ET 4063 研究項(xiàng)目, 其由德國聯(lián)邦研究和產(chǎn)業(yè)部委員會(huì)資助 [1], 已經(jīng)清晰地顯示出風(fēng)能能夠確保我們的能源供應(yīng)。圖1 為當(dāng)時(shí)的測試工廠。
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ET 4063 研究項(xiàng)目, 其由德國聯(lián)邦研究和產(chǎn)業(yè)部委員會(huì)資助 [1], 已經(jīng)清晰地顯示出風(fēng)能能夠確保我們的能源供應(yīng)。圖1 為當(dāng)時(shí)的測試工廠。
在這個(gè)研究項(xiàng)目中，使用的是 HBM T30FN 扭矩傳感器 ，其最大量程為 10 kN?m。
F 代表著 調(diào)頻信號(hào)的傳輸方法。 這意味著測量信號(hào)和電源供電都才有無線傳輸方法，耦合方式不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生任何影響，包括空氣縫隙的變化。
N 表示磁學(xué)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)的功率可以通過扭矩和轉(zhuǎn)速來表示。
圖2 顯示 扭矩傳感器 被安裝在發(fā)電機(jī)和葉片中間。
圖 3 清晰地顯示風(fēng)速和扭矩之間的關(guān)系。 [2]. 隨著風(fēng)速的增加，扭矩也增加 - 但轉(zhuǎn)速不變。結(jié)果: 額外的機(jī)械動(dòng)力產(chǎn)生，其意味著發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生更多的電能。
今天，風(fēng)能已經(jīng)成為主要可再生能源之一，并極具增長力。隨著能源的的需求快速增加，近幾年來一直呈現(xiàn)出爆炸式的增長。
90年代初，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率為 200 kW。今天起平均為 2 MW。15年來功率增長了10倍，其主要由于采用了更大的轉(zhuǎn)子，直徑增加一倍，有效面積將增加了4倍。
轉(zhuǎn)子的輸出 通過扭矩和角速度的乘積獲得.
P = 輸出 N?m/s (1N?m/s = 1 W = 0.00136 metric hp)
M = 扭矩 N m
ω = 角速度 s-1
N = 轉(zhuǎn)速 in rpm
其他等式給出了扭矩和其他量之間的關(guān)系的關(guān)系, 扭矩必須被測量。
扭矩沒有辦法直接計(jì)算，因?yàn)槠涫艿狡渌獠恳蛩氐挠绊懀缯駝?dòng)和啟動(dòng)性能。扭矩測量的基本信息在 [3].
在風(fēng)力渦輪機(jī)中，不同的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)速度會(huì)產(chǎn)生沖突。通過兩個(gè)電極，轉(zhuǎn)速 1500 rpm 能夠產(chǎn)生 50 Hz 的頻率。 [4].
沖突的解決方案是使用減速機(jī)，以降低轉(zhuǎn)速，增加扭矩產(chǎn)生更大的功率?，F(xiàn)代兆瓦級(jí)風(fēng)力渦輪機(jī) [5], 其能夠?qū)⑥D(zhuǎn)速降低到 14 rpm，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸（轉(zhuǎn)速為 1400-1650 rpm）。 圖4 顯示的為 T10FM* 扭矩法蘭安裝在發(fā)電機(jī)輸入端。
風(fēng)力渦輪機(jī)的減速機(jī)重達(dá)數(shù)噸，大多數(shù)采用緊湊，復(fù)合型行星齒輪裝置。即使在今天很多談?wù)摰臒o齒輪風(fēng)力渦輪機(jī)，由葉片產(chǎn)生的扭矩要非常高，才能產(chǎn)生足夠的電力。
* T10FM 扭矩傳感器已經(jīng)停產(chǎn)，其被數(shù)字式扭矩傳感器 T40FM 替代。
扭矩測量范圍從數(shù) kN?m 到數(shù) MN?m。例如:
發(fā)電機(jī): P=2 MW
減速機(jī): 1:100
2 MW 的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速為 1500 rpm，采用以下公式計(jì)算:
(1) MD=12.74 kN?m / n=1500 rpm
(2) MD=1.3 kN?m / n=15 rpm
低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)正在討論中。但是扭矩傳感器幾乎達(dá)到了其極限。圖 5 為 1.5 MN 扭矩傳感器。
圖5: 1.5 MN 扭矩傳感器
但是，這個(gè)巨大的扭矩傳感器不能保證其標(biāo)定的可追溯性。德國度量衡研究院安裝的全球最大的扭矩標(biāo)定設(shè)備。 其標(biāo)定的最大扭矩為 1.1 MN ，精度等級(jí)為 0.1% [6]. HBM 目前可以提供的扭矩標(biāo)定 見 表 6.
圖 6: HBM 扭矩標(biāo)定范圍
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