本實用新型屬于模擬風(fēng)電機(jī)組不平穩(wěn)風(fēng)速輸入的試驗臺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著國家對清潔可再生能源的重視，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(風(fēng)電機(jī)組)在中國得到了較為快速的發(fā)展，裝機(jī)量逐年提升，關(guān)于風(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)監(jiān)測與維護(hù)逐漸成為行業(yè)研究熱點。因風(fēng)電機(jī)組工作環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜，故障維修成本較高，常規(guī)現(xiàn)場檢測與維護(hù)較為困難，很多研究者擬通過實驗室模擬試驗的方式研究其故障與維護(hù)特點，以降低維修成本和提高風(fēng)電機(jī)組利用率。目前國內(nèi)外具有針對某些特定型號風(fēng)電機(jī)組的試驗平臺，如平行軸傳動故障模擬平臺，風(fēng)電機(jī)組葉輪故障模擬平臺，風(fēng)電機(jī)組葉片載荷與故障模擬平臺、鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動風(fēng)電機(jī)組模擬試驗臺等。但實際風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)尤其是以齒輪箱為代表的主軸傳動鏈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本在整機(jī)中占有較大比重，因為齒輪箱多為監(jiān)測重點?，F(xiàn)在的某些大型風(fēng)電機(jī)組齒輪箱需要把低速的葉輪轉(zhuǎn)速提升到較高的發(fā)電機(jī)額定輸入轉(zhuǎn)速，需要較大的傳動比。一般的平行軸減速箱無法達(dá)到如此高的傳動比，因而齒輪箱多采用太陽行星輪系結(jié)合高速平行軸傳動的方式。

現(xiàn)有很多試驗臺在模擬不平穩(wěn)風(fēng)速輸入時采用鼓風(fēng)機(jī)的形式，這種模擬風(fēng)速的試驗臺結(jié)構(gòu)不緊湊，占用較大空間，且運(yùn)行時對實驗環(huán)境要求較高，不允許出現(xiàn)風(fēng)流干擾。特別是一些葉片較長、掃風(fēng)面積較大的風(fēng)電機(jī)組試驗臺，占用的空間更大，甚至需要建立單獨的風(fēng)洞進(jìn)行試驗，這就限制了此類風(fēng)速模擬裝置的大規(guī)模推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供了一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置，可以模擬風(fēng)電機(jī)組試驗臺不平穩(wěn)風(fēng)速的輸入，且該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可以大規(guī)模推廣。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置，包括依次連接的電動機(jī)、齒輪箱和風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述電動機(jī)、齒輪箱和風(fēng)力發(fā)電機(jī)固定在一個試驗臺面上；

所述電動機(jī)通過聯(lián)軸器與齒輪箱相連；

所述齒輪箱通過同步帶輪裝置與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連；

所述電動機(jī)通過齒輪箱和同步帶輪裝置輸出動力到所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述同步帶輪裝置由前同步輪、同步帶和后同步輪依次連接組成，所述齒輪箱連接所述前同步輪，所述后同步輪連接所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述電動機(jī)通過導(dǎo)線連接有變頻器，所述變頻器通電運(yùn)行后，通過旋鈕調(diào)節(jié)輸出給電動機(jī)的電源頻率，以調(diào)節(jié)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速公式如式所示：

式中，n₀為電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電動機(jī)的磁極對數(shù)。

進(jìn)一步的，所述齒輪箱的輸入轉(zhuǎn)速等于所述電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步的，齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)速n₁為：

式中，i₁為齒輪箱的減速比，n₀為電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電動機(jī)的磁極對數(shù)。

進(jìn)一步的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速n為：

式中，i₂為前同步輪到后同步輪的轉(zhuǎn)速比，i₁為齒輪箱的減速比，n₀為電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電動機(jī)的磁極對數(shù)。

進(jìn)一步的，所述電動機(jī)、齒輪箱和風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過各自底座的螺栓固定在試驗臺面上。拆卸安裝均方便，無干涉，靈活性好。

因此，通過調(diào)整變頻器的輸出頻率，就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)速，最終調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速。通過變頻器設(shè)置調(diào)速方式，可以模擬風(fēng)電機(jī)組試驗臺不平穩(wěn)風(fēng)速的輸入。

有益效果：本發(fā)明提供的一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置，其有益效果在于，解決了采用鼓風(fēng)機(jī)模擬風(fēng)速裝置的結(jié)構(gòu)不緊湊、對實驗環(huán)境要求較高問題，同時采用和實際風(fēng)電機(jī)組齒輪箱相同結(jié)構(gòu)的太陽行星輪齒輪箱進(jìn)行模擬，更貼近實際的風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特點。另一方面，試驗臺結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間較小，易于大規(guī)模推廣，具有較好的理論實踐價值和市場前景。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置示意圖；

圖2是本實用新型實施例的后同步輪6結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例的同步帶5某段結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作更進(jìn)一步的說明。

本實用新型為一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置，它包括變頻器、電動機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪箱、同步帶、風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以及按鈕、開關(guān)、導(dǎo)線等附屬部件。該裝置可以通過變頻器調(diào)節(jié)電動機(jī)的輸入電源頻率，從而改變電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。通過齒輪箱、同步帶輪輸出動力到風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本裝置可以模擬風(fēng)電機(jī)組不平穩(wěn)風(fēng)力輸入，減少了鼓風(fēng)機(jī)模擬自然風(fēng)所占的空間和噪聲。采用同步帶傳動，不僅可以節(jié)約裝置所占空間，同時傳遞時不會打滑，效率較高。且該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可以大規(guī)模推廣。

本實用新型的設(shè)計方案如下：

一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置，包括依次連接的變頻器、電動機(jī)1、聯(lián)軸器2、齒輪箱3、前后同步輪4,6、同步帶5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)7，以及按鈕、開關(guān)、導(dǎo)線等附屬部件。變頻器通過導(dǎo)線和電動機(jī)1相連，電動機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過底座的螺栓固定在一個試驗臺面上。

變頻器通電運(yùn)行后，可通過旋鈕調(diào)節(jié)輸出給電動機(jī)1的電源頻率，以調(diào)節(jié)電動機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)速。電動機(jī)1通過聯(lián)軸器2和齒輪箱3相連，因而齒輪箱3的輸入轉(zhuǎn)速就是電動機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)速。齒輪箱3通過前后同步輪4,6、同步帶5和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7相連。

因此，通過調(diào)整變頻器的輸出頻率，就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)齒輪箱3的輸出轉(zhuǎn)速，最終調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)7的輸入轉(zhuǎn)速。通過變頻器設(shè)置調(diào)速方式，可以模擬風(fēng)電機(jī)組試驗臺不平穩(wěn)風(fēng)速的輸入。

電動機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過底座的螺栓固定在試驗臺面上，拆卸安裝均方便，無干涉，靈活性好。

電動機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7連接緊湊，占用空間合理，采用同步帶實現(xiàn)了齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7的平行軸傳動，避免了直接相連造成了傳動鏈過長的問題。且同步帶傳動不會打滑，傳動效率高。

實施例

本實施例適用于一般小型風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速模擬試驗平臺，其他風(fēng)電機(jī)組可以根據(jù)具體結(jié)構(gòu)等參數(shù)對本裝置進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

參照附圖1-附圖2，本實施例的一種同步帶傳動風(fēng)電機(jī)組實驗臺風(fēng)速模擬裝置，它包括變頻器、電動機(jī)1、聯(lián)軸器2、齒輪箱3、前同步輪4、同步帶5、后同步輪6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)7，以及按鈕、開關(guān)、導(dǎo)線等附屬部件。

本實施例中，整個裝置固定在尺寸長80cm，寬50cm，高50cm的試驗臺架上，臺面采用鑄鐵材料，厚15mm。整個試驗臺占用空間較小，實際0.48m³，不超過0.5m³。且臺架柜里有較大空間，可以存儲一些必備的實驗器材、維修維護(hù)設(shè)備等，提高設(shè)備利用率。

本實施例中，總開關(guān)選用四相空氣開關(guān)，閉合空氣開關(guān)后，整個系統(tǒng)通電，就可以起動變頻器開始試驗。

本實施例中，變頻器的功率為1.0kW，可以滿足實施例中的實驗需求。通過調(diào)節(jié)變頻器上的旋鈕可以調(diào)節(jié)其輸出給電動機(jī)1的電源頻率。電源頻率調(diào)節(jié)范圍為0Hz-50Hz。

本實施例中，電動機(jī)1采用三相異步電動機(jī)，額定功率是0.75kW，額定轉(zhuǎn)速是1375r/min，磁極對數(shù)是2對，因而可以得到電動機(jī)1輸出轉(zhuǎn)速公式如式(4)所示。

本實施例中，電動機(jī)1和齒輪箱3通過聯(lián)軸器2連接，聯(lián)軸器選用柔性聯(lián)軸器。這種連接方式具有較好的減震效果，噪聲低，在兩軸安裝不完全對中的情況下也可平穩(wěn)地傳遞載荷。

本實施例中，齒輪箱3采用太陽行星輪減速器，這種結(jié)構(gòu)和實際的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱結(jié)構(gòu)類似，增加模擬的有效性。齒輪箱3的傳動比i₁＝3，因而可以得到齒輪箱輸出轉(zhuǎn)速如式(5)所示。

齒輪箱3通過同步帶5、前后同步輪4、6連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)7。

本實施例中，如圖3所示，選用同步帶5的參數(shù)為5m-685-20，前后同步輪4、6均為5M40T AF型，帶寬21mm，前同步輪4內(nèi)徑16mm，后同步輪6內(nèi)徑20mm。同步帶傳動比i₂＝1，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)7的輸入轉(zhuǎn)速如式(6)所示。

本實施例中，變頻器調(diào)節(jié)的電源頻率和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7的輸入轉(zhuǎn)速關(guān)系就可以通過式(6)確定。

本實施例中，電動機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過底座的螺栓固定在試驗臺面上。其中，電動機(jī)1通過四個M8螺栓固定底座，齒輪箱3通過四個M8螺栓固定底座，風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過四個M10螺栓固定底座，風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座正中心有一個M13的孔，用以輸出所發(fā)的三相交流電。

在實施例中，根據(jù)風(fēng)速曲線調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，非平穩(wěn)動力經(jīng)電動機(jī)1、聯(lián)軸器2、齒輪箱3、前同步輪4、同步帶5、后同步輪6傳遞到風(fēng)力發(fā)電機(jī)7，可以有效地實現(xiàn)不平穩(wěn)風(fēng)速的模擬，達(dá)到與實際風(fēng)流吹動葉片驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)同樣的效果。同時，整個同步帶傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，空間布局合理，部件拆卸方便，利于大規(guī)模推廣。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。