一种海浪发电机测试系统的制作方法

本发明属于海浪发电技术领域，特别涉及一种海浪发电机测试系统。

背景技术：

海浪是以动能和势能的形式表现为海水能量，从能量密度上看，波浪能是风能的30多倍，且据资料显示，全球可开发海浪能功率约为25亿千瓦，与潮汐能源相当。因此，海浪能源的开发利用一直成为国内外研究的重要方向之一。从20世纪70年代开始，世界各国开始对海浪能资源进行了研究和开发，此后海浪发电的方式百种千样，振荡浮子、点头鸭式、汽轮式，涡轮式等能量损耗少，可靠性高以及维护方便等优点一直成为大家研究的重点方向，然而基于技术问题的原因，到今天为止，海浪资源的利用依旧低于风能、太阳能以及潮汐能，所以实现海浪能源的广泛应用已成为国内外新能源研究的重要方向。

随着科学研究的不断推进，近些年来，海浪发电的研究得到了飞速发展进行海浪发电的相关研究，最为理想的方案是在实际海洋中进行现场试验，然而，海浪发电厂一般设置在海上，受其自然因素的影响复杂，不利于对海浪发电设备进行前期的开发和调试。同时，海浪发电设备一般体积较大，容易受到环境、天气等影响，这些也都会对现场测试带来诸多人员安全和测试上的困难。并且海浪发电特性与海浪特性息息相关，海浪的变化对海浪发电的影响也需要作诸多深入的研究。海浪发电机和风力发电一样，在海浪发电方面也需要参数测试，不仅需要制定这个方面的标准，更需要相关的测试设备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种海浪发电机测试系统。

本发明的技术方案是，一种海浪发电机测试系统，包括储水罐、第一缓冲罐、第二缓冲罐和发电机圆筒，储水罐、第一缓冲罐、第二缓冲罐与发电机圆筒的两两之间通过管路连接，

储水罐与第一缓冲罐的管路上设有第三电磁阀，

储水罐与第二缓冲罐的管路上设有第四电磁阀，

第一缓冲罐与第二缓冲罐的管路上以串接的方式设有第一电磁阀和第二电磁阀，该管路位于第一电磁阀和第二电磁阀之间具有T形管路接口直连水泵后再连通储水罐，

所述的发电机圆筒内设有双向叶轮和位于双向叶轮两侧的第一发电机和第二发电机，

第一缓冲罐和第二缓冲罐分别与发电机圆筒连通的管路分别正对第一发电机和第二发电机。

所述第一发电机和第二发电机都安装有汇流罩。

发电机圆筒的第一发电机侧和第二发电机侧分别设有第一流速计和第二流速计。

发电机圆筒的外壳材料是透明有机玻璃。

还包括测控系统，测控系统的控制器通过继电器连接控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀的开启和关闭，控制器通过连接控制变频器，进而连接控制水泵电机，进而连接控制水泵，

控制器连接接收第一流速计和第二流速计的数据，

测控系统还包括分别安装于第一发电机侧和第二发电机侧的两套测试仪表，测试仪表包括开关、功率仪、整流器、电子负载和电脑，还包括示波器和脉冲计数器，其中，

用于是发电机转速的测量的方法是，在发电机定子的某一个齿上绕制一个少匝数的测试绕组，通过示波器以及脉冲计数器来检测测试绕组的信号，进而计算出发电机的转速，

用于发电机功率、电流的测量的方法是，发电机的发电导线接入开关、功率仪、整流器、电子负载以及电子负载对应的电脑，首先设定浪流工况下的电子负载，通过功率仪和电子负载仪依次记录发电功率和电流，实现测试系统发电功率P，电流I的测量。

本发明的一种双向叶轮驱动式海浪发电机的测试系统，这种双向叶轮驱动式海浪发电机的测试系统可用于各种叶轮的优化设计，可用于海浪能量转换效率的评定，可用于海浪发电机能量转换效率的评定，可用于海浪发电机能量处理的研究，可用于制定标准的测试设备。

通过基于双向叶轮的优化设计以及海浪能量的转换研究，在综合利用机械元件、单片机控制以及测试仪器的情况下，本发明对于方便海浪发电设备进行前期的开发和调试，以及在避免海浪发电设备现场测试带来诸多人员安全和测试上的困难，开发海洋能量等方面具有十分重要的意义。

附图说明

图1为双向叶轮驱动式海浪发电机测试系统原理图。

图2为水泵控制系统原理图

图3为水流正向模拟浪流流动流程图

图4为水流反向模拟浪流流动流程图

图5为浪流及时间控制设定图

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐述本发明。

本发明通过控制水泵和电磁阀的方式实现浪流的双向运动，进而完成直驱式双向叶轮的正反转运动，本发明系统包含机械结构部分和单片机控制部分。

结合附图1，所述机械结构部分由水泵，储水罐，缓冲罐1，缓冲罐2，电磁阀1，电磁阀2，电磁阀3，电磁阀4，透明有机玻璃圆筒，双向叶轮，2个发电机，2个汇流罩，流速计1，流速计2和诺干导管构成。所述电磁阀和缓冲罐依次对称分布在水泵、储水罐和有机玻璃圆筒两侧，并交错工作。其中透明有机玻璃圆筒呈胶囊形状，且其内径与双向叶轮直径对应，所述双向叶轮两侧分别安装电机，电机通过支架固定安装在有机玻璃圆筒内，为减小水流对发电机的阻力，在发电机两侧分别安装有子弹头形的分流罩，所述流速计分别安装在有机玻璃圆筒的两侧。在本发明中，所述有机玻璃圆筒与双向叶轮为成套机构，根据不同叶轮直径配对不同大小的有机玻璃圆筒。

结合附图2所示，本发明所示单片机控制系统原理

本发明实现模拟浪流正向循环运动过程：结合附图2和附图3，首先按下设定开始按钮，对试验所需的海浪速度-时间曲线进行设定。用若干个电位器来设置海浪速度曲线，包括设置海浪速度V，以及海浪速度正向上升时间t1,平滑稳定时间t2，下降时间t3及暂时平静时间t4，设定结束后按下结束钮，设定参数不再改变，数码管显示此时各设定参数的数值，按下启动按钮，单片机开始发送设定信号给变频器，变频器得到信号后发送给水泵电机，水泵开始抽水，于此同时，单片机控制继电器2和继电器3得电，继电器1，继电器4失电，进而电磁阀2和电磁阀3开启，电池阀1和电磁阀4关闭，此时水流将依次经过水泵——电磁阀2——缓冲罐2——有机玻璃圆筒——缓冲罐1——电池阀3——储水罐，进而水流正向冲击双向叶轮，完成一次水流的正向循环。水流冲击双向叶轮，进而带动安装与两侧的发电机转动，产生发电过程。流速计测量当时水流的流速V1。将测量速度V1与设定的速度V比较做PI闭环反馈控制。同时将测量速度送给数码管进行显示。关闭电池阀2,3，关闭水泵电机，则正向循环实验结束。

本发明实现模拟浪流反向循环运动过程：结合附图2、附图4并参照上述浪流正向循环过程，在浪流反向循环过程中，首先需要设定反向上升时间t5，平滑稳定时间t6，下降时间t7及暂时平静时间t8等。设定结束按下设定结束按钮，设定参数不再改变，数码管显示此时各设定参数的数值。按下启动按钮，单片机开始发送设定信号给变频器，变频器得到信号后发送给水泵电机，水泵开始抽水，于此同时，单片机控制继电器1和继电器4得电，继电器2，继电器3失电，进而电磁阀1和电磁阀4开启，电池阀2和电磁阀3关闭，此时水流将依次经过水泵——电磁阀1——缓冲罐1——有机玻璃圆筒——缓冲罐2——电池阀4——储水罐，进而水流反向冲击双向叶轮，完成一次水流的反向循环。水流冲击双向叶轮，进而带动安装与两侧的电机转动，产生发电过程。流速计测量当时水流的流速V1。将测量速度V1与设定的速度V比较做PI闭环反馈控制。同时将测量速度送给数码管进行显示。关闭电池阀1,4，关闭水泵电机，则反向循环实验结束。

本发明可测数据实验参数及其测量方法为：

1)海浪流速V1：本发明通过安装在有机玻璃圆管内的流速计1,2，可分别测量实时正反向循环时流经双向叶轮的流速V1,将测量速度V1与设定的速度V比较做PI闭环反馈控制。同时将测量速度送给数码管进行显示。

2)发电机转速N：双叶轮浪流发电机转速低，在发电能量处理过程中需要实时检测发电机转子的转速。海浪发电机安装转速测试传感器是很不方便的，其可靠性也很差。为了解决这个问题，在发电机定子的某一个齿上绕制一个少匝数的测试绕组，其后接入示波器。海浪发电机工作中，通过检测测试绕组的信号即可计算出发电机的转速。其精度没有转速传感器高，但要比发电机发电波形的频率高得多。

3)实时发电功率P，电流I：结合附图1所示，双向叶轮两侧的发电机端依次接入测试所用功率仪，整流器，电子负载以及电子负载对应的电脑。在双向叶轮发电系统进行正反向的测试时，通过设定电子负载的数值，且进行对应状态的功率和电流的数值记录，进而实现测试系统发电功率P，电流I的测量。

本发明可以包含机械系统、单片机控制系统和数据测试系统三个部分，其中机械系统由水泵，储水罐，缓冲罐，电磁阀，透明有机玻璃圆筒，双向叶轮，发电机，流速计和导管构成；单片机控制系统将设定好的流速和时间信号发送给变频器以及继电器，以此调节水泵电机和控制电磁阀，最终实现双向叶轮发电机的正、反方向运转的模拟实验；所述数据测试系统有三条单线，其一是通过流速计实时测量流经双向叶轮前端和后端的流速且将该测量流速送给数码管进行显示；其二是发电机转速的测量，在发电机定子的某一个齿上绕制一个少匝数的测试绕组，通过示波器以及脉冲计数器来检测测试绕组的信号，进而计算出发电机的转速；其三是功率、电流的测量，测试仪器包含功率仪，整流器，电子负载以及电子负载对应的电脑。通过设定电子负载，依次记录发电功率和电流，实现测试系统发电功率P，电流I的测量。本发明结构简单新颖，避免了浪流发电设备前期海上测试的诸多不便，可用于各种叶轮的优化设计，可用于海浪能量转换效率的评定，可用于海浪发电机能量转换效率的评定，可用于海浪发电机能量处理的研究，可用于制定标准的测试设备。因此，本发明对于开发海洋能量具有十分重要的意义。