CN207850686U - 轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台 - Google Patents

Abstract

一种轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，下底板上安装固定直流无刷电机，上底板上安装固定永磁风力发电机，直流无刷电机和永磁风力发电机通过皮带和皮带轮传动，电刷与皮带轮和永磁风力发电机中间的轴相接触，电机调速装置在直流无刷电机右侧，电机控制器固定在下底座上，电机调速装置上，单片机与电机控制器的PWM信号接收模块相连，永磁风力发电机的输出端与电能消耗装置连接，信号采集系统由传感器和用数据采集卡组成；外接电源经电刷、轴、轴承和永磁风力发电机构成回路。本实用新型研究由轴电流原因引起的风力发电机组轴承故障，进而导致轴承性能衰退直至失效的轴承性能退化过程。

Description

轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组轴承，尤其是永磁风力发电机组轴承，涉及一种轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台。

背景技术

近年来，随着我国风力发电机组的装机容量快速增长，风力发电机组的维护问题日益突出。风力发电机组通常安装在交通不便、环境恶劣的远郊或沿海地区，且机舱通常远离地面，发电机组一旦出现故障，会导致整个机组停机，由此将导致巨大的经济损失和昂贵的维修成本。轴承是风力发电机组中的一个关键的零部件，很多风力发电机组的故障是由轴承故障引起的，因此有必要对风力发电机组中轴承发生故障的原因、机理、性能衰退过程等进行研究。当前，对风力发电机组中轴承故障的研究主要是从载荷过大、润滑不良等方面的原因引起的轴承发生疲劳磨损进而导致其性能衰退的方面展开的。由于接地不良、绝缘老化、变流技术的广泛应用等原因，在风力发电机组中容易有轴电流产生，从而引发轴承故障，进而导致轴承的失效。

发明内容

为了研究由轴电流引起的风力发电机组轴承故障，本实用新型提供一个轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，研究由轴电流原因引起的风力发电机组轴承故障，进而导致轴承性能衰退直至失效的轴承性能退化过程。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，包括可升降机座、直流无刷电机、永磁风力发电机、皮带、皮带轮、电刷、电机调速装置、直流电源、外接电源、电能消耗装置和信号采集系统，所述可升降机座包括下底板、螺纹杆、螺纹套筒和上底板，所述下底板上安装固定所述直流无刷电机，所述上底板上安装固定所述永磁风力发电机，所述直流无刷电机和所述永磁风力发电机通过所述皮带和所述皮带轮传动，所述电刷与所述皮带轮和所述永磁风力发电机中间的轴相接触，所述电机调速装置在所述直流无刷电机右侧，所述电机调速装置包括电机控制器和单片机，所述电机控制器固定在所述下底板上，所述单片机与所述电机控制器的PWM信号接收模块相连，所述永磁风力发电机的输出端与所述电能消耗装置连接，所述信号采集系统由用于采集永磁风力发电机的振动和电流信号的传感器和用于接收所述传感器采集到的信号的数据采集卡组成；所述外接电源经所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁风力发电机构成回路。

本实用新型中，电流从所述外接电源流出经过保护电阻，所述电刷，所述轴，所述轴承，所述永磁风力发电机构成回路，由于其他部分的绝缘与断路，故所述回路唯一，所述回路中电流经过所述轴承后对所述轴承造成故障进而引发其性能退化，以此模拟风力发电机轴承由轴电流原因引起的轴承失效。

进一步，所述直流无刷电机由所述电机调速装置控制，所述电机调速装置由所述单片机控制，所述单片机在烧写进的程序控制下输出占空比动态变化的PWM波，所述PWM波决定所述直流无刷电机的转速。

再进一步，所述传感器包括振动传感器和电流探头，所述振动传感器安装固定在绝缘垫片上，所述绝缘垫片固定在所述永磁风力发电机上，所述电流探头夹在所述永磁风力发电机的一相输出上。

更进一步，所述电能消耗装置包括整流器和水泥电阻，所述永磁风力发电机的输出端、整流器和水泥电路构成消耗回路。所述整流器将所述永磁风力发电机产生的交流电转化为直流电，所述直流电流过所述水泥电阻后，电能以热能的形式消耗。

本实用新型的有益效果主要表现在：(1)装置易于控制，用已经烧写入单片机的程序控制PWM信号的占空比，进而控制直流无刷电机的转速，让其变转速运行，也可以通过改编程序控制直流无刷电机让其在稳定转速下运行，实现不同工况下轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的研究分析；(2)通过改变外接电源的输入电压大小，或改变输入电流类型，实现利用不同电流大小、类型对风力发电机轴承性能退化影响的研究分析；(3)装置同时采集风力发电机的振动和电流信号，可实现对风力发电机轴承的实时监控，采集到的信号数据能在上位机上实时显示，可有效避免利用单一信号分析对风力发电机轴承健康状况的误判；(4)通过可升降平台对风力发电机高度的调整可对皮带的预紧力进行控制，从而可以模拟风力发电机组承受风轮叶片的重量而所产生的应力载荷。

附图说明

图1为轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的模拟平台主视图；

图2为轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的模拟平台左视图；

图3为轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的模拟平台剖视图；

图4为轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的模拟平台轴二侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照附图1～图4，一种轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的模拟平台，包括可升降机座、直流无刷电机、永磁风力发电机、皮带、皮带轮、电刷、电机调速装置、直流电源、外接电源、电能消耗装置和信号采集系统，所述可升降机座包括下底板、螺纹杆、螺纹套筒和上底板，所述下底板上安装固定所述直流无刷电机，所述上底板上安装固定所述永磁风力发电机，所述直流无刷电机和所述永磁风力发电机通过所述皮带和所述皮带轮传动，所述电刷与所述皮带轮和所述永磁风力发电机中间的轴相接触，所述电机调速装置在所述直流无刷电机右侧，所述电机调速装置包括电机控制器和单片机，由所述直流电源供电，所述电机控制器固定在所述下底板上，所述电机调速装置上，所述单片机与所述电机控制器的PWM信号接收模块相连，所述电能消耗装置包括整流器与水泥电阻，消耗发电机产生电能，所述信号采集系统由传感器和数据采集卡组成，所述传感器采集永磁风力发电机的振动和电流信号，所述数据采集卡接收所述传感器采集到的信号；所述外接电源经所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁风力发电机构成回路。

平台通过直流电源进行供电，直流电源与电机控制器18相连，直流无刷电机19的电源线与霍尔相分别与电机控制器18的相应接口连接，形成动力输入部分；直流无刷电机19的输出轴旋转后带动皮带轮12转动，皮带13再将动力传递给皮带轮15，皮带轮15将动力传给永磁风力发电机3的输入轴，形成传动部分；永磁风力发电机3的输入轴被皮带轮15带动旋转后开始发电，发出电流经过整流器，水泥电阻后，电能被消耗，形成系统的输出部分。

本实施例中，下底板10上连接有螺纹杆7，螺纹杆7上安装有螺纹套筒9，螺纹套筒支撑起上底座8的同时，可通过螺纹杆7的螺纹进行升降。

本实施例中，永磁风力发电机3所发出的交流电在通过带有整流电路的整流器后变为直流电，直流电通过水泥电阻将产生的电能以热能的形式消耗。

本实施例中，轴电流通过外接电源产生，产生的电流通过人字架5的夹紧部分24后通过导线传给碳刷21，在经过永磁风力发电机3的输入轴后到达轴承20，轴电流通过轴承20会导致轴承20发生故障进而引起轴承20的性能发生退化，最后电流再通过永磁风力发电机3的外壳和保护电阻后流回外接电源，形成完整的回路。

本实施例中，安装碳刷21的人字架5通过夹紧部分24的孔与刷杆6的绝缘端相连，通过螺栓紧固，刷杆6的另外一端与固定支架4相连接，固定支架4紧固在上底座8上，确保固定支架4支撑的碳刷21紧贴在永磁风力发电机3的旋转轴上。

本实施例中，直流无刷电机19的转速与电机控制器18的PWM信号占空比呈线性关系，动力输入部分通过控制单片机来输出设定占空比的PWM信号，进而控制直流无刷电机19的转速。

本实施例中，振动传感器1固定绝缘垫片2上，绝缘垫片2固定在永磁风力发电机3上，采集永磁风力发电机3的振动信号，另外用电流探头采集永磁风力发电机3输出的电流信号，振动传感器1和电流探头与数据采集卡相连，所述采集卡将采集到的信号传给上位机后，由上位机进行信号保存、分析处理等一系列后续操作。

本实施例的工作原理和工作过程如下：

打开直流电源后，直流无刷电机19开始转动，同时，单片机开始工作，为电机控制器18按设定的情况输入不同占空比的PWM信号，控制直流无刷电机19的转速，通过皮带轮12、皮带13、皮带轮15将动力传递给永磁风力发电机3，模拟永磁风力发电机3在不同转速下工作运行的情况。同时外接电源让电流通过人字架5，碳刷21，永磁风力发电机3的输入轴，轴承20，永磁风力发电机3的外壳，保护电阻后回到电源，形成完整的电流回路，使轴承20在电流的影响下工作。轴承20的健康状态从永磁风力发电机3的振动信号和输出的电流信号上反映出来，振动传感器1采集永磁风力发电机3的振动信号，电流探头采集永磁风力发电机3输出的电流信号，振动传感器1和电流探头与数据采集卡相连，所述采集卡将采集到的信号传给上位机后，由上位机进行信号保存、分析处理等一系列后续操作。

本实用新型提供的轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的模拟平台，具有以下优点：

(1)装置易于控制，用已经烧写入单片机的程序控制PWM信号的占空比，进而控制直流无刷电机的转速，让其变转速运行，也可通过改编程序控制直流无刷电机让其在稳定转速下运行，实现不同工况下轴电流对风力发电机轴承性能退化影响的研究分析；

(2)通过改变外接电源的输入电压大小，或改变输入电流类型，实现利用不同电流大小、类型对风力发电机轴承性能退化影响的研究分析；

(3)装置同时采集发电机的振动和电流信号，可实现对发电机轴承的实时监控，采集到的信号数据能在上位机上实时显示，可有效避免利用单一信号分析对发电机轴承健康状况的误判；

(4)通过可升降平台对发电机高度的调整，进而可对皮带的预紧力进行粗调控制，从而可以模拟风力发电机组承受风轮叶片的重量而所产生的应力载荷。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关领域的普遍技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求确定。

Claims (4)

1.一种轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：包括可升降机座、直流无刷电机、永磁风力发电机、皮带、皮带轮、电刷、电机调速装置、直流电源、外接电源、电能消耗装置和信号采集系统，所述可升降机座包括下底板、螺纹杆、螺纹套筒和上底板，所述下底板上安装固定所述直流无刷电机，所述上底板上安装固定所述永磁风力发电机，所述直流无刷电机和所述永磁风力发电机通过所述皮带和所述皮带轮传动，所述电刷与所述皮带轮和所述永磁风力发电机中间的轴相接触，所述电机调速装置在所述直流无刷电机右侧，所述电机调速装置包括电机控制器和单片机，所述电机控制器固定在所述下底板上，所述单片机与所述电机控制器的PWM信号接收模块相连，所述永磁风力发电机的输出端与所述电能消耗装置连接，所述信号采集系统由用于采集永磁风力发电机的振动和电流信号的传感器和用于接收所述传感器采集到的信号的数据采集卡组成；所述外接电源经所述电刷、所述轴、所述轴承和所述永磁风力发电机构成回路。

2.如权利要求1所述的轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：所述直流无刷电机由所述电机调速装置控制，所述电机调速装置由所述单片机控制，所述单片机在烧写进的程序控制下输出占空比动态变化的PWM波，所述PWM波决定所述直流无刷电机的转速。

3.如权利要求1或2所述的轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：所述传感器包括振动传感器和电流探头，所述振动传感器安装固定在绝缘垫片上，所述绝缘垫片固定在所述永磁风力发电机上，所述电流探头夹在所述永磁风力发电机的一相输出上。

4.如权利要求1或2所述的轴电流对风力发电机组轴承性能退化影响的模拟平台，其特征在于：所述电能消耗装置包括整流器和水泥电阻，所述永磁风力发电机的输出端、整流器和水泥电路构成消耗回路。