CN106640549A - 一种直驱风力发电机组实验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能环保技术领域，具体说是一种直驱风力发电机组实验台。包括风力发电机组，电气柜控制系统和编程系统，所述编程系统为计算机编程设备，将程序传递至电气柜控制系统指导控制风力发电机组实现各实验的操作本装置通过操作现有上述系统及装置，可以多样化的排列组合成不同的系统装置。具备很强的拆装性、真实性；本系统采用框架结构，在编程环境底层将功能模块固化在编程系统中，操作编程时，可以任意调用模块进行编程。本装置引导全新的风力发电机组实训设备的设计，可实现机组的拆装及吊装，极大限度满足教学要求。

Description

一种直驱风力发电机组实验台

技术领域

本发明涉及节能环保技术领域，具体说是一种直驱风力发电机组实验台。

背景技术

目前市场上现有产品分为两大类，其中大型设备体积比较大，占地面积多，不可以移动，无法实现拆装培训，无法完成相关实验内容。而小型设备无法实现变桨控制，使用鼓风机模拟风源，占地比较大，无法全段模拟真实风速，破坏实验是效果，无法实现拆装培训，无法完成相关实验内容。局限性都是不能完成全部实验。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种直驱风力发电机组实验台。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种直驱风力发电机组实验台，包括风力发电机组，电气柜控制系统和编程系统，所述编程系统为计算机编程设备，将程序传递至电气柜控制系统指导控制风力发电机组实现各实验的操作；

一、风力发电机组

所述风力发电机组包括风轮系统、机舱系统和塔筒系统，其中风轮系统包括叶片、导流罩、轮毂、变桨轴承和变桨电机，风轮系统与机舱系统通过发电机连接，机舱系统包括机舱底盘支架、机舱罩、风速风向仪、偏航电机、电器柜55和液压站，机舱系统通过底部的大齿轮与塔筒系统相连接；塔筒系统包括可移动底座、一阶塔筒、二阶塔筒和三阶塔筒；

所述风轮系统的轮毂为以三等面结构和一支撑面及前端面构成不规则且中间镂空的圆型体；轮毂的支撑面上设有带有托盘平台工装；轮毂的三等面结构内均设置有版口，在每个版口上设置有与内壁通过小型齿轮与内齿盘相对接且倒置的变桨电机；轮毂外套设与透明可视的导流罩；所述叶片通过变桨轴承上的外齿盘固定在轮毂的三等面结构上，变桨轴承上的内齿盘与编码器通过编码器支架相连接，轮毂的限位支架u型槽体中安装有光电开关；

所述机舱系统通过其上设有的小型旋转步进电机与发电机上的大齿轮相啮合，小型旋转步进电机安装在机舱底盘支架的内壁上，机舱底盘支架上端装有两个偏航电机和液压站，机舱底盘支架下端通过小齿轮与偏航外大齿轮相啮合，机舱底盘支架外齿合有偏航轴承，偏航轴承底部设有偏航刹车盘，第二光电开关固定于机舱底盘支架下端的偏航计数器支架u槽上，机舱底盘支架相对于小型旋转步进电机相对应的另一侧外壁上连接有电器柜，机舱底盘支架套设在机舱罩中，机舱罩上端设有风速风向仪；

所述塔筒系统从下至上依次为可移动底座、一阶塔筒、二阶塔筒和三阶塔筒；

二、电气柜

电气柜控制系统包括触摸屏、终端采集系统 、端子 、整体采集设备、电网监测及变送器系统、二级驱动器和一级驱动器；整体采集设备包括一级采集系统、二级采集系统；

信号通过端子传递到整体采集设备直至终端采集系统，终端采集系统将输入信号分析处理，显示在人机界面的触摸屏上，再由人机界面输送至终端采集系统，终端采集系统将信号分发至二级驱动器，二级驱动器完成对一级驱动器的控制，一级驱动器处理风轮系统的三个变桨电机及机舱系统的两个偏航电机。

变桨电机通过滑动旋转输出设备依次串联多芯航空插头、电气柜端子、整体采集设备和终端采集设备相接，其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统；其中变桨电机通过快速接头连接滑动旋转输出设备。

偏航电机与第二光电开关分别通过快速接头并联到多芯航空插头上再依次串联、电气柜端子、整体采集设备和终端采集设备相接；其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统；其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统。

所述平台工装采用可固定或可拆卸的可视材质。

所述变桨电机采用直流电机包裹在电机外型的变桨外壳内。

所述偏航电机采用直流电机装置在偏航外型装置内。

终端采集系统包括断路器，PLC，开关电源，通讯模块，电网采集系统。

还包括有用于对风力发电机组进行拆卸、安装、吊装和搬运的移动起吊装置系统。

本发明的有益效果为：

1多样变化：本装置通过操作现有上述系统及装置，可以多样化的排列组合成不同的系统装置。

2 开放性：本装置具备很强的拆装性，可将风轮系统7、机舱系统5、发电机6、塔筒系统拆散至其包含的部件，可将系统全部部件组装至上述装置。

3 真实性：本设备采用1:20仿真风力机组机结构，真实还原实际机组的模型结构。

4 编程结构：本系统采用框架结构，在编程环境底层将功能模块固化在编程系统中，操作编程时，可以任意调用模块进行编程。

5 模式：本装置引导全新的风力发电机组实训设备的设计，可实现机组的拆装及吊装，极大限度满足教学要求。

附图说明

图1为本发明的风力发电机组示意图；

图2为本发明的风轮系统示意图；

图3为本发明的机舱系统示意图；

图4为本发明的电气柜控制系统外部主视图；

图5为本发明的电气柜控制系统内部构件示意图。

图中：1、可移动底座；2、一阶塔筒；3、二阶塔筒；4、三阶塔筒；5、机舱系统；6、发电机；7、风轮系统；8、叶片；9移动起吊装置系统；50、小型旋转步进电机；51、机舱底盘支架；52、机舱罩；53、风速风向仪；54、偏航电机；55、电器柜；56、液压站；57、第二光电开关；58、偏航轴承；59、偏航刹车盘；71、导流罩；72、轮毂；721、三等面结构；722、支撑面；723、前端面；73、变桨轴承；74、变桨电机；75、编码器；76、光电开关；9、移动起吊装置系统；91、触摸屏；92、终端采集系统；93、断路器；94、端子；95、整体采集设备；96、电网监测及变送器系统；97、二级驱动器；98、一级驱动器；

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种直驱风力发电机组实验台，包括风力发电机组，电气柜控制系统和编程系统，所述编程系统为计算机编程设备，将程序传递至电气柜控制系统指导控制风力发电机组实现各实验的操作；

一、风力发电机组

所述风力发电机组包括风轮系统7、机舱系统5和塔筒系统，其中风轮系统7包括叶片8、导流罩71、轮毂72、变桨轴承73和变桨电机74，风轮系统7与机舱系统5通过发电机6连接，机舱系统5包括机舱底盘支架51、机舱罩52、风速风向仪53、偏航电机54、电器柜55和液压站56，机舱系统5通过底部的大齿轮与塔筒系统相连接；塔筒系统包括可移动底座1、一阶塔筒2、二阶塔筒3和三阶塔筒4；

所述风轮系统7的轮毂72为以三等面结构721和一支撑面722及前端面723构成不规则且中间镂空的圆型体；轮毂的支撑面722上设有带有托盘平台工装；轮毂的三等面结构内均设置有版口，在每个版口上设置有与内壁通过小型齿轮与内齿盘相对接且倒置的变桨电机74；轮毂72外套设与透明可视的导流罩71；所述叶片8通过变桨轴承73上的外齿盘固定在轮毂72的三等面结构721上，变桨轴承73上的内齿盘与编码器75通过编码器支架相连接，轮毂的限位支架u型槽体中安装有光电开关76；

所述机舱系统5通过其上设有的小型旋转步进电机50与发电机6上的大齿轮相啮合，小型旋转步进电机50安装在机舱底盘支架51的内壁上，机舱底盘支架51上端装有两个偏航电机54和液压站56，机舱底盘支架51下端通过小齿轮与偏航外大齿轮相啮合，机舱底盘支架51外齿合有偏航轴承58，偏航轴承58底部设有偏航刹车盘59，第二光电开关57固定于机舱底盘支架51下端的偏航计数器支架u槽上，机舱底盘支架51相对于小型旋转步进电机50相对应的另一侧外壁上连接有电器柜55，机舱底盘支架51套设在机舱罩52中，机舱罩52上端设有风速风向仪53；

所述塔筒系统从下至上依次为可移动底座1、一阶塔筒2、二阶塔筒3和三阶塔筒4；

二、电气柜

电气柜控制系统包括触摸屏91、终端采集系统92 、端子94 、整体采集设备95、电网监测及变送器系统96、二级驱动器97和一级驱动器98；整体采集设备95包括一级采集系统、二级采集系统；

信号通过端子94传递到整体采集设备95直至终端采集系统92，终端采集系统将输入信号分析处理，显示在人机界面的触摸屏91上，再由人机界面输送至终端采集系统92，终端采集系统92将信号分发至二级驱动器97，二级驱动器97完成对一级驱动器98的控制，一级驱动器98处理风轮系统7的三个变桨电机74及机舱系统5的两个偏航电机54。

2.按权利要求1所述直驱实验台，其特征在于：变桨电机74通过滑动旋转输出设备依次串联多芯航空插头、电气柜端子94、整体采集设备95和终端采集设备92相接，其中整体采集设备95为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统；其中变桨电机74通过快速接头连接滑动旋转输出设备。

偏航电机54与第二光电开关57分别通过快速接头并联到多芯航空插头上再依次串联、电气柜端子、整体采集设备和终端采集设备相接；其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统；其中整体采集设备95为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统。

所述平台工装采用可固定或可拆卸的可视材质。

所述变桨电机74采用直流电机包裹在电机外型的变桨外壳内。

所述偏航电机54采用直流电机装置在偏航外型装置内。

终端采集系统92包括断路器93，PLC，开关电源，通讯模块，电网采集系统。

还包括有用于对风力发电机组进行拆卸、安装、吊装和搬运的移动起吊装置系统9。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

（一）风轮构件安装操作如下：

（1）轮毂构件安装 1）选取轮毂和轮毂工装。2）将轮毂工装稳固地放置在工作台上。3）将轮毂放置在轮毂工装上，将轮毂底面与轮毂工装贴合紧密；对齐安装孔，并用4个M4×16螺栓从轮毂方向穿过螺栓孔，4个螺栓相隔90°。4）将全部的M4×16螺栓及M4螺母紧固在一起。

（2）变桨轴承安装 1）选取变桨轴承，将轴承上面的油污擦拭干净。2）将变桨轴承放置在轮毂安装面上，对齐安装孔及标记线，用2个M4×30的螺钉在两侧拧入并预固定，稍微预紧。3）安装轴承上的剩余5个M4×30螺钉，并将全部7个螺钉紧固在一起。但轴承底部3个螺钉孔不要安装螺钉（此3个螺钉孔用于安装导流罩的下支架）。

（3）变桨电机安装 1）选取变桨电机2）预安装变桨电机：将变桨电机从轮毂内侧插入电机安装孔，手动旋转变桨轴承内圈，电机齿轮与轴承齿轮啮合，将电机安装止口完全装入轮毂安装孔。3）检查电机齿轮端面是否与变桨轴承齿轮端面是否对齐，如不对齐，需要重新安装变桨电机上小齿轮上的M2锁紧螺钉，然后调整齿轮端面位置并锁紧。4）重新安装变桨电机：对齐电机与轮毂的螺钉孔，安装8个M2×8的螺钉，稍微预紧。

（4）编码器组件安装 1）选取编码器组件；2）将编码器组件放置在轮毂安装面上，检查编码器齿轮齿厚中心线与轴承齿轮齿厚中心线基本对齐。3）安装4个M2×6的螺钉，稍微预紧。

（5）开关挡块安装 1）选取开关挡块；2）将开关挡块放置在变桨轴承内圈安装孔上，用2个M4×4螺钉固定，挡块底面与轴承齿轮端面间隙为2mm以上。

（6）开关支架组件安装1）选取开关支架组件；2）将开关支架放置在轮毂安装面上，对齐安装孔，用2个M2×6的螺钉固定开关支架。3）安装其他2个M2×6的螺钉并紧固。4）检查光电开关的M3锁紧螺母是否紧固，光电开关勿伸出过多，以免第一次调试时挡块磕碰光电开关

（7）变桨控制柜组件安装1）选取变桨控制柜及控制柜支架；2）将柜体与支架安装在一起，用4个M2×35螺钉紧固；3）将安装好的组件放置在轮毂安装面上，用4个M2×8螺钉紧固。

（8）按照上述（2）-（7）任务要求，安装剩余的2个变桨系统。

（9）导流罩上支架安装1）选取导流罩上支架；2）将导流罩上支架放置在轮毂上安装面，支架中的短梁与轴承轴线方向对齐，并在短梁上的位置用3个M4×12的螺钉紧固，螺钉相隔120°。

（10）导流罩下支架安装 1）选取导流罩下支架；2）将支架放置在变桨轴承外圈外安装面上，用3个M4×35螺钉紧固，稍微预紧。3）采取同样方式，安装剩余的2个导流罩下支架。

（11）导流罩安装 1）选取导流罩；2）将导流罩如图由上方套入轮毂，把对齐螺钉孔，用2个M2×8螺钉固定。3）安装其他4个M2×6的螺钉并紧固。4）稍微拧松一些下支架的M4×35安装螺钉；5）安装导流罩下支架螺钉：导流罩为易变形材料，安装时需要拉动导流罩外檐，对齐安装孔；用3个M2×8的螺钉预固定并紧固；然后紧固导流罩下支架上面的3个M4×35螺钉。6）采取同样方法安装其他2个导流罩下支架的螺钉。

安装完成，如图2先将快速插头对接连接好电气元件，通过航空插头对接方式完成电缆的链接，将风轮构件连接至电气柜。通过电气柜中稳压电源24v给电机提供电压，通过5v稳压电源给编码器提供电源，通过直流电源给光电开关提供电源，将采集到的编码器信号通过信号放大器设备传送至终端信号处理系统（可编程控制器），

（变桨速度控制）通过操作闭合断路器，连接航空插头，将快速插头与变桨电机及编码器和光电开关相连接，在人机界面处理完成系统故障排查后，操作人机界面中变桨速度控制，使人机界面输送信号至终端采集系统，由终端采集系统对一级驱动系统发送指令，完成变桨电机速度控制，经过变桨齿圈旋转带动编码器齿轮旋转将编码器信号经过电缆输送至二级采集系统，经过二级采集系统分析计算将处理后的信号输送至终端采集系统，终端采集系统经过二次加工计算，将反馈值显示在人机界面上，最终完成变桨系统的速度控制，使变桨系统安装指定的速度运行。

（变桨角度控制）通过操作闭合断路器，连接航空插头，将快速插头与变桨电机及编码器和光电开关相连接，在人机界面处理完成系统故障排查后，操作人机界面中变桨角度控制，使人机界面输送信号至终端采集系统，由终端采集系统对一级驱动系统发送指令，完成变桨电机速度控制，经过变桨齿圈旋转带动编码器齿轮旋转将编码器信号经过电缆输送至二级采集系统，经过二级采集系统分析计算将处理后的信号输送至终端采集系统，终端采集系统经过二次加工计算，将反馈值显示在人机界面上，最终完成变桨系统的角度控制，使变桨系统安装指定的速度运行。

（变桨限位控制）通过操作闭合断路器，连接航空插头，将快速插头与变桨电机及编码器和光电开关相连接，在人机界面处理完成系统故障排查后，操作人机界面中变桨运行，是变桨电机带动齿盘旋转，驱使变桨限位挡块与变桨系统光电开关接近，使用光电开关输出信号经过电缆输送至二级采集系统，经过二级采集系统分析计算将处理后的信号输送至终端采集系统，终端采集系统经过二次加工计算，将反馈值显示在人机界面上，再由人机界面输送指令至终端采集设备，控制变桨电机停止与启动。

上述实验为手动实验，需要操作者自行编写程序，在编写程序时可以调用设备本身自主研发的底层程序，编程者可以对底层程序提供的接口，地址进行访问与调用，完成不同的实验方式，自由组合。

上述实验操作均为人机界面操作，在人机界面上带有输入输出区域，系统状态显示区域，系统操作区域，语言编程区域，动画显示区域。

（二）机舱构件安装操作如下：（1）安装机舱底盘支架 1）选取机舱底盘支架与机舱倒置工装。2）将底盘倒立放置在机舱倒置工装上。

（2）安装偏航轴承1）选取偏航轴承，将偏航轴承上面的油污擦拭干净。2）将偏航轴承放置在底盘上，内圈高出的法兰面与机舱底盘支架接触，对齐机舱底盘支架与偏航轴承内圈的安装孔，预固定2个M4×30螺钉。3）将剩下的22个M4×30螺钉安装到偏航轴承上，并采用星型紧固。

（3）安装摩擦盘1）选取摩擦盘，将摩擦盘上面的油污擦拭干净。2）将摩擦盘放置在偏航轴承上，有台阶的方向与轴承接触，对齐摩擦盘与偏航轴承的3个安装孔，用3个M4×16螺钉紧固，并用M4×16螺钉检查其他所有安装孔是否对齐，如不对齐，调整摩擦盘位置再次安装。

（4）安装制动器垫块1）选取制动器垫块。2）将制动器垫块放置在机舱底盘支架安装面上，用2个M2×20螺钉紧固，然后用M3×55螺钉检查其他8个孔是否对齐，如不对齐，调整制动器垫块再次安装。3）采用上述同样方法，安装剩下3个制动器垫块。

（5）安装制动器1）选取制动器。2）将制动器由轴承内侧放置在制动器垫块上，并保证制动器钳口套入摩擦盘的内圆面，用2个M3×55螺钉预固定制动器（勿预紧），安装其他6个螺钉，保证所有螺钉全部拧入，再预紧螺钉；预紧螺钉采用对角安装，先预紧中间4个螺钉，再预紧四角的4个螺钉。3）采用上述同样方法，安装剩下3个制动器。

（6）安装碳刷组件1）选取碳刷组件。2）将碳刷组件放置在底盘安装面上，用2个M2×6螺钉固定，稍微预紧，调节碳刷支架位置，使碳刷与摩擦盘内圆接触；紧固螺钉。3）采用上述同样方法，安装另一个碳刷组件。4）手动旋转轴承，保证轴承旋转一周，碳刷与摩擦盘一直保持接触，不得存在脱开的状态。

（7）翻转底盘1）选取机舱正置工装。2）将机舱正置工装放置在底盘附近，保证稳定；翻转底盘，将底盘组件放置在机舱正置工装上，摩擦盘底面与机舱正置工装接触；用2个M4×25螺钉从正置工装的下方穿入，并拧入底盘轴承上，预固定住底盘组件，2个螺钉相隔180°；然后在安装另2个M4×25螺钉，4个螺钉相隔90°。

（8）安装偏航电机 1）选取偏航电机。按照下列2）-4）的方法，安装完成一个电机后，禁止手动旋转偏航轴承。2）预安装偏航电机：将偏航电机从底盘上侧插入电机安装孔，手动旋转偏航轴承，使电机齿轮与轴承齿轮啮合，将电机安装止口完全装入底盘安装孔。3）检查电机齿轮端面是否与变桨轴承齿轮端面对齐，如不对齐，需要重新安装变桨电机上小齿轮上的M2锁紧螺钉，然后调整齿轮端面位置并锁紧。4）重新安装变桨电机：对齐电机与底盘的螺钉孔，用8个M2×8螺钉预固定，稍微预紧。5）采用上述同样方法，安装另一个偏航电机。

（9）安装偏航定位开关1）选取偏航定位开关（即第二光电开关）。2）将定位开关支架放置在底盘下安装面上，对齐安装孔，用4个M2×6螺钉固定定位开关支架，并紧固。3）检查定位开关的M3锁紧螺母是否紧固，如不紧固，用M3扳手进行紧固。定位开关勿伸出过多（定位开关与齿顶距离5-10mm），以免第一次调试时齿轮磕碰定位开关。

（10）安装机舱控制柜1）选取机舱控制柜。2）将控制柜放置在底盘安装面上，用4个M2×8螺钉固定，并紧固。3）将控制柜门安装在柜体上，用4个M2×6螺钉紧固。

（11）安装轮滑泵1）选取轮滑泵。2）将轮滑泵放置在底盘安装面上，用2个M2×8螺钉安装紧固。

（12）安装液压站1）选取液压站。2）将液压站放置底盘安装面上，用4个M2×35螺钉紧固。

（13）安装机舱罩支架1）选取机舱罩支架。2）将机舱罩支架放置在底盘下安装面上，对齐安装孔，用4个M2×10螺钉紧固。3）采用上述同样方法，安装剩下3个机舱罩支架。

（14）安装吊环 1）选取吊环。2）将吊环安装在底盘的上安装面，底部左右各一个，上部一个，并紧固。

（15）安装机舱罩左右罩体1）选取机舱罩左罩、右罩、上罩及上盖。2）将机舱罩左罩放置在机舱罩支架上，对齐安装孔，用8个M2×8螺钉紧固（注意：机舱罩为有机材料，安装时勿损坏机舱罩）。3）采用上述同样方法，安装机舱罩右罩。4）对齐机舱罩左右罩之间的连接安装孔，用5个M2×10螺钉与M2螺母紧固。5）将机舱罩上罩放置在安装好的机舱罩左右罩上，对齐安装孔，并用8个M2×25螺钉固定，稍微预紧即可（此步骤为试安装机舱罩上罩）。6）将机舱罩上盖放置在机舱罩上罩上，对齐安装孔，用4个M2×8螺钉紧固。7）拆卸机舱罩上罩。

安装完成，如图3，先将快速插头对接连接好电气元件，通过航空插头对接方式完成电缆的链接，将机舱构件连接至电气柜。通过电气柜中稳压电源24v给电机提供电压，通过直流电源给光电开关提供电源，将采集到的信号通过信号放大器设备传送至终端信号处理系统（可编程控制器），

（偏航速度控制实验）通过操作闭合断路器，连接航空插头，将快速插头与偏航电机及光电开关相连接，在人机界面处理完成系统故障排查后，操作人机界面中变偏航度控制，使人机界面输送信号至终端采集系统，由终端采集系统对一级驱动系统发送指令，完成偏航电机速度控制，经过偏航齿圈旋转带动齿轮旋转将光电信号经过电缆输送至二级采集系统，经过二级采集系统分析计算将处理后的信号输送至终端采集系统，终端采集系统经过二次加工计算，将反馈值显示在人机界面上，最终完成偏航系统的速度控制，使偏航系统安装指定的速度运行。

（偏航角度控制实验）通过操作闭合断路器，连接航空插头，将快速插头与偏航电机及光电开关相连接，在人机界面处理完成系统故障排查后，操作人机界面中偏航角度控制，使人机界面输送信号至终端采集系统，由终端采集系统对一级驱动系统发送指令，完成偏航电机速度控制，经过偏航齿圈旋转带动齿轮旋转将光电器信号经过电缆输送至二级采集系统，经过二级采集系统分析计算将处理后的信号输送至终端采集系统，终端采集系统经过二次加工计算，将反馈值显示在人机界面上，最终完成偏航系统的角度控制，使偏航系统安装指定的速度运行。

（扭缆控制实验）偏航机组扭缆限位控制通过光电开关放大信号传输至终端采集设备，在终端采集设备处理完成后，将信号分配给光电开关信号收发器，使信号收发器计算扭缆限位值，再将扭缆限位值与设置限位值比较，两者相等后，完成扭缆限位现象，再操作人机界面，保证无法正常向扭缆方向继续运行，驱使机舱向反向操作运行。

（解缆控制实验）需要在上述实验实现后，操作人机界面使机舱在恒定的速度下反向运行，使整个机舱部件具备上诉功能，机舱部件可以实现上述结构及现象。

（液压站运行实验）液压站在系统中起到制动作用，通过人机界面输送信号至机舱部件，驱使刹车盘离开刹车片，达到使机舱偏航的条件。在机舱偏航停止后，可以在驱使刹车盘与刹车片紧固在一起，达到制动的目的，

上述实验与之前描述实验内容相，都是通过人机界面完成操作，通过终端采集系统处理，使上述部件完成相关动作（在真实风机中操作繁琐，这里简单的部件完成相关的操作，区别其他厂家设备）。

上述实验为手动实验，需要操作者自行编写程序，在编写程序时可以调用设备本身自主研发的底层程序，编程者可以对底层程序提供的接口，地址进行访问与调用，完成不同的实验方式，自由组合。

上述实验操作均为人机界面操作，在人机界面上带有输入输出区域，系统状态显示区域，系统操作区域，语言编程区域，动画显示区域。

（三）（整机自动运行）在整体设备器件

（1）吊装下塔筒，将下塔筒安装在基础上。

（2）吊装中塔筒，将中塔筒安装在下塔筒上。

（3）吊装上塔筒，将上塔筒安装在中塔筒上。

（4）吊装机舱，将机舱安装在上塔筒上。

（5）吊装发电机，将发电机安装在机舱的底盘上。

（6）吊装风轮，将风轮安装在发电机外转子法兰上。

吊装叶片，将叶片安装在风轮上。

吊装完成如图1

在电气柜后面板闭合断路器设备，使电气柜系统带电，本电气柜为驱动设备，信号采集设备，执行设备提供电源，故障点包括电气接线松动，驱动设备故障，外部急停，机组电机故障，编码器故障，光电开关故障，通过人机界面严谨的分析与排故障，完成系统自检过程，根据提示与截图处理机组故障点，并且排除故障（大风机装置故障点多，需要查表，我们设备将主要故障点列举出来，在人机界面上直接显示，根据提示处理故障）。

上述故障排除后，操作人机界面自动运行画面系统，实现，一键启动后，系统电气操作步骤：

1）机组处于无故障状态，即报警等级小于2级。

2）桨叶位置处于正常停机位置（91°）

（3）电位器给定风速，使风轮旋转。

（4）机组启动：在风速小于3m/s时，桨叶由91°开桨至60°位置。

（5）机组启动：在风速大于3m/s小于12m/s时，桨叶由60°开桨至0°位置。

（6）机组启动：在风速大于12m/s小于25m/s时，桨叶根据任务书标准，使由桨叶随之变化。

（7）机组偏航：实现在风向值输入后2s，偏航系统自动判断最优线路偏航（例题：当前偏航位置为0°，风向为300°时，偏航系统逆向运行至300°，偏航过程60°）。

（8）机组液压站：实现偏航运行，刹车释放，压力值低于30bar；停止时刹车抱死，压力值高于30bar。

（9）机组停机：机组以2°/s关桨至91°限位开关位置停止，偏航停止运行，风轮转速缓速减小至停机。

（10）机组紧急停机：机组以4°/s关桨至91°限位开关位置停止，偏航停止运行，风轮转速缓速减小至停机。

（11）机组自动解缆：机组以4°/s关桨至91°限位开关位置停止，风轮转速缓速减小至停机。机组以4°/s偏航解缆至0°停机。

（12）设备急停:机组立即停止动作。

成果体现：本发明可以做的相关实验内容比较多，其他厂家只能完成部分内容。

相关实验如下：总实验内容：

可设置的任务点：

风轮组装；变桨系统电气；变桨系统编程；变桨系统调试与运行；机舱组装；

偏航系统电气组装；偏航系统编程；偏航系统调试与运行；塔筒吊装；机舱吊装

发电机吊装；风轮吊装；叶片吊装；整机电气组装；风电机组控制系统编程

整机调试与运行；

可实现的实验室内容：

偏航系统控制策略实验；液压控制系统编程实验；偏航系统计数编程实验；

偏航系统扭缆控制实验；偏航系统解揽控制实验；偏航系统最优路线控制实验。变桨系统控制策略实验；变桨编码器编程实验；独立变桨实验；变桨限位控制实验；发电机组并网实验；发电机开路电压实验；全功率段发电实验；机组最大功率跟踪实验；发电最优曲线绘制实验；机组自动运行实验。

Claims (8)

1.一种直驱风力发电机组实验台，包括风力发电机组，电气柜控制系统和编程系统，其特征在于：所述编程系统为计算机编程设备，将程序传递至电气柜控制系统指导控制风力发电机组实现各实验的操作；

一、风力发电机组

所述风力发电机组包括风轮系统、机舱系统和塔筒系统，其中风轮系统包括叶片、导流罩、轮毂、变桨轴承和变桨电机，风轮系统与机舱系统通过发电机连接，机舱系统包括机舱底盘支架、机舱罩、风速风向仪、偏航电机、电器柜55和液压站，机舱系统通过底部的大齿轮与塔筒系统相连接；塔筒系统包括可移动底座、一阶塔筒、二阶塔筒和三阶塔筒；

所述风轮系统的轮毂为以三等面结构和一支撑面及前端面构成不规则且中间镂空的圆型体；轮毂的支撑面上设有带有托盘平台工装；轮毂的三等面结构内均设置有版口，在每个版口上设置有与内壁通过小型齿轮与内齿盘相对接且倒置的变桨电机；轮毂外套设与透明可视的导流罩；所述叶片通过变桨轴承上的外齿盘固定在轮毂的三等面结构上，变桨轴承上的内齿盘与编码器通过编码器支架相连接，轮毂的限位支架u型槽体中安装有光电开关；

所述机舱系统通过其上设有的小型旋转步进电机与发电机上的大齿轮相啮合，小型旋转步进电机安装在机舱底盘支架的内壁上，机舱底盘支架上端装有两个偏航电机和液压站，机舱底盘支架下端通过小齿轮与偏航外大齿轮相啮合，机舱底盘支架外齿合有偏航轴承，偏航轴承底部设有偏航刹车盘，第二光电开关固定于机舱底盘支架下端的偏航计数器支架u槽上，机舱底盘支架相对于小型旋转步进电机相对应的另一侧外壁上连接有电器柜，机舱底盘支架套设在机舱罩中，机舱罩上端设有风速风向仪；

所述塔筒系统从下至上依次为可移动底座、一阶塔筒、二阶塔筒和三阶塔筒；

二、电气柜

电气柜控制系统包括触摸屏、终端采集系统 、端子 、整体采集设备、电网监测及变送器系统、二级驱动器和一级驱动器；整体采集设备包括一级采集系统、二级采集系统；

信号通过端子传递到整体采集设备直至终端采集系统，终端采集系统将输入信号分析处理，显示在人机界面的触摸屏上，再由人机界面输送至终端采集系统，终端采集系统将信号分发至二级驱动器，二级驱动器完成对一级驱动器的控制，一级驱动器处理风轮系统的三个变桨电机及机舱系统的两个偏航电机。

2.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：变桨电机通过滑动旋转输出设备依次串联多芯航空插头、电气柜端子、整体采集设备和终端采集设备相接，其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统；其中变桨电机通过快速接头连接滑动旋转输出设备。

3.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：

偏航电机与第二光电开关分别通过快速接头并联到多芯航空插头上再依次串联、电气柜端子、整体采集设备和终端采集设备相接；其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统；其中整体采集设备为并联或者串联的一级采集系统和二级采集系统。

4.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：所述平台工装采用可固定或可拆卸的可视材质。

5.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：所述变桨电机采用直流电机包裹在电机外型的变桨外壳内。

6.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：所述偏航电机采用直流电机装置在偏航外型装置内。

7.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：终端采集系统包括断路器，PLC，开关电源，通讯模块，电网采集系统。

8.按权利要求1所述直驱风力发电机组实验台，其特征在于：还包括有用于对风力发电机组进行拆卸、安装、吊装和搬运的移动起吊装置系统。