一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台及其工作方法，它包括发电机、太阳行星轮减速器、台架、蓄电池、电动机、控制柜等主要部件。控制柜中装有变频器、三相数显表、风电机组控制器、逆变器及按钮、开关、导线等附属零部件。该试验台通过变频器调节电动机的输入电源频率，从而改变电动机的输出转速，通过太阳行星轮减速器、同步带轮输出动力到发电机，模拟不平稳的风力输入，减少了鼓风机模拟所占的空间和噪声。通过拆卸更换太阳行星轮减速器内部部件，可以模拟各个部件的不同故障，研究小型风电机组在齿轮箱故障下的关键特征，提高风电机组健康维护效率和风电场风能利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模拟风力发电机组齿轮箱故障的试验台
，具体涉及一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台及其工作方法。
技术介绍
近年来，随着国家对清洁可再生能源的重视，风力发电机组(风电机组)在中国得到了较为快速的发展，装机量逐年提升，关于风电机组的健康状态监测与维护逐渐成为行业研究热点。因风电机组工作环境恶劣，工况复杂，故障维修成本较高，常规现场检测与维护较为困难，很多研究者拟通过实验室模拟试验的方式研究其故障与维护特点，以降低维修成本和提高风电机组利用率。目前国内外具有针对某些特定型号风电机组的试验平台，如平行轴传动故障模拟平台，风电机组叶轮故障模拟平台，风电机组叶片载荷与故障模拟平台、鼓风机驱动风电机组模拟试验台等。但实际风电机组结构尤其是以齿轮箱为代表的主轴传动链系统结构复杂，成本在整机中占有较大比重，因为齿轮箱多为监测重点。现在的某些大型风电机组齿轮箱需要把低速的叶轮转速提升到较高的发电机额定输入转速，需要较大的传动比。一般的平行轴减速箱无法达到如此高的传动比，因而齿轮箱多采用太阳行星轮系结合高速平行轴传动的方式。现有故障模拟试验平台针对太阳行星轮增速齿轮箱的相对较少，针对其故障机理及故障特点研究不太全面。某些鼓风机模拟风速的试验台结构不紧凑，对实验环境要求较高，且很多相关研究技术未能大规模推广。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台及其工作方法，可以模拟太阳行星轮齿轮箱本身的各类典型故障，且试验台结构紧凑，成本低廉，可以大规模推广。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，包括依次连接的控制柜、电动机、太阳行星轮减速器和发电机，所述电动机、太阳行星轮减速器和发电机固定在台架上；所述太阳行星轮减速器通过同步带轮装置与发电机相连；所述控制柜内部设有三相变频器，所述三相变频器与所述电动机连接。进一步的，所述同步带轮装置由前同步轮、同步带和后同步轮依次连接组成，所述齿轮箱连接所述前同步轮，所述后同步轮连接所述发电机。进一步的，所述控制柜通过三相变频器调节输出给电动机的电源频率，以调节电动机的输出转速，电动机的输出转速公式如式(1)所示：式中，n0为电动机的输出转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数。进一步的，所述电动机通过联轴器与太阳行星轮减速器相连，太阳行星轮减速器的输入转速等于所述电动机的输出转速。进一步的，太阳行星轮减速器的输出转速n1为：式中，i1为太阳行星轮减速器的减速比，n0为电动机的输出转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数。进一步的，发电机的输入转速n为：式中，i2为前同步轮到后同步轮的转速比，i1为太阳行星轮减速器的减速比，n0为电动机的输出转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数。进一步的，所述电动机、太阳行星轮减速器和发电机通过各自底座的螺栓固定在台架上，控制柜通过支架固定在台架上。进一步的，所述控制柜中设有三相数显表、风电机组控制器和逆变器；所述发电机发出的三相交流电通过所述三相数显表显示发电机输出的三相电压和电流；三相数显表通过导线连接所述风电机组控制器，经风电机组控制器整流后输出正负电压，连接到蓄电池的正负极上，以储存发电机发出的电能；所述蓄电池通过所述逆变器将直流电转变成220V的交流电，释放电能供正常使用。上述的小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台的工作方法，包括：风力模拟：通过所述三相变频器调节电动机的输入电源频率，所述电动机通过所述太阳行星轮减速器和同步带轮装置输出动力到所述发电机模拟不平稳的风力输入；故障模拟：通过拆卸更换太阳行星轮减速器内部部件，模拟各个部件的不同故障状况，研究小型风电机组在齿轮箱故障下的关键特征。进一步的，所述故障状况包括齿圈故障、内齿故障、太阳轮故障、行星轮故障、主轴故障、轴承故障。有益效果：本专利技术提供的一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台及其工作方法，其有益效果在于，解决了鼓风机模拟风速类试验台的结构不紧凑、对实验环境要求较高问题，同时采用和实际风电机组齿轮箱相同结构的太阳行星轮齿轮箱进行模拟，更贴近实际的故障特点。另一方面，试验台结构紧凑，占用空间较小，齿轮箱拆卸方便，故障模拟测试便利，易于大规模推广，具有较好的理论实践价值和市场前景。附图说明图1是本专利技术实施例的风电机组齿轮箱故障模拟试验台整体示意图；图2是本专利技术实施例的太阳行星轮减速器结构示意图；图3是本专利技术实施例的试验台台面装配俯视示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术为一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台及其工作方法，它包括发电机、太阳行星轮减速器、台架、蓄电池、电动机、控制柜等主要部件。控制柜中装有变频器、三相数显表、风电机组控制器、逆变器及按钮、开关、导线等附属零部件。该试验台通过变频器调节电动机的输入电源频率，从而改变电动机的输出转速，通过太阳行星轮减速器、同步带轮输出动力到发电机，模拟不平稳的风力输入，减少了鼓风机模拟所占的空间和噪声。通过拆卸更换太阳行星轮减速器内部部件，可以模拟各个部件的不同故障，研究小型风电机组在齿轮箱故障下的关键特征，提高风电机组健康维护效率和风电场风能利用率。一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，包括依次连接的控制柜12、电动机8、太阳行星轮减速器5、前同步轮4、同步带3、后同步轮2、发电机1。所述控制柜12内部有三相变频器10、三相数显表11、风电机组控制器、逆变器及部分控制按钮、开关、连接导线。电动机8、太阳行星轮减速器5和发电机1通过螺栓固定在台架6上，控制柜通过支架9固定在台架6上。控制柜12通过三相变频器10调节输出给电动机8的电源频率，以调节电动机8的输出转速，电动机的输出转速公式如式(1)所示。式中，n0为电动机8的输出转速，f为电源频率，p为电动机8的磁极对数。电动机8通过联轴器和太阳行星轮减速器5相连，因而太阳行星轮减速器5的输入转速就是电动机8的输出转速。假设太阳行星轮减速器5的减速比为i1，则太阳行星轮减速器5的输出转速n1为，太阳行星轮减速器5就是齿轮箱，通过前同步轮4、同步带3和后同步轮2和发电机1相连。假设前同步轮4到后同步轮2的转速比为i2，则发电机1的输入转速n为，因此，通过调整控制柜12中变频器10的输出频率，就可以调节发电机1的输入转速，以模拟不平稳风速的输入。发电机1发出的三相交流电通过控制柜12中的三相数显表11，显示发电机1输出的三相电压和电流。三相数显表11通过导线连接到控制柜12中的风电机组控制器，经风电机组控制器整流后输出正负电压，连接到蓄电池7的正负极上，以储存发电机发出的电能。蓄电池7可以通过控制柜12中的逆变器将直流电转变成220V的交流电，释放电能供正常使用。太阳行星轮减速器5安装方便，通过联轴器和同步带3连接到电动机8和发电机1，拆装方便。在模拟风电机组齿轮箱故障时，可以通过拆开太阳行星轮减速器5，更换某些有故障的部件，如齿圈故障、内齿故障、太阳轮故障、行星轮故障、主轴故障、轴承故障等。按下控制柜的起动开关和按钮后，系统通电，通过调节变频器的电源频率输出，控制电动机按照对应的转速运行，电动机的动力通过联轴器传递给太阳行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：包括依次连接的控制柜(12)、电动机(8)、太阳行星轮减速器(5)和发电机(1)，所述电动机(8)、太阳行星轮减速器(5)和发电机(1)固定在台架(6)上；所述太阳行星轮减速器(5)通过同步带轮装置与发电机(1)相连；所述控制柜(12)内部设有三相变频器(10)，所述三相变频器(10)与所述电动机(8)连接。

【技术特征摘要】
1.一种小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：包括依次连接的控制柜(12)、电动机(8)、太阳行星轮减速器(5)和发电机(1)，所述电动机(8)、太阳行星轮减速器(5)和发电机(1)固定在台架(6)上；所述太阳行星轮减速器(5)通过同步带轮装置与发电机(1)相连；所述控制柜(12)内部设有三相变频器(10)，所述三相变频器(10)与所述电动机(8)连接。2.根据权利要求1所述的小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：所述同步带轮装置由前同步轮(4)、同步带(3)和后同步轮(2)依次连接组成，所述齿轮箱(3)连接所述前同步轮(4)，所述后同步轮(2)连接所述发电机(1)。3.根据权利要求1所述的小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：所述控制柜(12)通过三相变频器(10)调节输出给电动机(8)的电源频率，以调节电动机(8)的输出转速，电动机的输出转速公式如式(1)所示：n0=60fp---(1)]]>式中，n0为电动机(8)的输出转速，f为电源频率，p为电动机(8)的磁极对数。4.根据权利要求1所述的小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：所述电动机(8)通过联轴器与太阳行星轮减速器(5)相连，太阳行星轮减速器(5)的输入转速等于所述电动机(8)的输出转速。5.根据权利要求1所述的小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：太阳行星轮减速器(5)的输出转速n1为：n1=n0i1=60fi1p---(2)]]>式中，i1为太阳行星轮减速器(5)的减速比，n0为电动机(8)的输出转速，f为电源频率，p为电动机(8)的磁极对数。6.根据权利要求1所述的小型风力发电机组齿轮箱故障模拟试验台，其特征在于：发电机(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文艺，张昱，叶栓，李雨，苏媛媛，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32