本實(shí)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(yàn)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同步帶傳動(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)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(guó)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(cè)與維護(hù)逐漸成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。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(chǎng)檢測(cè)與維護(hù)較為困難，很多研究者擬通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的方式研究其故障與維護(hù)特點(diǎn)，以降低維修成本和提高風(fēng)電機(jī)組利用率。目前國(guó)內(nèi)外具有針對(duì)某些特定型號(hào)風(fēng)電機(jī)組的試驗(yàn)平臺(tái)，如平行軸傳動(dòng)故障模擬平臺(tái)，風(fēng)電機(jī)組葉輪故障模擬平臺(tái)，風(fēng)電機(jī)組葉片載荷與故障模擬平臺(tái)、鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)電機(jī)組模擬試驗(yàn)臺(tái)等。但實(shí)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(dòng)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?yàn)辇X輪箱多為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)?，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(dòng)比。一般的平行軸減速箱無(wú)法達(dá)到如此高的傳動(dòng)比，因而齒輪箱多采用太陽(yáng)行星輪系結(jié)合高速平行軸傳動(dòng)的方式。

現(xiàn)有很多試驗(yàn)臺(tái)在模擬不平穩(wěn)風(fēng)速輸入時(shí)采用鼓風(fēng)機(jī)的形式，這種模擬風(fēng)速的試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)不緊湊，占用較大空間，且運(yùn)行時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)、掃風(fēng)面積較大的風(fēng)電機(jī)組試驗(yàn)臺(tái)，占用的空間更大，甚至需要建立單獨(dú)的風(fēng)洞進(jìn)行試驗(yàn)，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(shí)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(shí)用新型提供了一種同步帶傳動(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置，可以模擬風(fēng)電機(jī)組試驗(yàn)臺(tái)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(shí)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(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置，包括依次連接的電動(dòng)機(jī)、齒輪箱和風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)、齒輪箱和風(fēng)力發(fā)電機(jī)固定在一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)面上；

所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與齒輪箱相連；

所述齒輪箱通過(guò)同步帶輪裝置與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連；

所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪箱和同步帶輪裝置輸出動(dòng)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(dòng)機(jī)通過(guò)導(dǎo)線連接有變頻器，所述變頻器通電運(yùn)行后，通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)輸出給電動(dòng)機(jī)的電源頻率，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速公式如式所示：

式中，n₀為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。

進(jìn)一步的，所述齒輪箱的輸入轉(zhuǎn)速等于所述電動(dòng)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(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)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(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。

進(jìn)一步的，所述電動(dòng)機(jī)、齒輪箱和風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)各自底座的螺栓固定在試驗(yàn)臺(tái)面上。拆卸安裝均方便，無(wú)干涉，靈活性好。

因此，通過(guò)調(diào)整變頻器的輸出頻率，就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)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(guò)變頻器設(shè)置調(diào)速方式，可以模擬風(fēng)電機(jī)組試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高問(wèn)題，同時(shí)采用和實(shí)際風(fēng)電機(jī)組齒輪箱相同結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)行星輪齒輪箱進(jìn)行模擬，更貼近實(shí)際的風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。另一方面，試驗(yàn)臺(tái)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(shí)踐價(jià)值和市場(chǎng)前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的同步帶傳動(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的后同步輪6結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的同步帶5某段結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

本實(shí)用新型為一種同步帶傳動(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置，它包括變頻器、電動(dòng)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(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等附屬部件。該裝置可以通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸入電源頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。通過(guò)齒輪箱、同步帶輪輸出動(dòng)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(dòng)，不僅可以節(jié)約裝置所占空間，同時(shí)傳遞時(shí)不會(huì)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(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案如下：

一種同步帶傳動(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置，包括依次連接的變頻器、電動(dòng)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(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等附屬部件。變頻器通過(guò)導(dǎo)線和電動(dòng)機(jī)1相連，電動(dòng)機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過(guò)底座的螺栓固定在一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)面上。

變頻器通電運(yùn)行后，可通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)輸出給電動(dòng)機(jī)1的電源頻率，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)1通過(guò)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(dòng)機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)速。齒輪箱3通過(guò)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(guò)調(diào)整變頻器的輸出頻率，就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)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(guò)變頻器設(shè)置調(diào)速方式，可以模擬風(fēng)電機(jī)組試驗(yàn)臺(tái)不平穩(wěn)風(fēng)速的輸入。

電動(dòng)機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過(guò)底座的螺栓固定在試驗(yàn)臺(tái)面上，拆卸安裝均方便，無(wú)干涉，靈活性好。

電動(dòng)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(shí)現(xiàn)了齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7的平行軸傳動(dòng)，避免了直接相連造成了傳動(dòng)鏈過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。且同步帶傳動(dòng)不會(huì)打滑，傳動(dòng)效率高。

實(shí)施例

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

參照附圖1-附圖2，本實(shí)施例的一種同步帶傳動(dòng)風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)風(fēng)速模擬裝置，它包括變頻器、電動(dòng)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(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等附屬部件。

本實(shí)施例中，整個(gè)裝置固定在尺寸長(zhǎng)80cm，寬50cm，高50cm的試驗(yàn)臺(tái)架上，臺(tái)面采用鑄鐵材料，厚15mm。整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)占用空間較小，實(shí)際0.48m³，不超過(guò)0.5m³。且臺(tái)架柜里有較大空間，可以存儲(chǔ)一些必備的實(shí)驗(yàn)器材、維修維護(hù)設(shè)備等，提高設(shè)備利用率。

本實(shí)施例中，總開(kāi)關(guān)選用四相空氣開(kāi)關(guān)，閉合空氣開(kāi)關(guān)后，整個(gè)系統(tǒng)通電，就可以起動(dòng)變頻器開(kāi)始試驗(yàn)。

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

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

本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)1和齒輪箱3通過(guò)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(duì)中的情況下也可平穩(wěn)地傳遞載荷。

本實(shí)施例中，齒輪箱3采用太陽(yáng)行星輪減速器，這種結(jié)構(gòu)和實(shí)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(dòng)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(guò)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(shí)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(dòng)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(shí)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(guò)式(6)確定。

本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)1、齒輪箱3和風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過(guò)底座的螺栓固定在試驗(yàn)臺(tái)面上。其中，電動(dòng)機(jī)1通過(guò)四個(gè)M8螺栓固定底座，齒輪箱3通過(guò)四個(gè)M8螺栓固定底座，風(fēng)力發(fā)電機(jī)7通過(guò)四個(gè)M10螺栓固定底座，風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座正中心有一個(gè)M13的孔，用以輸出所發(fā)的三相交流電。

在實(shí)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(dòng)力經(jīng)電動(dòng)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(shí)現(xiàn)不平穩(wěn)風(fēng)速的模擬，達(dá)到與實(shí)際風(fēng)流吹動(dòng)葉片驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)同樣的效果。同時(shí)，整個(gè)同步帶傳動(dòng)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(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。