차동 드라이브(6)에 연결되며,
상기 드라이브 샤프트에 연결되는 제 1 드라이브는 기본 속도로 회전하고,
상기 제 1 드라이브의 속도 범위가 기본속도의 -/+ 6.0% 및 대부분 -/+ 15.0%이고, 유압식 차동 드라이브(6)가 공칭 속도로 작동하는 것을 특징으로 하는 발전소 특히, 풍력 발전소를 위한 차동기어.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 -/+7.0%이상인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 -/+8.0%이상인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 -/+10.0%이상인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+17.5%인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+15.0%인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+14.0%인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+10.0%인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항에 있어서, 상기 전기기계(6)가 삼상 교류기인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 10항에 있어서, 상기 전기기계(6)가 영구자석 활성화 동기 삼상 교류기인 것을 특징으로 하는 차동기어.
제 1항 내지 제 11항중 어느 한 항에 있어서, 제 2 드라이브가 차동 드라이브(6)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 차동기어.
드라이브 샤프트, 발전기(8) 및 차동 기어(11-13)를 가진 발전소, 특히 풍력발전소에 있어서, 상기 차동 드라이브(11-13)가 청구항 제 1항 내지 12항중 하나에 따라 설계되는 것을 특징으로 하는 발전소, 특히 풍력발전소.
제 13항에 있어서, 오직 하나의 차동 단계(11-13)를 가지는 것을 특징으로 하는 발전소, 특히 풍력발전소.
제 1항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 한 단계 차동 기어(3)를 가지는 것을 특징으로 하는 발전소, 특히 풍력발전소.
제 1항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 다단계 차동 기어(3)를 가지는 것을 특징으로 하는 발전소, 특히 풍력발전소.
발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법에 있어서,
세 개의 드라이브 및 세 개의 동력인출수단(power take-offs)을 가지고,
제 1 드라이브는 발전소의 드라이브 샤프트에 연결되고,
동력인출수단(power take-offs)은 발전기(8)에 연결되고,
제 2 드라이브는 차동 드라이브와 같은 전기기계(6)에 연결되며,
상기 드라이브 샤프트에 연결되는 제 1 드라이브가 기본 속도로 회전하고,
상기 제 1 드라이브의 속도 범위가 기본속도의 -/+ 6.0% 및 대부분 -/+ 20.0%이고, 전기 기계(6)가 공칭 속도로 작동하는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법에 있어서,
세 개의 드라이브 및 세 개의 동력인출수단(power take-offs)을 가지고,
제 1 드라이브는 발전소의 드라이브 샤프트에 연결되고,
동력인출수단(power take-offs)은 발전기(8)에 연결되고,
제 2 드라이브는 유입식 차동 드라이브(6)에 연결되며,
상기 드라이브 샤프트에 연결되는 제 1 드라이브는 기본 속도로 회전하고,
상기 제 1 드라이브의 속도 범위가 기본속도의 -/+ 6.0% 및 대부분 -/+ 15.0%이고, 유압식 차동 드라이브(6)가 공칭 속도로 작동하는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법에 있어서,
제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본속도의 -/+ 7.0% 이상인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본속도의 -/+ 8.0% 이상인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본속도의 -/+ 10.0% 이상인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본속도의 최대 -/+ 17.5% 인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+ 15.0% 인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항 내지 제 23항중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+ 14.0% 인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항 내지 제 23항중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도 범위가 기본 속도의 최대 -/+ 10.0% 인 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 17항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 약계자 범위(field weakening range)에서 작동될 수 있고, 50%이상의 약계자 범위에서 한번이상 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 60%이상의 약계자 범위에서 한번 이상 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 70%이상의 약계자 범위에서 한번 이상 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 80%이상의 약계자 범위에서 한번 이상 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항 내지 제 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 100%까지의 약계자 범위에서 한번 이상 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항 내지 제 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 120%까지의 약계자 범위에서 한번 이상 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항 내지 제 31항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 센서없이 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 26항 내지 제 31항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 센서와 함께 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 32항 및 제 33항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 센서없이 부분적으로 그리고 센서와 함께 부분적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 32항 내지 제 34항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 센서와 함께 50%의 약계자 범위이상에서 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.
제 32항 내지 제 34항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(6)가 센서없이 50%의 약계자 범위이하에서 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소를 위한 차동기어를 작동하는 방법.