CN102608531B - 一种风力发电机的型式试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机的型式试验装置，用于测试被试发电机的电磁力矩，具有支座、变频电机、减速箱、适配器，变频电机输出轴连接减速箱的高速轴，减速箱的低速轴上安装有膜片，膜片与适配器的小直径端连接，适配器的大直径端用于与被试发电机的外转子连接，被试发电机定子上的主轴固定在力臂上，主轴的伸出部分通过轴承插入支座内，力臂的大截面端与被试发电机定子上的主轴固定，力臂的小截面端与测力装置连接，测力装置与固定在基础上的连接座连接。本发明为外转子直驱风力发电机型式试验提供一个适用的测试平台，减小试验平台的体积和面积，降低联轴器的制造成本。

Description

一种风力发电机的型式试验装置

技术领域

本发明涉及风力发电机的型式试验装置，尤其是一种用于外转子直驱风力发电机型式试验的试验装置。

背景技术

风力发电机组是将风能转化为电能的机械。从能量转换的角度来看，风力发电设备包括风力机和发电机两大部分。风力机是将风能转换为机械能，发电机则是将机械能转换为电能。兆瓦级的风力发电机属于特大型风力发电机，对于这种风力发电机常将其分成以下三类：双馈式、直驱式和混合式，在直驱式发电机中多数均采用永磁同步发电机，这种发电机利用多极永磁体励磁，通过全功率变流器接入电网，具有效率高，噪声小，稳定性可靠性好等优点，根据励磁装置的布置方式，这种发电机又可分外转子和内转子两种。风力发电机在制作装配完成后，为了验证是否与设计参数相符，必须经过型式试验，试验各项参数如发电机的效率、功率因数、额定转速、最大转矩倍数和温升限值等是否满足要求。

在先专利ZL200910044129.1公开了一种风电机组整机全功率测试方法及试验装置，采用双机组能量回馈法进行风电机组整机全功率试验，将两套风电机组机舱按背靠背的方式安装，其中一套机舱做电动运行为拖动风电机组、另一套机舱做发电运行为试验风电机组；电网提供的能量通过拖动风电机组侧的变流柜，给拖动电机提供电能，拖动风电机组通过主轴及联轴器带动试验风电机组运转，并为试验风电机组提供所需转矩；试验风电机组产生的电能再通过变流柜反馈给拖动风电机组；试验风电机组在不同工况运行时，通过测试系统检测出试验风电机组的输出特性。

在先专利ZL200810200679.3公开了一种大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统，包括变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、机组控制器、与外部电网电连接的局域电网以及调测控制器，所述的变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器以及局域电网依次电连接，该局域电网还与机组控制器、变频调速器电连接，所述的机组控制器与永磁发电机、并网逆变器控制连接，所述的调测控制器与变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、局域电网以及外部电网控制连接。

上述的技术方案均是采用两台发电机对拖的方法，这种试验方法对于双馈式机组和内转子直驱风力发电机而言是可行的，但对于直驱式外转子直驱风力发电机来说，由于其体积庞大，如果也采用对拖的方法进行试验，其试验场地的面积很大，两台发电机的对接也是非常困难的。

直驱式外转子发电机的型式试验可以采用驱动变频电机拖动单台发电机的试验方法，定子固定在机架上，外转子通过过渡盘与联轴器连接，驱动变频电机驱动减速箱再带动联轴器转动。采用这种方法必须要有一个刚性及强度、体积均足够大的基座和用来安装基座的基础，以承受发电机的重量及转动时产生的动载荷；还需要制造一个价格很高，体积很大的柔性联轴器；此外，由于市面上只有小量程扭矩传感器，要测量大扭矩，只能把扭矩传感器放在减速箱高速端进行间接测量，由于减速箱有多级齿轮传动，其机械损耗无法精确测量，因此在测量发电机的实际功率时其数据与客观值会存在一定的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种风力发电机的型式试验装置，为外转子直驱风力发电机型式试验提供一个适用的测试平台，减小试验平台的体积和面积，降低联轴器的制造成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风力发电机的型式试验装置，用于测试被试发电机的电磁力矩，具有位于被试发电机一侧的可固定的支座、位于被试发电机另一侧的可固定的变频电机与减速箱，变频电机输出轴连接减速箱的高速轴，减速箱的低速轴上安装有膜片，所述的型式试验装置具有悬空的适配器，所述的适配器为锥形壳体，所述的膜片与适配器的小直径端连接，所述的适配器的大直径端用于与被试发电机的外转子连接，被试发电机定子上的主轴固定在力臂上，被试发电机定子上的主轴的伸出部分通过轴承插入支座内，所述的力臂为截面逐渐变大的工字梁结构，所述的力臂的大截面端与被试发电机定子上的主轴固定，所述的力臂的小截面端与测力装置连接，所述的测力装置与固定在基础上的连接座连接。

进一步地，所述的测力装置为拉压力传感器。

进一步地，所述的膜片为具有变截面的弹性圆盘。这种形式的膜片既有强度又有柔性，既可承受垂直力，又可以承受扭矩，在适配器受到载重﹑扭矩双重作用时，可有效地解决因发电机轴心与适配器轴心不重合而可能产生的卡死或者损坏发电机轴承的现象发生。

本发明的有益效果是：本发明采用两支点的支撑方式，一端为支座，另一端为减速箱，被试发电机主轴套入支座的轴承内，外转子通过适配器和膜片与减速箱的低速轴连接，被试发电机定子的主轴连接在力臂上，力臂的小截面端与测力装置连接，当被试发电机的外转子转动时，外转子上永磁磁钢与内转子上的发电绕组产生的电磁力矩就作用在力臂上，测力装置可直接测量出数据，将其乘以力臂的长度，便可计算出实际动态电磁力矩和功率。

减速箱的低速轴除承受扭矩外，还作为一个支点承受试验装置中传动部件的部分重量。在试验过程中基础不承受倾覆力矩，从而减化了试验装置的结构，减小了试验平台的体积和面积。本发明为外转子直驱风力发电机型式试验提供一个适用的测试平台，降低联轴器的制造成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明安装被试发电机测试时的结构布置示意图；

图2是本发明中测力装置与力臂的连接示意图；

图3是本发明中膜片的结构示意图。

其中:1.支座，2.主轴，3.力臂，4.被试发电机，5.适配器，6.膜片，7.减速箱，8.变频电机，9.拉压力传感器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1图2所示，一种风力发电机的型式试验装置，用于测试被试发电机4的电磁力矩，具有位于被试发电机4一侧的可固定的支座1、位于被试发电机4另一侧的可固定的变频电机8与减速箱7，支座1固定在被试发电机4一侧的基础上，变频电机8与减速箱7固定在被试发电机4另一侧的基础上。支座1用于支承被试发电机4的重量及运转时的惯性力矩。

变频电机8输出轴连接减速箱7的高速轴，减速箱7的低速轴上安装有膜片6，如图3所示，膜片6为具有变截面的弹性圆盘。膜片6采用具有弹性的金属材料制成，是一个变截面的圆盘，在试验过程中可在一定程度上消除被试发电机4与驱动轴中心不同轴所带来的影响。

型式试验装置具有悬空的适配器5，适配器5为锥形壳体，膜片6与适配器5的小直径端连接，适配器5的大直径端与被试发电机4的外转子连接。适配器5具有载重及同轴度补偿的作用。

被试发电机4定子固定在力臂3上，力臂3通过轴承支承在主轴2上，主轴插入在支座1内。

如图2所示，力臂3为截面逐渐变大的工字梁结构，测力装置为拉压力传感器9。力臂3的大截面端与被试发电机4定子固定，力臂3的小截面端与拉压力传感器9连接，拉压力传感器9与固定在基础上的连接座连接。主轴只承受垂直力，不承受扭矩。

当变频电机8转动时，带动减速箱7高速轴转动，减速箱7低速轴带动膜片6转动，因膜片6与适配器5的小直径端连接，适配器5的大直径端与被试发电机4的外转子连接，从而使被试发电机4外转子转动，外转子转动时产生的电磁力矩由定子传到力臂3上，力臂3再传递到拉压力传感器9，扭矩的大小就是力臂3的长度乘上拉压力传感器9的读数的结果。由于定子安装在力臂3上，在测量被试发电机4的电磁转矩时只要将拉压力传感器9上的压力数乘上力臂3的长度就得到被试发电机的扭矩值，因而降低了对拉压力传感器9的测试范围要求，极大地提高了测试精度。

本发明采用两支点承的方式，被试发电机4支撑在支座1与减速箱7之间，其主轴2在支座1中是静止不动的；只承受垂直力，减速箱7的低速轴作为一个支点承受试验装置中传动部件的部分重量，在试验过程中基础不承受纵向倾覆力矩，从而减化了试验装置的结构，减小了试验平台的体积和面积。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种风力发电机的型式试验装置，用于测试被试发电机的电磁力矩，具有位于被试发电机一侧的可固定的支座、位于被试发电机另一侧的可固定的变频电机与减速箱，变频电机输出轴连接减速箱的高速轴，其特征在于：减速箱的低速轴上安装有膜片，所述的型式试验装置具有悬空的适配器，所述的适配器为锥形壳体，所述的膜片与适配器的小直径端连接，所述的适配器的大直径端用于与被试发电机的外转子连接，被试发电机定子上的主轴固定在力臂上，被试发电机定子上的主轴的伸出部分通过轴承插入支座内，所述的力臂为截面逐渐变大的工字梁结构，所述的力臂的大截面端与被试发电机定子上的主轴固定，所述的力臂的小截面端与测力装置连接，所述的测力装置与固定在基础上的连接座连接。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机的型式试验装置，其特征在于：所述的测力装置为拉压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机的型式试验装置，其特征在于：所述的膜片为具有变截面的弹性圆盘。