一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置的制作方法

本实用新型属于模拟风电机组不平稳风速输入的试验台技术领域，具体涉及一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置。

背景技术：

近年来，随着国家对清洁可再生能源的重视，风力发电机组(风电机组)在中国得到了较为快速的发展，装机量逐年提升，关于风电机组的健康状态监测与维护逐渐成为行业研究热点。因风电机组工作环境恶劣，工况复杂，故障维修成本较高，常规现场检测与维护较为困难，很多研究者拟通过实验室模拟试验的方式研究其故障与维护特点，以降低维修成本和提高风电机组利用率。目前国内外具有针对某些特定型号风电机组的试验平台，如平行轴传动故障模拟平台，风电机组叶轮故障模拟平台，风电机组叶片载荷与故障模拟平台、鼓风机驱动风电机组模拟试验台等。但实际风电机组结构尤其是以齿轮箱为代表的主轴传动链系统结构复杂，成本在整机中占有较大比重，因为齿轮箱多为监测重点。现在的某些大型风电机组齿轮箱需要把低速的叶轮转速提升到较高的发电机额定输入转速，需要较大的传动比。一般的平行轴减速箱无法达到如此高的传动比，因而齿轮箱多采用太阳行星轮系结合高速平行轴传动的方式。

现有很多试验台在模拟不平稳风速输入时采用鼓风机的形式，这种模拟风速的试验台结构不紧凑，占用较大空间，且运行时对实验环境要求较高，不允许出现风流干扰。特别是一些叶片较长、扫风面积较大的风电机组试验台，占用的空间更大，甚至需要建立单独的风洞进行试验，这就限制了此类风速模拟装置的大规模推广。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置，可以模拟风电机组试验台不平稳风速的输入，且该装置结构紧凑，成本低廉，可以大规模推广。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置，包括依次连接的电动机、齿轮箱和风力发电机，所述电动机、齿轮箱和风力发电机固定在一个试验台面上；

所述电动机通过联轴器与齿轮箱相连；

所述齿轮箱通过同步带轮装置与风力发电机相连；

所述电动机通过齿轮箱和同步带轮装置输出动力到所述风力发电机。

进一步的，所述同步带轮装置由前同步轮、同步带和后同步轮依次连接组成，所述齿轮箱连接所述前同步轮，所述后同步轮连接所述风力发电机。

进一步的，所述电动机通过导线连接有变频器，所述变频器通电运行后，通过旋钮调节输出给电动机的电源频率，以调节电动机的输出转速，电动机的输出转速公式如式所示：

式中，n₀为电动机的输出转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数。

进一步的，所述齿轮箱的输入转速等于所述电动机的输出转速。

进一步的，齿轮箱的输出转速n₁为：

式中，i₁为齿轮箱的减速比，n₀为电动机的输出转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数。

进一步的，风力发电机的输入转速n为：

式中，i₂为前同步轮到后同步轮的转速比，i₁为齿轮箱的减速比，n₀为电动机的输出转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数。

进一步的，所述电动机、齿轮箱和风力发电机通过各自底座的螺栓固定在试验台面上。拆卸安装均方便，无干涉，灵活性好。

因此，通过调整变频器的输出频率，就可以调节电动机的输出转速，进而调节齿轮箱的输出转速，最终调节风力发电机的输入转速。通过变频器设置调速方式，可以模拟风电机组试验台不平稳风速的输入。

有益效果：本发明提供的一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置，其有益效果在于，解决了采用鼓风机模拟风速装置的结构不紧凑、对实验环境要求较高问题，同时采用和实际风电机组齿轮箱相同结构的太阳行星轮齿轮箱进行模拟，更贴近实际的风电机组结构特点。另一方面，试验台结构紧凑，占用空间较小，易于大规模推广，具有较好的理论实践价值和市场前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例的同步带传动风电机组实验台风速模拟装置示意图；

图2是本实用新型实施例的后同步轮6结构示意图；

图3是本实用新型实施例的同步带5某段结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

本实用新型为一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置，它包括变频器、电动机、联轴器、齿轮箱、同步带、风力发电机，以及按钮、开关、导线等附属部件。该装置可以通过变频器调节电动机的输入电源频率，从而改变电动机的输出转速。通过齿轮箱、同步带轮输出动力到风力发电机。本装置可以模拟风电机组不平稳风力输入，减少了鼓风机模拟自然风所占的空间和噪声。采用同步带传动，不仅可以节约装置所占空间，同时传递时不会打滑，效率较高。且该装置结构紧凑，成本低廉，可以大规模推广。

本实用新型的设计方案如下：

一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置，包括依次连接的变频器、电动机1、联轴器2、齿轮箱3、前后同步轮4,6、同步带5、风力发电机7，以及按钮、开关、导线等附属部件。变频器通过导线和电动机1相连，电动机1、齿轮箱3和风力发电机7通过底座的螺栓固定在一个试验台面上。

变频器通电运行后，可通过旋钮调节输出给电动机1的电源频率，以调节电动机1的输出转速。电动机1通过联轴器2和齿轮箱3相连，因而齿轮箱3的输入转速就是电动机1的输出转速。齿轮箱3通过前后同步轮4,6、同步带5和风力发电机7相连。

因此，通过调整变频器的输出频率，就可以调节电动机1的输出转速，进而调节齿轮箱3的输出转速，最终调节风力发电机7的输入转速。通过变频器设置调速方式，可以模拟风电机组试验台不平稳风速的输入。

电动机1、齿轮箱3和风力发电机7通过底座的螺栓固定在试验台面上，拆卸安装均方便，无干涉，灵活性好。

电动机1、齿轮箱3和风力发电机7连接紧凑，占用空间合理，采用同步带实现了齿轮箱3和风力发电机7的平行轴传动，避免了直接相连造成了传动链过长的问题。且同步带传动不会打滑，传动效率高。

实施例

本实施例适用于一般小型风电机组风速模拟试验平台，其他风电机组可以根据具体结构等参数对本装置进行动态调整。

参照附图1-附图2，本实施例的一种同步带传动风电机组实验台风速模拟装置，它包括变频器、电动机1、联轴器2、齿轮箱3、前同步轮4、同步带5、后同步轮6、风力发电机7，以及按钮、开关、导线等附属部件。

本实施例中，整个装置固定在尺寸长80cm，宽50cm，高50cm的试验台架上，台面采用铸铁材料，厚15mm。整个试验台占用空间较小，实际0.48m³，不超过0.5m³。且台架柜里有较大空间，可以存储一些必备的实验器材、维修维护设备等，提高设备利用率。

本实施例中，总开关选用四相空气开关，闭合空气开关后，整个系统通电，就可以起动变频器开始试验。

本实施例中，变频器的功率为1.0kW，可以满足实施例中的实验需求。通过调节变频器上的旋钮可以调节其输出给电动机1的电源频率。电源频率调节范围为0Hz-50Hz。

本实施例中，电动机1采用三相异步电动机，额定功率是0.75kW，额定转速是1375r/min，磁极对数是2对，因而可以得到电动机1输出转速公式如式(4)所示。

本实施例中，电动机1和齿轮箱3通过联轴器2连接，联轴器选用柔性联轴器。这种连接方式具有较好的减震效果，噪声低，在两轴安装不完全对中的情况下也可平稳地传递载荷。

本实施例中，齿轮箱3采用太阳行星轮减速器，这种结构和实际的风电机组齿轮箱结构类似，增加模拟的有效性。齿轮箱3的传动比i₁＝3，因而可以得到齿轮箱输出转速如式(5)所示。

齿轮箱3通过同步带5、前后同步轮4、6连接到风力发电机7。

本实施例中，如图3所示，选用同步带5的参数为5m-685-20，前后同步轮4、6均为5M40T AF型，带宽21mm，前同步轮4内径16mm，后同步轮6内径20mm。同步带传动比i₂＝1，则风力发电机7的输入转速如式(6)所示。

本实施例中，变频器调节的电源频率和风力发电机7的输入转速关系就可以通过式(6)确定。

本实施例中，电动机1、齿轮箱3和风力发电机7通过底座的螺栓固定在试验台面上。其中，电动机1通过四个M8螺栓固定底座，齿轮箱3通过四个M8螺栓固定底座，风力发电机7通过四个M10螺栓固定底座，风力发电机底座正中心有一个M13的孔，用以输出所发的三相交流电。

在实施例中，根据风速曲线调节变频器的输出频率，非平稳动力经电动机1、联轴器2、齿轮箱3、前同步轮4、同步带5、后同步轮6传递到风力发电机7，可以有效地实现不平稳风速的模拟，达到与实际风流吹动叶片驱动风力发电机旋转同样的效果。同时，整个同步带传动装置结构紧凑，空间布局合理，部件拆卸方便，利于大规模推广。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。