全文摘要
本实用新型涉及一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，包括风力机重力调速机构，角位移传感器单元，转速传感器，风速传感器，电压电流采集模块，模拟量输出转换模块，至少一个上位机以及供电单元；数据采集模块输入端与角位移传感器单元，转速传感器，风速传感器以及电压电流采集模块连接；至少一个上位机，上位机与模拟量输出转换模块输出端连接；供电单元为上述设备供电；本实用新型通过车载试验测试装置，可以自动实时地将风速信号、电压、电流、功率、风轮转速及偏航角度等参数同步采集并记录，车载实验测试数据更确切、实验数据误差较小，利于后期的数据整理、分析与统计。
主设计要求
1.一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，包括风力机重力调速机构(1)；角位移传感器单元(2)，所述角位移传感器单元(2)与所述风力机重力调速机构(1)传动连接；用于测量所述风力机重力调速机构(1)转速的转速传感器(3)；用于测量所述风力机重力调速机构(1)所处环境风速的风速传感器(4)；用于采集所述风力机重力调速机构(1)产生的电压以及电流的电压电流采集模块(5)；模拟量输出转换模块(6)；所述模拟量输出转换模块(6)输入端与所述角位移传感器单元(2)，转速传感器(3)，风速传感器(4)以及电压电流采集模块(5)连接；至少一个上位机(7)，所述上位机(7)与所述模拟量输出转换模块(6)输出端连接；以及供电单元(8)，所述供电单元(8)为所述角位移传感器单元(2)，转速传感器(3)，风速传感器(4)，电压电流采集模块(5)，模拟量输出转换模块(6)以及上位机(7)供电。
设计方案
1.一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，包括
风力机重力调速机构(1)；
角位移传感器单元(2)，所述角位移传感器单元(2)与所述风力机重力调速机构(1)传动连接；
用于测量所述风力机重力调速机构(1)转速的转速传感器(3)；
用于测量所述风力机重力调速机构(1)所处环境风速的风速传感器(4)；
用于采集所述风力机重力调速机构(1)产生的电压以及电流的电压电流采集模块(5)；
模拟量输出转换模块(6)；所述模拟量输出转换模块(6)输入端与所述角位移传感器单元(2)，转速传感器(3)，风速传感器(4)以及电压电流采集模块(5)连接；
至少一个上位机(7)，所述上位机(7)与所述模拟量输出转换模块(6)输出端连接；
以及供电单元(8)，所述供电单元(8)为所述角位移传感器单元(2)，转速传感器(3)，风速传感器(4)，电压电流采集模块(5)，模拟量输出转换模块(6)以及上位机(7)供电。
2.根据权利要求1所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述风力机重力调速机构(1)包括风机固定支架(11)、偏心架(12)、偏航计数齿轮(13)、发电机(14)、尾舵偏转限制架(15)、尾舵杆(16)和尾舵(17)，所述偏心架(12)固定安装在所述风机固定支架(11)顶端，所述偏航计数齿轮(13)和所述发电机(14)固定安装在所述偏心架(12)上，尾舵偏转限制架(15)固定安装在所述发电机(14)的尾部，所述尾舵杆(16)的前端配合安装在所述尾舵偏转限制架(15)上，所述尾舵杆(16)的后端固定安装所述尾舵(17)。
3.根据权利要求2所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述角位移传感器单元(2)包括角位移传感器(21)以及角位移计量齿轮(22)，所述角位移传感器(21)固定在角位移计量齿轮(22)的中心点；所述角位移传感器(21)的输出端与所述模拟量输出转换模块(6)输入端连接；所述角位移计量齿轮(22)与所述偏航计数齿轮(13)大小相同，且齿接。
4.根据权利要求2所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述电压电流采集模块(5)包括逆变器(51)，直流电子负载(52)，电压变送器(53)以及电流变送器(54)；所述逆变器(51)输入端与所述发电机(14)的输出端连接；所述直流电子负载(52)输入端与所述逆变器(51)输出端连接；所述电压变送器(53)以及电流变送器(54)的输入端分别于所述直流电子负载(52)输出端连接，所述电压变送器(53)以及电流变送器(54)的输出端与所述模拟量输出转换模块(6)输入端连接。
5.根据权利要求4所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述逆变器(51)为12V\/24V二极管整流桥。
6.根据权利要求4所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述直流电子负载(52)为M9812可编程直流电子负载。
7.根据权利要求4所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述供电单元(8)包括铅蓄电池(81)，单项逆变器(82)，所述铅蓄电池(81)输出端与所述单项逆变器(82)输入端连接，所述单项逆变器(82)为所述转速传感器(3)，直流电子负载(52)，模拟量输出转换模块(6)，以及上位机(7)供电。
8.根据权利要求4所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，还包括空气开关(55)，所述空气开关(55)设置于所述逆变器(51)与所述直流电子负载(52)之间。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，其特征在于，所述模拟量输出转换模块(6)为8通道WP3028ADAM。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及风力发电测试领域，尤其涉及一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置。
背景技术
将绿色风能转换成生活所需的电能，可以有效的解决能源危机和环境污染的两大难题，因此，近年来我国风力发电发展迅速，风力发电成为人们研究的热点，研究风力发电系统的整体或者部分部件的性能，最理想的方法是在实际风场中，进行实验；但是由于天气原因，风速在自然环境性难以控制，风力发电设备体积庞大，也需要较大空间，所以进行人们想到进行车载试验，通过车辆载风力发电设备，通过车辆加速使风力达到试验风速，进而获得试验数据；
在实际操作中，传统的车载实验对于部分部件的测量或整体风力发电系统的测量都是人工手动记录实验数据，风速采集装置采用手持式手动记录风速信号，会出现功率、电流及电压等关键实验数据与实际风工况不同步的情况发生。导致车载实验测试数据失真、实验误差较大。
所以亟需本领域技术人员研发一种能够应用于风力机重力调速机构的车载实验测试装置以解决以上问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的传统的车载实验对于部分部件的测量或整体风力发电系统的测量都是人工手动记录实验数据，风速采集装置采用手持式手动记录风速信号，会出现功率、电流及电压等关键实验数据与实际风工况不同步的情况发生。导致车载实验测试数据失真、实验误差较大的问题。
本实用新型通过下述技术方案实现技术目标。一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，包括风力机重力调速机构，角位移传感器单元，转速传感器，风速传感器，电压电流采集模块，模拟量输出转换模块，至少一个上位机以及供电单元；
所述角位移传感器单元与所述风力机重力调速机构传动连接；
所述转速传感器用于测量所述风力机重力调速机构转速；
所述风速传感器用于测量所述风力机重力调速机构所处环境的风速；
所述电压电流采集模块用于采集所述风力机重力调速机构产生的电压以及电流；
所述数据采集模块输入端与所述角位移传感器单元，转速传感器，风速传感器以及电压电流采集模块连接；
至少一个上位机，所述上位机与所述模拟量输出转换模块输出端连接；
所述供电单元为所述角位移传感器单元，转速传感器，风速传感器，电压电流采集模块，模拟量输出转换模块以及上位机供电。
本实用新型通过车载试验测试装置，可以自动实时地将风速信号、电压、电流、功率、风轮转速及偏航角度等参数同步采集并记录，车载实验测试数据更确切、实验数据误差较小，利于后期的数据整理、分析与统计。
进一步的，所述风力机重力调速机构包括风机固定支架、偏心架、偏航计数齿轮、发电机、尾舵偏转限制架、尾舵杆和尾舵，所述偏心架固定安装在所述风机固定支架顶端，所述偏航计数齿轮和所述发电机固定安装在所述偏心架上，尾舵偏转限制架固定安装在所述发电机的尾部，所述尾舵杆的前端配合安装在所述尾舵偏转限制架上，所述尾舵杆的后端固定安装所述尾舵。
本实用新型所采用的技术方案是通过偏心安装风力发电机，同时利用斜铰轴控制风力发电机尾舵斜向摆动的方式，使风力发电机在风力超过发电机额定转速情况时，通过尾舵偏转和尾舵抬高的调速动作，使发电机与风向呈一定角度，从而限制和降低了发电机旋转速度，使其在转速额定上限内工作。通过发电机的偏心安装设计和尾舵限制架的斜铰轴设计，有效的实现了风力超过发电机额定转速风力时，使发电机叶轮与风力形成一定角度，达到了降低发电机转速的目的，避免了因为发电机转速过高造成的硬件损伤，延长了风力发电机的使用寿命。
进一步的，所述角位移传感器单元包括角位移传感器以及角位移计量齿轮，所述角位移传感器固定在角位移计量齿轮的中心点；所述角位移传感器的输出端与所述模拟量输出转换模块输入端连接；所述角位移计量齿轮与所述偏航计数齿轮大小相同，且齿接。
本实用新型的角位移计量齿轮与偏航计数齿轮采用3D打印技术打印，且其大小齿数相同，大家减少了角位移传感器的测量误差。
进一步的，所述电压电流采集模块包括逆变器，直流电子负载，电压变送器以及电流变送器；所述逆变器输入端与所述发电机的输出端连接；所述直流电子负载输入端与所述逆变器输出端连接；所述电压变送器以及电流变送器的输入端分别于所述直流电子负载输出端连接，所述电压变送器以及电流变送器的输出端与所述模拟量输出转换模块输入端连接。
优选的，所述逆变器为12V\/24V二极管整流桥。
优选的，所述直流电子负载为M9812可编程直流电子负载。
本实用新型中风力机输出参数为三项交流电，无法直接配置负载，因此本设计采用12V\/24V二极管整流桥，将风力机输出交流电整流为DC\/24V，接入M9812可编程直流电子负载，M9812可编程直流电子负载支持USB-RS232串口协议，通过USB-RS232串口线与笔记本相连，达到编程控制的可调的电阻负载特性，为获取M9812可编程直流电子负载的电压、电流值，车载测试平台选用电流变送器、电压变送器，其输出变送值为0-20mA电流信号。
进一步的，所述供电单元包括铅蓄电池，单项逆变器，所述铅蓄电池输出端与所述单项逆变器输入端连接，所述单项逆变器为所述转速传感器，直流电子负载，模拟量输出转换模块，以及上位机供电。
进一步的，还包括空气开关，所述空气开关设置于所述逆变器与所述直流电子负载之间。
进一步的，所述模拟量输出转换模块为8通道WP3028ADAM。
WP3082ADAM模拟量输出转换模块共设8通道，本次实验使用5个通道。通道1所测量为电压信号，通道2为电流信号，通道3为风速信号，通道4 为风轮侧偏角信号，通道5为转速信号。
本实用新型与现有技术相比，具有以下积极效果：
1.本实用新型可以实现多信号同步收集记录，保证了数据的一致性。
2.本实用新型节省人力无需人工记录，且数据偏差小，实验数据准确。
附图说明
图1为本实用新型模块连接结构示意图；
图2为本实用新型电路连接示意图；
图3为本实用新型风力机重力调速机构结构示意图；
图4为本实用新型供电单元连接示意图；
图5为本实用新型角位移传感器单元俯视图；
图中：1为风力机重力调速机构；11为风机固定支架，12为偏心架；13 为偏航计数齿轮；14为发电机；15为尾舵偏转限制架；16为尾舵杆，17为尾舵；2为角位移传感器单元；21为角位移传感器；22为角位移计量齿轮；3 为转速传感器；4为风速传感器；5为电压电流采集模块；51为逆变器；52 为直流电子负载；53为电压变送器；54为电流变送器；55为空气开关；6为模拟量输出转换模块；7为上位机；8为供电单元；81为铅蓄电池；82为单项逆变器。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1～5所示：
风力机重力调速机构的车载实验测试装置，旨在利用更贴近风轮实际运行状态的车载实验，完成风力机重力调速机构主要结构参数的优化实验，搭建过程参照了风力发电机组相关实验标准。为获得车载测试平台下的重力调速机构各项待测参数，本平台拟采用模拟量数值转换方法，利用模拟量输出转换模块6，将风速传感器4、角位移传感器21、转速传感器3、电压传感器 53、电流传感器54的电流模拟量数据，通过上位机7转换成数字量信号并传送到相应程序加以运算、变换和保存。
如图1-5所示：一种风力机重力调速机构的车载实验测试装置，包括：
风力机重力调速机构1；
角位移传感器单元2，角位移传感器单元2与风力机重力调速机构1传动连接；
用于测量风力机重力调速机构1转速的转速传感器3；
用于测量风力机重力调速机构1所处环境风速的风速传感器4；
风速传感器4采用三杯式风速仪、输出4-20mA信号；
转速传感器3采集风力机风轮转速，风轮转速的采集采用电频率转换的方法，利用多功能三相电力仪表采集风力机输出的三相交流电频率，在将频率值输入测试程序中，利用60倍的电频率除以风力发电机的磁极对数，获得风轮的实际转速。
用于采集风力机重力调速机构1产生的电压以及电流的电压电流采集模块5；
模拟量输出转换模块6；模拟量输出转换模块6输入端与角位移传感器单元2，转速传感器3，风速传感器4以及电压电流采集模块5连接；
至少一个上位机7，上位机7与模拟量输出转换模块6输出端连接；
以及供电单元8，供电单元8为角位移传感器单元2，转速传感器3，风速传感器4，电压电流采集模块5，模拟量输出转换模块6以及上位机7供电。
如图3所示：其中风力机重力调速机构1包括风机固定支架11、偏心架 12、偏航计数齿轮13、发电机14、尾舵偏转限制架15、尾舵杆16和尾舵17，偏心架12固定安装在风机固定支架11顶端，偏航计数齿轮13和发电机14 固定安装在偏心架12上，尾舵偏转限制架15固定安装在发电机14的尾部，尾舵杆16的前端配合安装在尾舵偏转限制架15上，尾舵杆16的后端固定安装尾舵17。
如图5所示：角位移传感器单元2包括角位移传感器21以及角位移计量齿轮22，角位移传感器21固定在角位移计量齿轮22的中心点；角位移传感器21的输出端与模拟量输出转换模块6输入端连接；角位移计量齿轮22与偏航计数齿轮13大小相同，且齿接。
角位移传感器，角位移计量齿轮22的中心点，与风力机偏航计数齿轮13 相互啮合，当风轮侧偏时，角度位移传感器也偏转相同的角度，从而达到测量偏转角度的目的。
电压电流采集模块5包括逆变器51，直流电子负载52，电压变送器53 以及电流变送器54；逆变器51输入端与发电机14的输出端连接；直流电子负载52输入端与逆变器51输出端连接；电压变送器53以及电流变送器54 的输入端分别于直流电子负载52输出端连接，电压变送器53以及电流变送器54的输出端与模拟量输出转换模块6输入端连接。
逆变器51为12V\/24V二极管整流桥。
直流电子负载52为M9812可编程直流电子负载。
因为风力机输出参数为三项交流电，无法直接配置负载，因此本实用新型逆变器51采用12V\/24V二极管整流桥，将风力机输出交流电整流为DC\/24V，接入到直流电子负载52：M9812可编程直流电子负载，M9812可编程直流电子负载支持USB-RS232串口协议，通过USB-RS232串口线与笔记本相连，达到编程控制的可调的电阻负载特性。为获取M9812可编程直流电子负载的电压、电流值，车载测试平台选用电流变送器54、电压变送器53，其输出变送值为 0-20mA电流信号.
如图4所示：供电单元8包括铅蓄电池81，单项逆变器82，铅蓄电池81 输出端与单项逆变器82输入端连接，单项逆变器82为转速传感器3，直流电子负载52，模拟量输出转换模块6，以及上位机7供电。
车载实验测试中，测试设备的主要硬件包括转速传感器3，直流电子负载 52，模拟量输出转换模块6，以及上位机7等设备均需使用220V交流电供电，故本实用新型采用了单项逆变器82：MOSFE工频300W单相逆变器，配合120A\/h 铅蓄电池81组成车载平台电源系统。
按照如下表格中的技术参数，利用单项逆变器82将12V铅蓄电池81的直流电逆变为220V的交流电。
本实用新型还包括空气开关55，空气开关55设置于逆变器51与直流电子负载52之间。
如图2所示：模拟量输出转换模块6为8通道WP3028ADAM。
图2中WP3082ADAM数据采集模块共设8通道，本次实验使用5个通道。通道1所测量为电压信号，通道2为电流信号，通道3为风速信号，通道4 为角位移信号，通道5为转速信号。
利用WP3082ADAM模拟量输入模块，实时采集车载实验过程中的风速、电压、电流、尾翼偏转角度等模拟量信号，通过Modbus RTU协议导入 Visual-Basic 6.0可视化编程软件编写的上位机程序，进行位运算，计算得到车载实验的最终数据，并实时分组保存试验数据形成标准TXT格式文本文件，便于后期数据分析处理。
本实用新型通过车载试验测试装置，可以自动实时地将风速信号、电压、电流、功率、风轮转速及偏航角度等参数同步采集并记录，车载实验测试数据更确切、实验数据误差较小，利于后期的数据整理、分析与统计。
以上实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920071148.2
申请日:2019-01-16
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:64(宁夏)
授权编号:CN209494668U
授权时间:20191015
主分类号:F03D 17/00
专利分类号:F03D17/00
范畴分类:28C;32B;
申请人:中国矿业大学银川学院
第一申请人:中国矿业大学银川学院
申请人地址:750000 宁夏回族自治区银川市西夏区金波北街
发明人:刘雄飞;汪建文;杜文强;马世明;满龙
第一发明人:刘雄飞
当前权利人:中国矿业大学银川学院
代理人:崔自京
代理机构:11465
代理机构编号:北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计