本實用新型屬于模擬風電機組不平穩(wěn)風速輸入的試驗臺技術領域，具體涉及一種同步帶傳動風電機組實驗臺風速模擬裝置。

背景技術：

近年來，隨著國家對清潔可再生能源的重視，風力發(fā)電機組(風電機組)在中國得到了較為快速的發(fā)展，裝機量逐年提升，關于風電機組的健康狀態(tài)監(jiān)測與維護逐漸成為行業(yè)研究熱點。因風電機組工作環(huán)境惡劣，工況復雜，故障維修成本較高，常規(guī)現(xiàn)場檢測與維護較為困難，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特點，以降低維修成本和提高風電機組利用率。目前國內外具有針對某些特定型號風電機組的試驗平臺，如平行軸傳動故障模擬平臺，風電機組葉輪故障模擬平臺，風電機組葉片載荷與故障模擬平臺、鼓風機驅動風電機組模擬試驗臺等。但實際風電機組結構尤其是以齒輪箱為代表的主軸傳動鏈系統(tǒng)結構復雜，成本在整機中占有較大比重，因為齒輪箱多為監(jiān)測重點。現(xiàn)在的某些大型風電機組齒輪箱需要把低速的葉輪轉速提升到較高的發(fā)電機額定輸入轉速，需要較大的傳動比。一般的平行軸減速箱無法達到如此高的傳動比，因而齒輪箱多采用太陽行星輪系結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)風速輸入時采用鼓風機的形式，這種模擬風速的試驗臺結構不緊湊，占用較大空間，且運行時對實驗環(huán)境要求較高，不允許出現(xiàn)風流干擾。特別是一些葉片較長、掃風面積較大的風電機組試驗臺，占用的空間更大，甚至需要建立單獨的風洞進行試驗，這就限制了此類風速模擬裝置的大規(guī)模推廣。

技術實現(xiàn)要素：

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

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

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

所述電動機通過聯(lián)軸器與齒輪箱相連；

所述齒輪箱通過同步帶輪裝置與風力發(fā)電機相連；

所述電動機通過齒輪箱和同步帶輪裝置輸出動力到所述風力發(fā)電機。

進一步的，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力發(fā)電機。

進一步的，所述電動機通過導線連接有變頻器，所述變頻器通電運行后，通過旋鈕調節(jié)輸出給電動機的電源頻率，以調節(jié)電動機的輸出轉速，電動機的輸出轉速公式如式所示：

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

進一步的，所述齒輪箱的輸入轉速等于所述電動機的輸出轉速。

進一步的，齒輪箱的輸出轉速n₁為：

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

進一步的，風力發(fā)電機的輸入轉速n為：

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

進一步的，所述電動機、齒輪箱和風力發(fā)電機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，通過調整變頻器的輸出頻率，就可以調節(jié)電動機的輸出轉速，進而調節(jié)齒輪箱的輸出轉速，最終調節(jié)風力發(fā)電機的輸入轉速。通過變頻器設置調速方式，可以模擬風電機組試驗臺不平穩(wěn)風速的輸入。

有益效果：本發(fā)明提供的一種同步帶傳動風電機組實驗臺風速模擬裝置，其有益效果在于，解決了采用鼓風機模擬風速裝置的結構不緊湊、對實驗環(huán)境要求較高問題，同時采用和實際風電機組齒輪箱相同結構的太陽行星輪齒輪箱進行模擬，更貼近實際的風電機組結構特點。另一方面，試驗臺結構緊湊，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電機組實驗臺風速模擬裝置示意圖；

圖2是本實用新型實施例的后同步輪6結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例的同步帶5某段結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。

本實用新型為一種同步帶傳動風電機組實驗臺風速模擬裝置，它包括變頻器、電動機、聯(lián)軸器、齒輪箱、同步帶、風力發(fā)電機，以及按鈕、開關、導線等附屬部件。該裝置可以通過變頻器調節(jié)電動機的輸入電源頻率，從而改變電動機的輸出轉速。通過齒輪箱、同步帶輪輸出動力到風力發(fā)電機。本裝置可以模擬風電機組不平穩(wěn)風力輸入，減少了鼓風機模擬自然風所占的空間和噪聲。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。且該裝置結構緊湊，成本低廉，可以大規(guī)模推廣。

本實用新型的設計方案如下：

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

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

因此，通過調整變頻器的輸出頻率，就可以調節(jié)電動機1的輸出轉速，進而調節(jié)齒輪箱3的輸出轉速，最終調節(jié)風力發(fā)電機7的輸入轉速。通過變頻器設置調速方式，可以模擬風電機組試驗臺不平穩(wěn)風速的輸入。

電動機1、齒輪箱3和風力發(fā)電機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1、齒輪箱3和風力發(fā)電機7連接緊湊，占用空間合理，采用同步帶實現(xiàn)了齒輪箱3和風力發(fā)電機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電機組風速模擬試驗平臺，其他風電機組可以根據(jù)具體結構等參數(shù)對本裝置進行動態(tài)調整。

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

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、維修維護設備等，提高設備利用率。

本實施例中，總開關選用四相空氣開關，閉合空氣開關后，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。通過調節(jié)變頻器上的旋鈕可以調節(jié)其輸出給電動機1的電源頻率。電源頻率調節(jié)范圍為0Hz-50Hz。

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

本實施例中，電動機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，這種結構和實際的風電機組齒輪箱結構類似，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連接到風力發(fā)電機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內徑16mm，后同步輪6內徑20mm。同步帶傳動比i₂＝1，則風力發(fā)電機7的輸入轉速如式(6)所示。

本實施例中，變頻器調節(jié)的電源頻率和風力發(fā)電機7的輸入轉速關系就可以通過式(6)確定。

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

在實施例中，根據(jù)風速曲線調節(jié)變頻器的輸出頻率，非平穩(wěn)動力經電動機1、聯(lián)軸器2、齒輪箱3、前同步輪4、同步帶5、后同步輪6傳遞到風力發(fā)電機7，可以有效地實現(xiàn)不平穩(wěn)風速的模擬，達到與實際風流吹動葉片驅動風力發(fā)電機旋轉同樣的效果。同時，整個同步帶傳動裝置結構緊湊，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，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。