KR20230061475A - 회전하는 구동 트레인, 특히 풍력 터빈의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법 및 장치 - Google Patents

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안드레아 루흘
폴 페자
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

본 발명은, 구동 트레인(1), 특히 풍력 터빈(4, 7, 11)의 구동 트레인(1) 또는 구동 트레인의 일부의 효율을 확인하는 방법에 관한 것으로서, 구동 트레인(1)은, 제1 구동 장치(6)에 의해 구동가능한 제1 샤프트 부분(11)을 갖는 제1 단부(1a) 및 제2 구동 장치(7)에 의해 구동가능한 제2 샤프트 부분(27)을 갖는 제2 단부(1b)를 구비하고, 이들 사이에 기계적 전달 요소, 특히 기어 유닛이 배치되고, 구동 트레인(1)의 제1 단부는 제1 테스트에서 구동되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a)에서 검출되고, 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)에서 검출되고, 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)는 제2 테스트에서 구동되고, 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)에서 검출되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a)에서 검출되고, 실험들 또는 경험 또는 분석에 기초하여 미리 결정된 적어도 하나의 가정을 고려하여, 제1 테스트 및 제2 테스트에서 결정된 파워들로부터 및/또는 토크들에 의존하는 변수들로부터 효율이 확인된다.

Description

회전하는 구동 트레인, 특히 풍력 터빈의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법 및 장치
본원은, 회전하는 구동 트레인, 특히 풍력 터빈(wind turbine)의 구동 트레인 또는 구동 트레인의 일부의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본원은 구동 트레인 또는 구동 트레인의 일부, 특히 테스트 벤치에서 풍력 터빈의 구동 트레인의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법에 관한 것이다.
구동 트레인, 특히 풍력 터빈의 구동 트레인의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법은 특히 테스트 벤치에서 수행하기에 적합하며, 두 개의 테스트를 포함한다. 구동 트레인은 제1 샤프트 부분을 갖는 제1 단부 및 제2 샤프트 부분을 갖는 제2 단부를 구비하며, 이들 사이에 기계적 전달 요소, 특히 기어 유닛이 배치된다. 제1 테스트에서는, 구동 트레인의 제1 단부가 구동된다. 제2 테스트에서는, 구동 트레인의 제2 단부가 구동되며, 효율 및/또는 교정 파라미터는 제1 테스트 및 제2 테스트에서 검출된 측정 변수로부터 결정된다.
이러한 방법은 독일 특허 DE 10 2018 203 525 B3로부터 원리적으로 이미 알려져 있다.
이와 관련하여 공지된 선행 기술은 다음과 같이 요약될 수 있다.
DE 10 2010 049 407 A1은 풍력 터빈용 테스트 벤치 및 풍력 터빈을 테스트하는 방법을 설명하며, 여기서 테스트 벤치는 한편으로는 모터 구동부를 포함하고 다른 한편으로는 기어 유닛과 발전기를 포함한다. 기어 유닛은 테스트될 테스트 벤치 구성요소이며, 기어 유닛에 파워를 공급하기 위한 모터 구동부에는 풍력을 시뮬레이션하는 토크가 제공된다.
US 1 662 705 A는 다른 기계적 파워 전달 메커니즘에도 사용할 수 있는 모터 차량 전달 메커니즘을 테스트하기 위한 장치를 개시한다.
CN 206 876 320 U는 차량의 기어 유닛의 효율을 테스트하기 위한 테스트 벤치를 설명한다.
DE 10 2010 047 413 A1 및 DE 103 26 212 A1은, 또한, 토크를 전달하는 차량 기어 유닛 또는 테스트 단편의 효율 또는 파워 손실을 확인하기 위한 방법 및 장치를 개시한다.
서두에서 언급한 독일 특허 DE 10 2018 203 525 B3에는 회전 구동 트레인의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법이 이미 설명되어 있으며, 여기서 전력은 구동부 및/또는 출력 유닛으로부터 측정된다.
풍력 터빈의 제조업체와 운영자에게, 풍력 터빈의 구동 트레인의 효율과 토크는 개발을 위한 중요한 특성 값이며 또한 풍력 터빈의 기술적 성숙도를 나타내는 지표이다. 이러한 이유로, 다양한 부하 상황과 다양한 주변 조건, 특히 높은 토크에서, 충분히 정확한 효율 측정이 필요하다. 따라서, 높은 토크에서 가능한 가장 정확한 효율 결정을 통해 풍력 터빈에 대한 더 많은 지식을 얻을 수 있다. 효율 특성 곡선에 대한 이러한 지식은 풍력 터빈의 목표 추가 개발 및 최적화된 동작을 위한 기초이다.
여기서 종래 기술에 따른 효율 측정의 정확도는 무엇보다도 풍력 터빈의 구동 트레인에서의 토크 측정의 정확도에 의존한다. 현대식 풍력 터빈에서, 구동 트레인의 메인 샤프트의 토크는 종종 수 메가뉴턴미터(MNm)이다. 그러나, 종래 기술의 교정 장치는 최대 1.1 MNm의 토크까지만 교정을 허용한다. 현재 더 높은 토크에 대한 어떠한 교정 옵션도 없으므로, 풍력 터빈의 메인 샤프트에서 기계적 토크를 충분히 정확하게 측정하는 것은 알려진 방법으로는 가능하지 않다.
이러한 이유로, 무엇보다도, 천천히 회전하는 샤프트에서 두 개의 기어 유닛이 서로 결합되는 백투백(back-to-back) 테스트에 의해 WT 기어 유닛의 효율을 결정하는 것도 이미 알려져 있다. 토크 측정을 수행하기 위해, 토크가 훨씬 낮고 빠르게 회전하는 샤프트에 정밀한 토크 센서가 설치된다. 입력 파워와 출력 파워는 토크 및 회전 속도 측정에 의해 결정되며, 따라서 두 개의 기어 유닛을 포함하는 조립체의 효율이 결정되며 개별 기어 유닛들에 걸쳐 나누어질 수 있다. 이 방법의 주요 단점은 테스트의 일반 조건이 WT 구동 트레인의 상황에 대응하지 않는다는 사실에 있다. 특히, WT에 강력하게 존재하는 기생 부하는, 테스트에서 적용되지 않거나 양측 기어 유닛에 균일하게 적용하기에 매우 어렵다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 배경에 대해, 제한된 수단을 사용하여 풍력 터빈의 효율을 가능한 한 정확하게 결정할 수 있는 방법 및 장치를 제안하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 풍력 터빈의 메인 샤프트 토크를 교정하는 가능한 가장 간단한 방법을 제안하는 것일 수 있다.
이들 목적은 청구항 1 및/또는 청구항 2의 특징부에 따른 방법 및 청구항 15에 따른 장치에 의해 달성된다.
유리한 개발 사항들은 종속항들의 특징부 및 예시적인 실시예들에서 찾을 수 있다.
따라서, 본 발명은, 무엇보다도, 구동 트레인, 특히 풍력 터빈의 구동 트레인 또는 구동 트레인의 일부의 효율을 확인하는 방법에 관한 것으로서, 구동 트레인은 제1 구동 장치에 의해 구동가능한 제1 샤프트 부분을 갖는 제1 단부 및 제2 구동 장치에 의해 구동가능한 제2 샤프트 부분을 갖는 제2 단부를 구비하고, 이들 사이에 기계적 전달 요소, 특히 기어 유닛이 배치된다. 본원에서는, 목적을 달성하기 위해, 구동 트레인의 제1 단부는 제1 테스트에서 구동되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제1 단부에서 검출되고, 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제2 단부에서 검출되고, 구동 트레인의 제2 단부는 제2 테스트에서 구동되고, 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제2 단부에서 검출되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제1 단부에서 검출되고, 실험들 또는 경험에 기초하여 미리 결정된 적어도 하나의 가정을 고려하여, 제1 테스트 및 제2 테스트에서 결정된 파워로부터 및/또는 토크들에 의존하는 변수들로부터 효율이 확인되는 것을 제공한다.
따라서, 본 발명은, 또한, 테스트 벤치에서 구동 트레인 또는 구동 트레인의 일부, 특히 풍력 터빈의 구동 트레인의 토크 측정을 교정하는 방법에 관한 것으로서, 구동 트레인은 제1 구동 장치에 의해 구동가능한 제1 샤프트 부분을 갖는 제1 단부 및 제2 구동 장치에 의해 구동가능한 제2 샤프트 부분을 갖는 제2 단부를 구비하고, 이들 사이에 기계적 전달 요소, 특히 기어 유닛이 배치된다. 문제점을 해결하기 위해, 본원에서 구동 트레인의 제1 단부는 제1 테스트에서 구동되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제1 단부에서 검출되고, 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제2 단부에서 검출되고, 구동 트레인의 제2 단부는 제2 테스트에서 구동되고, 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제2 단부에서 검출되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제1 단부에서 검출되고, 실험들 또는 경험에 기초하여 미리 결정된 적어도 하나의 가정을 고려하여, 제1 테스트 및 제2 테스트에서 결정된 파워로부터 교정 파라미터(a, b)가 확인되고, 제1 및 제2 테스트는 적어도 두 개의 상이한 토크 단계 동안 수행되는 것을 제공한다.
기술한 방법의 구동 유닛들은, 여기서 예를 들어 발전기 동작에서도 적어도 부분적으로 작동할 수 있는 전기 모터에 의해 각각 실현될 수 있다.
구동 트레인의 효율을 확인하고/하거나 토크를 교정하는 방법은, 테스트 벤치에서 실행되는 데 특히 적합하며, 두 개의 테스트를 포함한다. 구동 트레인은, 모터에 연결가능한 샤프트 부분에 있는 제1 단부, 제2 단부, 및 예를 들어 단부들 사이의 배치되는 기어 유닛을 구비한다. 모터는 바람직하게 테스트 벤치의 모터이다. 제1 샤프트 부분은 특히 풍력 터빈의 로터에 연결가능한 풍력 터빈 메인 샤프트일 수 있다. 구조의 양측 구동 유닛은 회전하는 전기 기계로서 형성될 수 있으며, 이는 모터 동작과 발전기 동작 모두를 허용할 수 있다.
제1 테스트에서, 구동 트레인의 제1 단부는 예를 들어 제1 구동 유닛에 의해 구동된다. 여기서, 제1 샤프트 부분의 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제1 단부에서 결정되고, 제2 샤프트 부분의 토크에 의존하는 변수는 구동 트레인의 제2 단부에서 결정된다. 구동 트레인의 제2 단부에 있는 제2 구동 장치는 이 경우 발전기로서 동작할 수 있다.
제2 테스트에서, 구동 트레인의 제2 단부, 예를 들어, 풍력 터빈의 경우에 발전기측 단부는, 예를 들어, 제2 구동 유닛에 의해 구동되고, 제2 단부 또는 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는, 제2 단부에서 결정되고, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 제1 샤프트 부분 또는 구동 트레인의 제1 단부에서 결정된다. 구동 트레인의 제1 단부에 있는 제1 구동 유닛은 이 경우 발전기로서 동작할 수 있고, 제2 구동 유닛은 풍력 터빈의 발전기에 의해 형성될 수 있다.
효율은, 제1 테스트 및 제2 테스트에서 결정된 토크로부터 또는 특히 이전 실험 및 분석에서 미리 정의된 적어도 하나의 가정을 이용하여 토크에 의존하는 변수로부터 확인된다. 가정은, 예를 들어, 제1 테스트의 효율이 제2 테스트의 효율과 같다는 것으로 이루어질 수 있다. 제1 테스트의 파워 손실이 양측 테스트의 전체 파워 손실의 특정 비율, 예를 들어, 절반이라는 효과에 대한 또 다른 가정을 할 수 있다.
제1 및 제2 테스트(테스트 A 및 테스트 B)에서 파워를 확인하기 위해, 각 토크에 의존하는 변수 외에도, 구동 트레인의 일측 단부 또는 양측 단부에서 또는 구동 트레인의 위치에서 회전 속도 또는 회전 속도나 시간 분해 각도 위치가 추가로 측정될 수 있다. 샤프트 부분의 각도 위치의 현재 측정 동안, 동적 상황에서 측정을 수행하기 위해 다양한 회전 속도에서도 시간 경과에 따라 토크들이 통합될 수 있다.
제안된 방법에서는, 제1 테스트에서 구동 트레인의 제1 단부로부터 제1 토크가 가해지고, 제2 테스트에서 제2 단부로부터 제2 토크가 가해진다. 토크들은 양측 테스트에서 동일한 부호를 가질 수 있으며, 구동 트레인의 회전은 각 경우에 반대 회전 방향을 가질 수 있다. 이것은, 효율 결정에 있어서, 제1 및 제2 테스트의 측정 불확실성을 뺄 수 있으므로, 메인 샤프트 토크에 의존하는 변수의 측정 불확실성이 감소되는 이점을 가질 수 있다.
그러나, 제1 및 제2 단부 또는 제1 및 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크들은 제1 및 제2 테스트에서 또한 반대 방향으로 향할 수 있으며, 제1 및 제2 테스트에서 구동 트레인의 제1 및 제2 단부 또는 제1 및 제2 샤프트 부분 혹은 구동 트레인은 각 경우에 동일한 회전 방향을 갖고, 그 결과 토크의 방향이 제1 테스트 및 제2 테스트 간에 다르다. 특히, 토크 측정을 교정할 때, 양측 테스트에서 가해지는 토크의 상이한 부호로 인해 토크 측정 범위가 전체적으로 크게 증가될 수 있으므로, 교정이 개선될 수 있다.
제1 테스트와 제2 테스트에서의 구동은 구동 트레인의 상이한 단부들로부터, 특히 제1 테스트에서는 제1 단부로부터, 제2 테스트에서는 제2 단부로부터 제공되므로, 다시 말하면, 구동 트레인은 구동 트레인의 제1 단부에 있는 모터와 제2 단부에 있는 발전기에 의해 구동될 수 있으며, 제1 테스트와 제2 테스트 간에 전달되는 파워 및 에너지의 전달 방향이 역전된다.
작용 토크를 확인하기 위해, 샤프트 부분에 또는 구동 트레인의 단부에 작용하는 토크에 의존하는 변수는, 센서, 바람직하게는 스트레인 게이지를 사용하여 또는 예를 들어 피에조 센서 또는 광학, 스트레인-민감 센서에 의해 측정될 수 있다. 어느 경우든, 토크는 토크를 전달하는 요소의 센서에 의해 구동 트레인의 각 단부에서 직접 측정될 수 있으며, 상기 센서는 기계적 측정 변수를 검출한다. 또한, 샤프트 부분의 각도 위치 및/또는 회전 속도는 특히 증분 인코더를 사용하여 측정될 수 있다. 따라서 토크와 파워가 간단한 방법으로 결정될 수 있다. 토크 또는 토크 의존 변수를 측정하기 위한 측정 지점은, 바람직하게 각도 위치 또는 회전 속도를 측정하기 위한 측정 지점에 가능한 한 가깝게 위치한다. 이러한 방식으로, 측정 지점들 사이에 측정 결과를 왜곡할 수 있는 진동의 최소치만이 있을 수 있다.
설명된 방법에서, 효율을 결정하거나 토크 측정을 교정하기 위해 제1 테스트의 효율이 제2 테스트의 효율과 같다고 가정하는 것이 제공될 수 있다.
본 발명의 가능한 구현은, 또한, 위에서 언급한 바와 같이, 효율을 결정하고/하거나 토크 측정을 교정하기 위한 가정이 두 개의 테스트 중 하나의 테스트의 파워 손실이 두 개의 테스트의 전체 파워 손실의 특정 비율이라는 가정임을 제공할 수 있다.
추가로, 샤프트 부분의 토크를 확인하기 위해, 이 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 센서에 의해, 바람직하게는 스트레인 게이지를 사용하여 측정되고/되거나 샤프트 부분의 각도 위치(θ) 또는 회전 속도(ω)가 바람직하게는 증분형 엔코더를 사용하여 측정되는 것을 제공할 수 있다.
추가로, 제1 및 제2 테스트를 위한 기계적 파워는 제1 및 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수로부터 각각 확인되는 것이 제공될 수 있다.
본 발명의 구현의 한 형태는, 또한, 구동측 및/또는 출력측에서의 제1 테스트 및/또는 제2 테스트에서, 각각의 경우에, 모터 또는 발전기로서 동작하는 구동 유닛의 전력이 측정되고, 특히 구동부들 중 하나에서 전력을 결정하기 위해 적어도 하나의 전압 및 적어도 하나의 전류가 측정되는 것을 제공할 수 있다.
이러한 측정을 통해, 기계적 측정을 보완하거나 교정할 수 있으며, 또는 반대로, 측정의 보다 높은 정확도 또는 보다 높은 신뢰도를 달성하기 위해, 전기적 측정을 추가 기계적 측정에 의해 보완할 수 있다.
추가로, 제1 테스트 및 제2 테스트에 대해, 테스트 파워 손실이 확인되고, 이러한 두 개의 확인된 테스트 파워 손실이 가산되어 전체 파워 손실을 제공하고, 전체 파워 손실을 사용하여 효율이 계산되는 것이 제공될 수 있다.
또한, 설명된 방법에서, 제1 또는 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 결정하기 위해, 센서의 측정 신호가 평가되고, 센서는 특정 샤프트 부분 상에 배치되거나, 특정 샤프트 부분인 샤프트 어댑터 및 인접하는 샤프트 부분 상에 배치되는 것이 제공될 수 있다.
추가로, 제1 테스트 동안 구동 트레인이 상이한 작동 지점들에서 동작되고 제2 테스트 동안 구동 트레인이 상이한 작업 지점들에서 동작되며, 제1 및 제2 테스트에서 동작되는 작업 지점들이 바람직하게는 동일한 것이 제공될 수 있다.
상이한 작업 지점들은 통상적으로 상이한 측정 동안 상이한 토크 또는 파워 수준에 따라 다르다.
본 발명의 다른 가능한 구현은, 제2 테스트에서 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 제1 테스트에서 결정된 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수와 동일하다는 방식으로 제2 테스트에서 구동 트레인의 제2 단부가 구동되는 것을 제공할 수 있다.
따라서, 시스템 측정 오차가 특히 잘 상쇄될 수 있는 평가에 특히 유리한 조건이 제공된다.
또한, 제2 테스트에서 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 제1 테스트에서 결정된 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수와 동일하다는 방식으로 제2 테스트에서 구동 트레인의 제2 단부가 구동되는 것을 제공할 수 있다.
따라서, 이 설정에서도, 시스템 측정 오차가 특히 잘 상쇄될 수 있는 평가에 특히 유리한 조건이 제공된다.
또한, 제1 및 제2 테스트 동안 제1 및 제2 샤프트 부분의 회전 방향이 동일한 것이 제공될 수 있다.
따라서, 위에서 이미 언급한 바와 같이, 토크들의 상이한 방향이 제1 테스트와 제2 테스트에 제공된다.
또한, 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 사용하여 기계적 파워(
Figure pct00001
및
Figure pct00002
)가 결정되고,
Figure pct00003
Figure pct00004
및
Figure pct00005
Figure pct00006
에 기초하여 그리고 각 경우에 양측에 대한 제1 테스트 및 제2 테스트에 대하여 두 개의 상수(a, b)에 의존하는 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 사용하여 기계적 파워(
Figure pct00007
및
Figure pct00008
)가 결정되고,
여기서 k는 제1 테스트(
Figure pct00009
) 및
제2 테스트(
Figure pct00010
)의 (각 경우에 평균 파워 손실에 의해 주어지고 테스트 시간으로 나누어진 적분으로서 전달되는 에너지의 형태로 된) 손실들 간의 비이고, 교정 파라미터(a, b)를 확인하여 토크(
Figure pct00011
Figure pct00012
)를 결정하고, 여기서 T는 토크이고, ε는 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 측정된 변수임을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 각각의 토크 단계가 구동 트레인의 상이한 파워 단계에 대응한다는 점에서 구현될 수 있다. 따라서, a와 b를 결정하기 위해, 등식 시스템을 적어도 대략적으로 풀 수 있다.
또한, 미리 정의된 효율에서 진행하여, 교정 파라미터가 결정될 수 있고, 이어서 적어도 두 개의 파워 단계에 대한 효율이 확인될 수 있으며, 이어서 교정 파라미터가 다시 결정될 수 있고, 최종 결정과 이전 결정 사이의 편차가 미리 결정된 값보다 작아질 때까지 마지막 두 개의 단계가 반복될 수 있음이 제공될 수 있다.
마지막으로, 최소 제곱법을 사용하여 교정 파라미터가 결정되는 것을 또한 제공할 수 있다.
마지막으로, 본 발명은, 또한, 구동 트레인, 특히 풍력 터빈의 구동 트레인 또는 구동 트레인의 일부의 효율을 확인하거나 토크 측정을 교정하는 장치에 관한 것으로서, 구동 트레인의 제1 단부를 구동하기 위한 제1 구동 장치를 포함하고, 구동 트레인의 제2 단부를 구동하기 위한 제2 구동 장치를 포함하고, 적어도 구동 트레인의 제1 단부에서 구동 트레인의 제1 단부에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 검출하기 위한 제1 측정 장치를 또한 포함하고, 구동 트레인의 제2 단부에서 구동 트레인의 제2 단부에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 검출하기 위한 제2 측정 장치를 또한 포함하고, 구동 트레인의 회전 속도 또는 회전 각도를 검출하기 위한 적어도 하나의 제3 측정 장치를 포함한다. 구동 장치는 모터 및 발전기 기능을 갖춘 회전식 전기 기계로서 실현될 수 있다. 제동 토크를 생성하기 위한 추가 부하 요소도 제공될 수 있다. 장치는, 또한, 구동 유닛의 제어기 및 측정값을 검출하고 평가하기 위한 평가 장치를 포함하는, 측정을 제어하기 위한 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시될 것이며 예시적인 실시예에 기초하여 이하에서 설명될 것이다.
도 1은 정상 동작 시 에너지 변환 과정을 그래프로 도시한다.
도 2는 역방향 동작 시 에너지 변환 과정을 추가 그래프로 도시한다(풍력 터빈의 발전기는 모터 동작으로 작동하고, 테스트 벤치의 모터는 발전기 동작으로 작동한다).
도 3은 구동 트레인의 두 개의 단부에서 기계적 파워가 양측 테스트 동안 일정하게 유지되지 않는 테스트 시나리오에 대한 그래프를 도시한다. 따라서, 효율 결정의 상대적으로 큰 불확실성이 발생한다.
도 4는 제1 테스트와 제2 테스트 동안 기어 유닛의 우측/제2 측의 기계적 파워가 거의 일정하게 유지되는 테스트 시나리오를 개략적으로 도시한다. 따라서, 효율 결정의 불확실성이 감소될 수 있다.
도 5는 기어 유닛을 갖는 구동 트레인의 좌측/제1 단부의 기계적 파워가 양측 테스트 동안 거의 일정하게 유지되는 테스트 시나리오를 도시한다. 따라서, 효율 결정의 불확실성이 감소될 수 있다.
도 6은 테스트 벤치의 일부일 수 있는 모터(I)에 의해 좌측으로부터 기어 유닛이 있는 구동 트레인이 구동되는 제1 테스트인 테스트 A의 테스트 벤치를 그래프로 도시한다.
도 7은 도 6과 비교하여 기어 유닛이 있는 구동 트레인이 우측으로부터 구동되는 제2 테스트인 추가 그래프 테스트 B를 도시한다. 테스트 A와 비교하여 회전 방향이 역전되었다.
도 8은 우측의 파워가 양측 테스트에서 거의 일정하게 유지되는 테스트 시나리오의 그래프를 도시한다.
도 9는 추가 제1 테스트 A의 그래프를 도시한다. 기어 유닛은 (도 6에서와 같이) 좌측으로부터 구동된다.
도 10은 추가 그래프에서 제2 테스트 B를 도시한다. 기어 유닛은 우측으로부터 구동된다. 회전 방향은 테스트 A와 비교하여 변경되지 않는다. 변경되지 않은 회전 방향으로 인해, 토크의 부호는 테스트 A와 비교하여 반대이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 표시된 성상도의 측정 값들의 조합을 추가 그래프로 도시한다. 전체 파워 손실은 테스트 B의 파워의 부호 변경으로 결정될 수 있다.
도 12는 테스트 A를 추가 그래프로 도시한다. 상기 풍력 터빈을 구동하는 테스트 벤치에서의 풍력 터빈(WT)의 정상 동작에 관한 것이다.
도 13은 테스트 B의 추가 그래프를 도시한다. WT의 발전기는 모터로서 작동되고, 테스트 벤치의 모터는 발전기로서 작동한다. 회전 방향은 테스트 A와 비교하여 변경되지 않는다(도 12).
도 14는 여기서 도 12에 도시된 테스트 A와 도 13에 표시된 테스트 B 간의 파워 차이가 토크 교정의 기초로서 사용될 수 있음을 도시한다.
도 15는 추가 그래프에서 제1 테스트 A를 도시한다. 기어 유닛이 있는 테스트 벤치의 동작에 관한 것이다.
도 16은 제2 테스트 B의 추가 그래프를 도시한다(도 15 참조). 회전 방향은 도 15의 테스트 A와 비교하여 변경되지 않는다.
도 17은 여기서 도 15와 도 16의 테스트 A와 테스트 B 간의 파워 차이가 토크 교정의 기초로서 사용될 수 있음을 도시한다.
도 18은 테스트 A/테스트 1에 대한 그래프를 도시한다. WT의 구동 트레인을 구동하는 구동 모터가 있는 테스트 벤치의 동작에 관한 것이다. 기어 유닛과 발전기 사이에 정밀한 토크 센서가 설치되어 있다.
도 19는 테스트 B에 대한 그래프를 도시한다. 테스트 A(도 18)와 비교할 때, 테스트 벤치와 WT의 역 동작이 발생한다. 회전 방향도 마찬가지로 반대이다.
도 20은 구동 트레인의 양측 단부의 측정 지점에서 측정된 도 18 및 도 19에 도시된 두 개의 테스트의 파워 그래프를 도시한다.
이하에서, 기어 유닛(4)은 구동 트레인(1)의 하위 구성요소에 대한 일례로서 기능한다. 기어 유닛(4) 구성요소의 전후에서, 토크 센서(28, 29)(도 1 및 도 2에서, 기어 유닛(4)의 좌측과 우측에 있는 지점(2 및 3))을 사용하여 토크 측정이 수행된다. 측정이 모두 매우 정확할 필요는 없다. 또한, 회전 속도는, 예를 들어, 측정 지점(2, 3, 또는 5)에서 회전 속도 센서(30)를 사용하여 측정되고 있다. 구동 트레인은, 예를 들어, 나셀(nacelle) 테스트 벤치에서 테스트될 수 있다.
제1 테스트 실행/테스트에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동 트레인(1)은 테스트 벤치의 모터(6) 형태의 구동 유닛에 의해 제1 단부에서 구동되고, 구동 트레인의 제2 단부(1b)에 있는 제2 구동 유닛(7)은 일반 발전기 모드에서 동작된다. 동력 흐름 또는 에너지/파워 흐름의 방향은 좌측에서 우측으로 화살표(8a)에 의해 표시되며, 발전기에 연결된 정류기는 참조번호(9)로 표시된다. 라인(10)은 구동 트레인을 따른 각각의 지점에서 국부적으로 작용하는 토크 및/또는 전달되는 파워의 수준을 나타낸다. 풍력 터빈의 메인 샤프트를 형성하는 구동 트레인(1)의 개략적으로 도시된 부분은 참조번호(11)로 표시된다. 샤프트 어댑터는 참조번호(12)로 표시되고, 테스트 벤치의 구동 샤프트는 참조번호(13)로 표시된다. 테스트 벤치의 구성요소와 테스트 단편이 장착될 수 있는 기계 지지대는 참조번호(14)로 표시된다. 구동 트레인을 따른 경로(x)는 그래프의 수평축에 그려지는 반면, 각 지점에서 구동 트레인을 따라 측정되는 토크(또는 상기 토크에 명백하게 의존하는 변수) 또는 이에 비례하여 국부적으로 전달되는 파워(P)은 수직축에 그려진다.
기능적으로 유사한 부품들은 동일한 참조부호에 의해 다음의 모든 도면에서 표시된다.
제2 테스트 실행/테스트에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동 트레인(1)은 제2 단부(1b)로부터 테스트 벤치의 모터를 구동하고, 따라서 발전기(7)/구동 트레인(1)의 제2 구동 유닛이 모터 동작 모드에서 동작한다. 여기서, 구동 트레인은 제1 테스트 실행에 비해 반대 회전 방향으로 제2 테스트 실행 중에 회전한다. 여기서 회전 속도는 구동 트레인의 모든 지점에서 제1 테스트 실행의 회전 속도에 대응해야 한다. 우측에서 좌측으로의 동력 흐름 방향은 화살표(8b)로 표시된다.
도 5에 도시된 바와 같이 구동 트레인의 좌측/지점(2) 혹은 도 4에 도시되고 지점(3)으로 표시된 바와 같이 구동 트레인(1)의 기어 유닛의 우측/제2 단부(1b)/제2 샤프트 부분에서의 두 개의 테스트 실행시 측정되는 기계적 파워는 바람직하게 동일한 값이어야 한다. 이를 위해 구동 유닛(6, 7)의 구동 토크 또는 파워는 적절하게 제어된다. 또한, 기어 유닛의 다른 상태, 예를 들어, 온도, 윤활 및 냉각 시스템의 상태도 양측 테스트에서 최대한 일정하게 유지되어야 한다.
기술된 두 개의 테스트는 이하 테스트 A(제1 테스트) 및 테스트 B(제2 테스트)로 지칭될 것이다. 도 3에서, 구동 트레인의 두 개의 단부 중 하나에서 양측 테스트에 대해 파워와 토크가 동일한 수준으로 유지되지 않는 경우에 대한 비교를 위해 양측 테스트에 대하여 전달되는 파워가 그래프로 표시된다.
각각의 개별 테스트에서 기어 유닛의 파워 손실은 다음과 같이 결정된다.
Figure pct00013
양측 테스트에서 총 파워 손실은 다음과 같다.
Figure pct00014
가정:
Figure pct00015
개별 테스트의 효율은 다음과 같이 결정된다.
Figure pct00016
위에서 제시된 방법은, 예를 들어, DE 10 2018 203 525 B3에 따른 방법, 즉, 한 개 또는 두 개의 구동 유닛에서 전력의 추가 측정과 결합될 수 있다.
다음에 따르는 불확실성을 고려하는 예는 본 발명에 따른 방법에 의해 비교적 큰 측정 불확실성으로 놀라울 정도로 높은 정확도가 달성됨을 보여준다.
측정 정확도의 측면에서 이 방법의 장점을 설명하기 위해, 여기서는 기어 유닛의 효율 결정의 불확실성을 고려하는 예를 제시한다.
가정:
1. 각 경우의 전후(좌측/제1 단부 및 우측/제2 단부)에 구동 유닛으로부터 고려된 바와 같은 토크 측정의 측정 오차
a. 감도의 ±5%
b. ±0.5% * 오프셋에 대한 최종 값
2. 기어 유닛으로부터의 효율:
Figure pct00017
a. 일반 모드에서 97%
b. 반전 모드에서 97%
3. 미미한 회전 속도의 측정 오차
4. 공칭 출력 1000 kW, 공칭 회전 속도 9.55 rpm
토크 측정의 불확실성을 기반으로 효율성이 신뢰할 수 있게 결정될 수 없다는 점은 명백하다.
도 4에 도시된 바와 같이 두 개의 테스트로 이루어지는 측정 조합의 경우의 도출:
각 계산에서 P는 파워를 의미하고, T는 토크를 의미하며 ω는 각속도 또는 회전 속도를 의미한다. 각 경우의 지수는 측정될 구동 유닛 또는 구성요소의 우측 또는 좌측을 나타내고, 문자 A 및 B는 제1 테스트 또는 제2 테스트를 나타낸다.
1. 전체 손실의 측정 오차
Figure pct00018
델타 값만이 관련되므로, 토크 측정 오프셋의 측정 오차가 제거된다.
따라서,
Figure pct00019
의 불확실성은 ±5%이다.
2. 파워(
Figure pct00020
및
Figure pct00021
)의 측정 오차: 각 경우에, 측정값과 관련하여 측정 오차는 전체 ±6%이다. 여기에는 감도의 5% 측정 오차 및 다른 유형의 기타 측정 오차가 포함된다.
가정 :
Figure pct00022
의 실제 값은 1000 kW이고, 그러면
Figure pct00023
Figure pct00024
가
Figure pct00025
에 정확히 대응한다고 가정:
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
총 효율 =
Figure pct00029
Figure pct00030
의 +5% 측정 오차 및
Figure pct00031
의 -6%를 가정하면,
Figure pct00032
의 가능한 최대 측정 오차가 발생한다:
Figure pct00033
여기서,
Figure pct00034
Figure pct00035
2 = 93.3984%
Figure pct00036
오차는 96.64% - 97% = -0.36%이다. 토크 측정의 5% 오차와 비교할 때, 이는 상당히 개선된 것이다.
일부 단순화되고 최적화된 가정이 계산에 포함되었지만, 편차가 있더라도 이점은 원칙적으로 여전히 대부분 유지된다.
1. 변형예 I
예를 들어 기어 유닛 테스트 벤치와 같은 기계적 구성요소에 대한 테스트 벤치에서의 효율 결정.
기어 유닛(4)이 풍력 터빈(WT) 구동 트레인 없이 테스트되는 경우, 기어 유닛은 테스트 벤치의 전기 기계(6, 7)에 의해 양측에서 구동될 수 있다. 전술한 방법이 또한 사용될 수 있다.
테스트 중에는 하나의 기어 유닛만이 있으므로, 기어 유닛에 기생 부하를 인가하기 위해 특정 부하 인가 유닛(Load Application Unit; LAU) 시스템이 사용될 수 있다. 변형예는 도 6, 도 7 및 도 8에 도시되어 있고, 이들 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 6은 테스트 A의 설정을 도시한다. 기어 유닛은 모터(6)에 의해 좌측으로부터 구동된다. 제2 구동 유닛(7)은 발전기 모드에서 동작한다.
도 7은 테스트 B(제2 테스트)에 대한 설정을 도시한다. 기어 유닛은 모터(7)에 의해 우측으로부터 구동된다. 모터(6)는 발전기 모드에서 동작한다. 구동 트레인의 모든 샤프트 부분의 회전 방향은 도 6의 테스트 A와 비교하여 반대이다.
도 8은 지점(2)(테스트될 구동 트레인의 제1 단부/좌측) 및 지점(3)(구동 트레인의 제2 단부/우측)에서 전달되는 파워 및 토크의 수준을 도시한다. 설명된 두 개의 테스트에서, 우측(지점(3))의 파워들은 거의 동일하게 유지된다.
파워는, 토크(지점(2 및 3(에서 측정) 및 회전 속도(이 측정 위치는 구동 트레인을 따라 선택 가능하며, 토크 측정 부근에서 최적화됨)의 측정으로부터 쉽게 결정될 수 있다.
각 계산에서, P는 파워, T는 토크, ω는 각속도 또는 회전 속도를 의미한다. 각 경우의 지수는 측정될 구동 트레인 또는 구성요소의 우측 또는 좌측을 나타내고, 문자 A 및 B는 제1 테스트 또는 제2 테스트를 나타낸다.
예를 들어:
Figure pct00037
전체 파워 손실:
Figure pct00038
가정:
Figure pct00039
개별 테스트의 효율은 다음과 같이 결정된다.
Figure pct00040
2. 변형예 II
이 변형예는, 양측 테스트가 동일한 회전 방향으로만 수행되어야 하는 경우에 유용하므로, 작용하는 토크 방향이 테스트 1로부터 테스트 2로 역전된다.
소정의 경우에, 예를 들어, 기어 유닛의 플레인 베어링 또는 헬리컬 톱니의 동작으로 인해, 테스트되는 구동 트레인 또는 구성요소가 하나의 특정 회전 방향으로만 동작할 수 있는 경우가 있다.
예를 들어, 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 기어 유닛 테스트 벤치를 고려한다.
도 9는 제1 테스트/테스트 A에 대한 설정을 도시한다. 기어 유닛은 모터(6)에 의해 좌측으로부터 구동된다. 전기 기계(7)는 발전기 모드에서 동작한다.
도 10은 제2 테스트/테스트 B의 설정을 도시한다. 기어 유닛(7)은 모터 동작 시 전기 기계(7)에 의해 우측으로부터 구동된다. 모터/전기 기계(6)는 발전기 모드에서 동작한다. 회전 방향은 테스트 A와 비교하여 테스트 B에서 변경되지 않는다. 변경되지 않은 회전 방향으로 인해, 작용하고 측정되는 토크의 부호가 변경된다.
도 11은 구동 트레인의 지점(2와 3) 또는 단부(1a와 1b)에서 구동 트레인을 따라 측정되는 파워 또는 토크의 그래프를 도시한다. 곡선(16)은 테스트 1/테스트 A의 토크/파워를 도시한다. 테스트 B(곡선(15)에서 측정된 토크 및 파워의 부호 변경으로, 양측 테스트의 전체 파워 손실이 넓은 토크 범위에 걸쳐 결정될 수 있다.
파워는 토크와 회전 속도의 검출에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
예를 들어:
Figure pct00041
전체 파워 손실:
Figure pct00042
참고: 파워 손실은 절대값으로서 정의된다.
Figure pct00043
가정 :
Figure pct00044
개별 테스트의 효율은 다음과 같이 결정된다.
Figure pct00045
이 방법의 불확실성은 소위 오프셋 오차와 관련하여 매우 민감하다. 테스트 B의 토크 또는 파워 값은 0 수준(부호 변경)에서 미러링되므로, 이 0 수준을 정확하게 결정하는 것이 중요하다. 토크 측정의 드리프트 또는 오프셋은, 예를 들어, 다음과 같은 다양한 방식으로 보상되어 결정될 수 있다.
제로 보상 방법 1: 토크가 제로인 측정 지점을 정의하기 위해, 조립(널링) 전에 토크 측정을 한 번 테스트한다.
제로 보상 방법 2: 유휴 모드에서, 구동 트레인이 일측으로부터 제1 방향으로 한 번 천천히 회전한 다음 반대 방향으로 한 번 회전한다. 두 개의 테스트에서 토크 측정값들의 평균값이 제로 토크로서 정의된다.
3. 변형예 III
이 예는 변형예 II와 동일한 방법을 설명하지만, 예를 들어, 이후에 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명될 풍력 터빈의 구동 트레인과 같은 전기 기계에 적용된다. 예를 들어 전류 및 전압 센서(31)에 의해 우측 또는 또한 좌측에서 결정된 파워(
Figure pct00046
및
Figure pct00047
)은, 예를 들어, 토크 및 속도 측정 대신 또는 이에 더하여 전류 및 전압 측정에 의해 전력의 형태로 결정될 수 있다. 따라서, 위에 제시된 측정 방법을 확인, 교정, 교체, 또는 보완할 수 있다. 본 발명에 따른 방법과 결합된 전기적 측정으로 인해, 발전기 및 잠재적으로 또한 정류기를 포함하는 전체 설비의 효율도 측정될 수 있다. 이 측정 방법에 의해서도, 동일하거나 다른 회전 방향, 즉, 토크들의 상이한 방향 또는 동일한 방향이 양측 테스트에 대해 선택될 수 있다.
4. 토크 교정 방법
따라서, 특허 DE 10 2018 203 525에 대한 대안 또는 보완인 토크 측정을 교정하는 방법은 본원에 설명된 방법과 함께 찾을 수 있다.
4.1 확장예 I
예를 들어, 본원에 설명된 경우, 테스트 B의 구동 트레인은 반대 방향으로 회전하지 않고, 대신 회전 방향이 변경되지 않은 상태로 유지된다. 토크 측정이 교정될 수 있다. 그 예는 도 12, 도 13 및 도 14에 도시되어 있다.
도 12는 제1 테스트의 설정에서 테스트 벤치에 발전기가 있는 WT(20)의 일부를 도시하며, WT의 메인 샤프트(11)는 모터(6)에 의해 샤프트 어댑터(12)를 통해 제1 단부로부터 제1 테스트에서 구동된다. 정류기(9)는 WT의 발전기에 전기적으로 연결된다. WT(20)는 발전기 외에도 기어 유닛과 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 전달되는 파워의 수준은 곡선(21)에 의해 구동 트레인을 따라 도시된다. 전달되는 파워 또는 에너지/동력의 흐름은 도 12에서 좌측에서 우측으로 향한다.
도 13은 제2 테스트/테스트 B에 대한 설정을 도시한다. WT(20)는 모터로서 동작되고, 테스트 벤치의 모터(6)는 발전기로서 동작된다. 회전 방향은 테스트 A/테스트 1과 비교하여 변경되지 않는다. 에너지 흐름 또는 동력 흐름은 우측에서 좌측으로 향한다. 곡선(22)은 구동 트레인을 따라 전달되는 파워/에너지/토크의 수준을 나타낸다.
도 14는 곡선들(21, 22)이 하나가 다른 하나 위에 있는 상태로 양측 테스트 모두에 대하여 구동 트레인을 따른 파워/토크의 과정을 도시한다. 테스트 A와 테스트 B 사이의 파워의 차이는 토크 교정의 기초로서 사용될 수 있다. 곡선(22)의 경우, 동력의 흐름이 우측에서 좌측으로 곡선(21)의 반대 방향으로 진행된다.
다음은 참이다.
Figure pct00048
손실들은, 대략
Figure pct00049
로 서로 보상하였으므로, 등식에서 하위 역할만 수행한다.
따라서 교정될 측(기계적 측정)과 기준 측정(전기적 측정) 사이의 등식이 생성된다. 상이한 작업 지점들, 즉, 상이한 파워 및 토크 수준에서 등식 또는 복수의 이러한 등식에 기초하여 교정이 가능하다. 완전한 교정을 가능하게 하려면, 제로 토크에 대한 등식이 필요하다.
서로 다른 작업 지점에서 얻은 델타 파워의 등식만으로는, 민감도만이 잘 결정될 수 있으며, 즉, 인자(a)만이 결정될 수 있고, 인자(b)는 결정될 수 없다. 등식
Figure pct00050
에서,
Figure pct00051
의 절대값이 거의 0이므로, 인자(b)는 매우 작은 역할을 한다.
예시적인 가능성이 아래에 제시되어 있다.
가정: 여기서 토크 측정은, 토크(T)에 대한 선형 참조를 통해 변환될 수 있는 원시 신호(ε)에 의해 주어진다.
Figure pct00052
파라미터(a와 b)는 교정에서 결정될 것이다.
Figure pct00053
다음 등식에서, 결정될 파라미터(a 및 b) 외에도 다른 모든 파라미터가 알려져 있다.
Figure pct00054
는 생략될 수 있거나 가정된 값으로 대체될 수 있다.
Figure pct00055
파라미터(a 및 b)는, 예를 들어, 제로 토크 상태의 추가 등식을 이용하여 결정될 수 있다.
Figure pct00056
4.2 확장예 II
토크 측정을 교정하기 위한 또 다른 대체 방법에서, 교정은 전력 측정이 아닌 기계적 측정에만 기반한다.
전력 대신, 천천히 회전하는 샤프트의 토크 측정 교정은, 또한, 기어 유닛의 다른 측에 있는 빠르게 회전하는 샤프트의 토크 센서에 의해 간접적으로 실현될 수 있다.
여기서 제시된 아이디어는 "확장예 I"과 유사하지만, 전력 대신 토크 센서로 기계적 파워를 측정하고 회전 속도를 감지한다는 차이점이 있다. 이는 도 15, 도 16 및 도 17을 참조하여 설명될 것이다. 토크 측정은 테스트 벤치의 두 개의 전기 기계(6, 7) 사이의 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a) 및 제2 단부(1b)에서 행해진다. 전달되는 기계적 파워(P)의 프로파일 곡선(23 및 24)에서, 측정 지점들은 다른 도면에서와 같이 참조번호(2 및 3)로 표시된다.
도 15는 제1 테스트/테스트 A의 설정을 도시한다. 샤프트 부착물이 있는 기어 유닛(4)이 테스트 벤치에서 테스트 객체로서 측정된다. 제1 기계/구동 유닛(6)은 모터로서 동작되고, 제2 기계/구동 유닛(7)은 부하 또는 발전기로서 동작된다.
도 16은 제2 테스트/테스트 B에 대한 설정을 도시한다. 기계(7)는 구동 모터로서 동작되고, 기계(6)는 부하/발전기로서 동작된다. 회전 방향은 양측 테스트 모두에서 변경되지 않는다.
도 17은 두 개의 곡선(23 및 24)을 도시하며, 구동 트레인을 따라 전달되는 파워 또는 전달되는 토크의 수준을 나타낸다. 테스트 A와 테스트 B 사이의 양측 단부에서 전달되는 파워의 차이가 토크 교정의 기초로서 사용될 수 있다.
도 14에 따른 상황과는 대조적으로, 이 예에서는, 측정된 전력이 측정된 토크 및 회전 속도로 대체된다. 다시 말하면, 측정될 구동 트레인의 좌측/제1 또는 우측/제2 단부에서의 토크 측정이 각 경우에 서로를 통해 교정될 수 있다. 예를 들어, 우측의 토크 측정이 예를 들어 기어 유닛에 의한 감소로 인해 좌측의 토크 측정보다 더 정확하면, 좌측의 측정이 우측의 측정으로 교정될 수 있다.
4.3 확장예 III
전술한 테스트 방법은, 대응하는 낮은 토크를 갖고 이에 따라 필요한 정확도로 검출될 수 있는 기어 유닛의 빠르게 회전하는 측에서, 예를 들어 소위 토크 트랜듀서에 의해 충분한 정확도로 토크 측정이 수행되는 조건에서, 토크 교정으로서 사용될 수 있다. DE 102018203525에 따른 상황과는 대조적으로, 이러한 더욱 정확한 기계적 측정이 전력 측정 대신 교정 기준으로서 사용된다.
도 18 내지 도 20은 WT 구동 트레인의 기어 유닛과 발전기 사이에 설치된 정밀 토크 센서의 사용에 관한 것이다.
도 18은 제1 테스트/테스트 A에 대한 설정을 도시한다. 테스트 벤치의 모터(6)는 WT의 메인 샤프트(11)를 구동한다. 따라서, 기어 유닛(4)과 발전기(7)가 구동된다. 기어 유닛과 발전기 사이의 측정 지점(3)에는 정밀한 토크 센서가 설치되어 있다. 더 높은 회전 속도에서, 토크 센서는, 모터(6)와 기어 유닛 사이의 측정 지점(2)에 설치되고 여기서 더 낮은 회전 속도에서 토크를 측정하는 토크 센서보다 상당히 정확하게 토크를 측정한다. 파워/토크 손실은 곡선(25)으로 도시된다.
도 19는 WT의 발전기(7)가 테스트 벤치의 모터(6)를 구동하는 테스트 벤치와 WT의 역동작에서, 제2 테스트/테스트 B의 설정을 도시한다. 에너지 흐름/토크 전달 방향은 화살표(8a 및 8b)로 도시되고, 파워/토크 손실은 곡선(26)으로 표시된다. 회전 방향은 제1 테스트와 비교하여 제2 테스트에서 역전된다.
두 개의 토크 측정 사이의 구동 트레인의 파워 손실에 대해, 다음이 참이다.
Figure pct00057
가정:
Figure pct00058
Figure pct00059
테스트 A와 테스트 B가 다른 작업 지점에서 반복되면, 추가 등식을 설정할 수 있고, 등식 시스템을 적어도 대략 풀 수 있다. 이러한 방식으로 교정이 가능하다.

Claims (15)

  1. 구동 트레인(1), 특히 풍력 터빈(4, 7, 11)의 구동 트레인(1) 또는 구동 트레인의 일부의 효율을 확인하는 방법으로서,
    상기 구동 트레인(1)은, 제1 구동 장치(6)에 의해 구동가능한 제1 샤프트 부분(11)을 갖는 제1 단부(1a) 및 제2 구동 장치(7)에 의해 구동가능한 제2 샤프트 부분(27)을 갖는 제2 단부(1b)를 구비하고, 이들 단부 사이에는 기계적 전달 요소, 특히 기어 유닛이 배치되고, 상기 구동 트레인(1)의 제1 단부는 제1 테스트에서 구동되고, 상기 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a)에서 검출되고, 상기 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)에서 검출되고, 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)는 제2 테스트에서 구동되고, 상기 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)에서 검출되고, 상기 제1 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a)에서 검출되고, 실험이나 경험 또는 분석에 기초하여 미리 결정된 적어도 하나의 가정을 고려하여 상기 제1 테스트 및/또는 상기 제2 테스트에서 결정된 파워로부터 및/또는 상기 토크들에 의존하는 상기 변수들로부터 효율이 확인되는, 방법.
  2. 테스트 벤치(6, 14)에서 구동 트레인(1) 또는 구동 트레인의 일부, 특히 풍력 터빈(4, 7, 11)의 구동 트레인의 토크 측정을 교정하는 방법으로서,
    상기 구동 트레인은, 제1 구동 장치(6)에 의해 구동가능한 제1 샤프트 부분(11)을 갖는 제1 단부(1a) 및 제2 구동 장치(7)에 의해 구동가능한 제2 샤프트 부분(27)을 갖는 제2 단부(1b)를 구비하고, 이들 단부 사이에는 기계적 전달 요소, 특히 기어 유닛(4)이 배치되고, 상기 구동 트레인의 제1 단부는 제1 테스트에서 구동되고, 상기 제1 샤프트 부분(11)에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a)에서 검출되고, 상기 제2 샤프트 부분(27)에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)에서 검출되고, 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부는 제2 테스트에서 구동되고, 상기 제2 샤프트 부분(27)에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)에서 검출되고, 상기 제1 샤프트 부분(11)에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 구동 트레인(1)의 제1 단부(1a)에서 검출되고, 유사하게 결정된 회전 속도를 고려하여 상기 제1 테스트 및 상기 제2 테스트에서 결정된 파워들로부터 교정 파라미터들(a, b)이 확인되고, 실험, 경험, 또는 분석에 기초하여 미리 결정된 적어도 하나의 가정을 고려하여, 상기 제1 및 제2 테스트는 적어도 두 개의 상이한 토크 스테이지들에 대하여 수행되며, 상기 상이한 토크 스테이지들 중 하나는 제로 토크 스테이지인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 효율을 결정하거나 상기 토크 측정을 교정하기 위한 가정은 상기 제1 테스트의 효율이 상기 제2 테스트의 효율과 같다는 가정인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 효율을 결정하거나 상기 토크 측정을 교정하기 위한 가정은 상기 두 개의 테스트 중 하나의 파워 손실이 상기 두 개의 테스트의 전체 파워 손실의 특정 비율인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트 부분의 토크를 확인하기 위해, 이 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수는 센서에 의해, 바람직하게는 스트레인 게이지를 사용하여 측정되고/되거나 상기 샤프트 부분의 각도 위치(θ) 또는 회전 속도(ω)는 바람직하게 증분 인코더를 사용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 테스트와 상기 제2 테스트를 위한 기계적 파워는 상기 제1 및 제2 샤프트 부분에 작용하는 상기 토크들에 의존하는 변수들로부터 각각 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 구동측 및/또는 출력측에 대한 상기 제1 테스트 및/또는 상기 제2 테스트에서, 각 경우에, 모터 또는 발전기로서 동작하는 구동 유닛(6, 7)의 파워는 상기 제1 및 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수로서 추가로 또는 배타적으로 측정되고, 특히 상기 구동 유닛들 중 하나에서의 파워를 결정하기 위해 적어도 하나의 전압과 적어도 하나의 전류가 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 테스트 및 상기 제2 테스트에 대해, 테스트 파워 손실이 확인되고, 이러한 두 개의 확인된 테스트 파워 손실이 가산되어 총 파워 손실을 제공하고, 상기 총 파워 손실을 사용하여 상기 효율이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 샤프트 부분 또는 상기 제2 샤프트 부분에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 결정하기 위해, 센서(28, 29)의 측정 신호가 평가되고, 상기 센서는 특정 샤프트 부분(11, 27) 상에 배치되고, 또는 상기 특정 샤프트 부분인 샤프트 어댑터(12) 및 인접하는 샤프트 부분 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 테스트 동안 상기 구동 트레인(1)은 상이한 작업 지점들에서 동작되고, 상기 제2 테스트 동안 상기 구동 트레인(1)은 상이한 작업 지점들에서 동작되고, 상기 제1 및 제2 테스트에서 동작되는 상기 작업 지점들은 바람직하게 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 테스트에서, 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)는, 상기 제2 테스트에서 상기 제1 샤프트 부분(11)에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 제1 테스트에서 결정된 상기 제1 샤프트 부분(11)에 작용하는 토크에 의존하는 변수와 동일하다는 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 테스트에서, 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부(1b)는, 상기 제2 테스트에서 상기 제2 샤프트 부분(27)에 작용하는 토크에 의존하는 변수가 상기 제1 테스트에서 결정된 상기 제2 샤프트 부분(27)에 작용하는 토크에 의존하는 변수와 동일하다는 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 테스트 동안 상기 제1 및 제2 샤프트 부분(21, 27)의 회전 방향은 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 샤프트 부분(11)에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 사용하여 결정되는 기계적 파워(
    Figure pct00060
    및
    Figure pct00061
    )는,
    Figure pct00062
    및
    Figure pct00063
    에 기초하여 상기 제1 테스트 및 상기 제2 테스트에 대하여 두 개의 상수(a, b)에 의존하고, 여기서 k는 상기 제1 테스트(
    Figure pct00064
    ) 및 상기 제2 테스트(
    Figure pct00065
    )의 (적분으로서 전달되는 에너지의 형태로 된) 손실들 간의 비이고, 상기 교정 파라미터(a, b)는 토크(
    Figure pct00066
    )를 결정하도록 확인되고, 여기서 T는 토크이고,
    Figure pct00067
    는 상기 제1 샤프트 부분(11)에 작용하는 토크에 의존하여 측정되는 변수인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 구동 트레인(1), 특히 풍력 터빈의 구동 트레인(1) 또는 구동 트레인의 일부의 효율을 확인하고/하거나 토크 측정을 교정하는 장치로서,
    상기 구동 트레인의 제1 단부(1a)를 구동하기 위한 제1 구동 장치(6)를 포함하고, 상기 구동 트레인의 제2 단부(1b)를 구동하기 위한 제1 구동 장치(7)를 포함하고, 또한, 상기 구동 트레인의 제1 단부에서 상기 구동 트레인(1)의 제1 단부에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 검출하기 위한 제1 측정 장치(28)를 포함하고, 상기 구동 트레인의 제2 단부에서 상기 구동 트레인(1)의 제2 단부에 작용하는 토크에 의존하는 변수를 검출하기 위한 제2 측정 장치(29)를 포함하고, 상기 구동 트레인의 회전 속도 또는 회전 각도를 검출하기 위한 적어도 하나의 제3 측정 장치(30)를 포함하는 장치
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