一种双驱电动变桨的性能测试系统的制作方法

1.本发明涉及风力发电电动变桨测试技术领域，尤其涉及一种双驱电动变桨的性能测试系统。


背景技术：

2.随着风力发电机组功率等级越来越大，叶片越来越长，风机变桨驱动载荷也越来越大。若继续采用单驱变桨方案，变桨系统就需要过大的输出扭矩和后备电源，过大的扭矩会造成变桨齿轮和变桨轴承之间因为应力过大而产生损伤。且随着输出扭矩的增大，变桨电机的体积与重量也越来越大，不利于后期的设备维护。
3.双驱变桨方案，每个桨叶使用两个变桨电机驱动，能够将扭矩平均分配到两个齿箱，有效减少单个齿轮输出扭矩，保护轮毂机械传动部件。且双电机相比单驱变桨的单电机，单个电机的体积和重量均相对较小，方便后期设备维护。因此，随着风力发电机组功率等级越来越大，当单驱变桨方案达到一定瓶颈以后，双驱变桨方案将是变桨系统的发展方向。
4.目前的风力发电机组电动变桨测试方式如申请号cn201310508088.3，公开的一种风力发电机组电动变桨距实验平台，该方案包括加载驱动设备、加载执行机构、联轴器和上位机；所述加载驱动设备通过加载执行机构和联轴器连接，联轴器与风力发电机组的变桨电机连接；所述变桨电机与其变桨控制系统连接，变桨控制系统plc连接上位机。该方案中加载设备工作时可以将发出的电并入电网或自身循环使用；检验自主设计的变桨控制系统性能；检验后备电源性能。
5.该方案是基于加载驱动设备对一个变桨电机连接进行测试，降低了测试效率，而且无法验证双电机的主从跟随一致性及系统安全可靠性，导致达不到测试要求。


技术实现要素：

6.本发明提供一种双驱电动变桨的性能测试系统，解决风力发电机组电动双驱变桨无法进行测试的问题。
7.双驱电动变桨的性能测试系统包括：主控制子系统以及双驱工装加载平台；双驱工装加载平台设有测试加载电机、传感器组件以及传动组件；测试加载电机通过传动组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机；主控制子系统设有主控制器、测试信号采集模块、测试控制操作台以及显示模块；主控制器配置有主控制程序，主控制程序用于设置系统运行环境，并模拟风电场实际工况；主控制器通过与测试控制操作台连接，获取测试人员配置的测试进程，且主控制器通过与测试加载电机连接，基于配置的测试进程，控制测试加载电机运行；主控制器通过传感器组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机，获取测试过程中第一驱动电机的扭矩数据和转速数据和第二驱动电机的扭矩数据和转速数据，且主控制器基于主控制程序控制测试加载电机运行，并采集数据验证双驱变桨性能；
主控制器通过与显示模块连接，显示第一驱动电机和第二驱动电机的状态数据。
8.进一步需要说明的是，传动组件设置有第一齿轮箱、传动齿轮、第二齿轮箱以及第三齿轮箱；测试加载电机通过第一齿轮箱、传动齿轮以及第二齿轮箱与第一驱动电机连接；测试加载电机还通过第一齿轮箱、传动齿轮以及第三齿轮箱与第二驱动电机连接。
9.进一步需要说明的是，传感器组件设有第一扭矩传感器、第一转速传感器、第二扭矩传感器、第二转速传感器、第三扭矩传感器以及第三转速传感器；第一扭矩传感器和第一转速传感器分别安装在测试加载电机和第一齿轮箱之间；第二扭矩传感器和第二转速传感器分别安装在第一驱动电机和第二齿轮箱之间；第三扭矩传感器和第三转速传感器分别安装在第二驱动电机和第三齿轮箱之间。
10.进一步需要说明的是，传动组件还设置有加载电机安装法兰支架、第一联轴器，第一变桨电机法兰安装支架、第二变桨电机法兰安装支架、第二联轴器以及第三联轴器；测试加载电机通过加载电机安装法兰支架和第一联轴器与第一齿轮箱配合连接；第二齿轮箱通过第一变桨电机法兰安装支架和第二联轴器与第一驱动电机配合连接；第三齿轮箱通过第二变桨电机法兰安装支架和第三联轴器与第二驱动电机配合连接。
11.进一步需要说明的是，双驱工装加载平台采用铸铁平台。
12.进一步需要说明的是，主控制子系统还设有测试信号采集模块；主控制器通过测试信号采集模块与传感器组件连接，测试信号采集模块用于对传感器感应的信息进行滤波、放大以及调制处理。
13.进一步需要说明的是，主控制程序根据所采集数据，自动录制数据波形，分别记录第一驱动电机转矩和转速信息以及第二驱动电机的转矩和转速信息，根据所设定平均偏差范围，自动判断是否达到预期目标。
14.进一步需要说明的是，显示模块还用于对第一驱动电机转矩和转速信息以及第二驱动电机的转矩和转速信息进行显示，还显示判断结果数据。
15.进一步需要说明的是，主控制器还用于根据测试变桨系统的类型进行选择设定；若测试电动双驱变桨系统，则选择双驱模式，控制程序和数据采集单元均按双驱模式进行工作；若测试电动单驱变桨系统，则选择单驱模式，控制程序和数据采集单元均按单驱模式进行工作，以满足不同变桨系统的测试需求。
16.进一步需要说明的是，主控制子系统还设有急停按钮；急停按钮与主控制器连接，使主控制器根据急停按钮的启动信息，执行急停程序。
17.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的双驱电动变桨的性能测试系统通过双驱工装加载平台设计和上位机软件设计，解决了目前电动双驱变桨系统无法进行性能测试的难题，能够有效测试电动双驱变桨系统双电机的主从跟随一致性及系统安全可靠性。
18.而且本发明能够对被测驱动电机的测试信息进行汇总，方便测试人员进行查阅，
有效的提升测试监控效率。还能够对测试数据高效率地收集、存储，并进行处理，可以基于驱动电机的状态以及驱动电机的测试数量可以实现过程监控，使用多维空间描述整个加工测试过程。提高电机测试的质量和效能，及时发现在电机测试过程的安全隐患并进行预警，以提高测试过程管理水平和效率，从而实现电机测试全过程监督、管理和控制的及时性和科学性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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。
20.图1为双驱电动变桨的性能测试系统示意图；图2为双驱电动变桨的性能测试系统实施例示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。
22.如图1所示，本发明提供的双驱电动变桨的性能测试系统包括：主控制子系统以及双驱工装加载平台；双驱工装加载平台可以采用铸铁平台。也可以采用其他材质制作，起到提供稳定测试位置的作用。
23.双驱工装加载平台设有测试加载电机、传感器组件以及传动组件；测试加载电机通过传动组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机；第一驱动电机和第二驱动电机构成了主从驱动电机的模式。
24.主控制子系统设有主控制器、传感器组件、测试控制操作台以及显示模块。
25.主控制器配置有主控制程序，主控制程序用于设置系统运行环境，并模拟风电场实际工况；本发明可以由用户在测试前预先设置，测试过程中，自动执行。
26.主控制器通过传感器组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机，获取测试过程中第一驱动电机的扭矩数据和转速数据和第二驱动电机的扭矩数据和转速数据，且主控制器基于主控制程序控制测试加载电机运行，并采集数据验证双驱变桨性能。
27.主控制器通过与显示模块连接，显示第一驱动电机和第二驱动电机的状态数据。
28.作为本发明的实施例来讲，可以在双驱工装加载平台上配置多个测试加载电机，以及对应的多个传感器组件以及传动组件，实现同步同时测试，或者根据需要进行多个驱动电机的测试，提高测试效率。
29.本发明的主控制器为主控制子系统的控制核心，主控制器包括但不限于微处理器、专用集成电路(application specificintegratedcircuit，asic)、可编程门阵列(field－programmablegate array，fpga)、数字处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、嵌入式设备等。
30.显示模块可以包括液晶显示器(lcd，liquidcrystal display)、薄膜晶体管lcd
(tft-lcd，thin film transistor-lcd)、有机发光二极管(oled，organic light-emitting diode)显示器、柔性显示器、三维(3d)显示器等等中的至少一种。测试控制操作台具有操作键盘以及鼠标等等，可以使测试人员进行参数设置以及可以控制测试过程。
31.本发明的主控制程序包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在主控制子系统所对应的计算机上执行，可以作为一个独立的软件包执行。
32.对于本发明的主控制程序来讲，可以配置双驱电动变桨的性能测试操作界面，使测试人员在系统中添加未储存，或未进行配置的测试参数；或对已储存的测试参数进行修改，或删除。显示模块可以基于实际需要显示测试过程的驱动电机的状态趋势，形成柱状图，或曲线图，供测试人员参考使用。
33.在一个示例性实施例中，还可以根据实际测试需要配置加载测试柜，加载测试柜具有软启动装置，能量回馈装置，低压电气控制、保护、滤波器等元器件满足测试过程的需要。
34.作为本发明双驱电动变桨的性能测试系统的一种连接方式，传动组件设置有第一齿轮箱、传动齿轮、第二齿轮箱以及第三齿轮箱；测试加载电机通过第一齿轮箱、传动齿轮以及第二齿轮箱与第一驱动电机连接；测试加载电机还通过第一齿轮箱、传动齿轮以及第三齿轮箱与第二驱动电机连接。这样起到了测试加载电机分别与第一驱动电机和第二驱动电机传动的作用。
35.传感器组件设有第一扭矩传感器、第一转速传感器、第二扭矩传感器、第二转速传感器、第三扭矩传感器以及第三转速传感器。
36.第一扭矩传感器和第一转速传感器分别安装在测试加载电机和第一齿轮箱之间；第二扭矩传感器和第二转速传感器分别安装在第一驱动电机和第二齿轮箱之间；第三扭矩传感器和第三转速传感器分别安装在第二驱动电机和第三齿轮箱之间。这样满足对测试过程数据的采集，当然还可以设置其他类型的传感器，比如电流传感器、温度传感器以及振动传感器等等。
37.为了保证系统连接的稳固性能，传动组件还设置有加载电机安装法兰支架、第一联轴器、第一变桨电机法兰安装支架、第二变桨电机法兰安装支架、第二联轴器以及第三联轴器。
38.测试加载电机通过加载电机安装法兰支架和第一联轴器与第一齿轮箱配合连接；第二齿轮箱通过第一变桨电机法兰安装支架和第二联轴器与第一驱动电机配合连接；第三齿轮箱通过第二变桨电机法兰安装支架和第三联轴器与第二驱动电机配合连接。
39.作为本发明的一种实施例，主控制器基于主控制程序能够设定双驱变桨系统运行环境，模拟风电场实际工况；主控制程序能够控制双驱变桨运行，并采集数据验证双驱变桨性能。
40.双驱工装加载平台采用双驱铸铁平台，在双驱工装加载平台上安装有测试加载电机、传感器组件以及传动组件；还安装有法兰支架、联轴器、传动齿轮以及齿轮箱等等，实现测试加载电机通过传动组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机。
41.双驱工装加载平台采用一台加载电机拖动两台驱动电机，保证加载负荷一致性。
通过两个扭矩传感器分别采集双驱变桨电机的负荷，验证双驱变桨电机转矩和转速的一致性。
42.主控制器能够根据所测试变桨系统的类型进行选择设定。若测试电动双驱变桨系统，则选择双驱模式，控制程序和数据采集单元均按双驱模式进行工作；若测试电动单驱变桨系统，则选择单驱模式，控制程序和数据采集单元均按单驱模式进行工作，以满足不同变桨系统的测试需求。
43.主控制器能够根据所采集的变桨主从电机实时转矩，在显示模块生成主从电机转矩对比图，测试验证双驱变桨电机的转矩一致性。
44.本实施例的主控制器能够根据所采集的变桨主从电机实时转速，在显示模块生成主从电机转速对比图，测试验证双驱变桨电机的转速一致性。
45.在本实施例双驱工装加载平台中，当测试变桨系统类型为单驱变桨系统时，一台变桨电机连接齿轮可脱开与加载电机的连接，变成单驱变桨测试系统；变桨电机法兰支架可根据所测试变桨电机类型进行更换。整个加载平台为柔性安装平台。
46.本实施例在测试变桨系统类型和模拟工况信息设定完成后，通过控制测试控制操作台控制测试系统的启动、停止，遇到突发状况按下急停按钮。
47.这样，本发明能够对被测驱动电机的测试信息进行汇总，方便测试人员进行查阅，有效的提升测试监控效率。还能够对测试数据高效率地收集、存储，并进行处理，可以基于驱动电机的状态以及驱动电机的测试数量可以实现过程监控，使用多维空间描述整个加工测试过程。提高电机测试的质量和效能，及时发现在电机测试过程的安全隐患并进行预警，以提高测试过程管理水平和效率，从而实现电机测试全过程监督、管理和控制的及时性和科学性。
48.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
49.本发明涉及的双驱电动变桨的性能测试系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
50.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
51.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，包括：主控制子系统以及双驱工装加载平台；双驱工装加载平台设有测试加载电机、传感器组件以及传动组件；测试加载电机通过传动组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机；主控制子系统设有主控制器、传感器组件、测试控制操作台以及显示模块；主控制器配置有主控制程序，主控制程序用于设置系统运行环境，并模拟风电场实际工况；主控制器通过与测试控制操作台连接，获取测试人员配置的测试进程，且主控制器通过与测试加载电机连接，基于配置的测试进程，控制测试加载电机运行；主控制器通过传感器组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机，获取测试过程中第一驱动电机的扭矩数据和转速数据和第二驱动电机的扭矩数据和转速数据，且主控制器基于主控制程序控制测试加载电机运行，并采集数据验证双驱变桨性能；主控制器通过与显示模块连接，显示第一驱动电机和第二驱动电机的状态数据。2.根据权利要求1所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，传动组件设置有第一齿轮箱、传动齿轮、第二齿轮箱以及第三齿轮箱；测试加载电机通过第一齿轮箱、传动齿轮以及第二齿轮箱与第一驱动电机连接；测试加载电机还通过第一齿轮箱、传动齿轮以及第三齿轮箱与第二驱动电机连接。3.根据权利要求2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，传感器组件设有第一扭矩传感器、第一转速传感器、第二扭矩传感器、第二转速传感器、第三扭矩传感器以及第三转速传感器；第一扭矩传感器和第一转速传感器分别安装在测试加载电机和第一齿轮箱之间；第二扭矩传感器和第二转速传感器分别安装在第一驱动电机和第二齿轮箱之间；第三扭矩传感器和第三转速传感器分别安装在第二驱动电机和第三齿轮箱之间。4.根据权利要求2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，传动组件还设置有加载电机安装法兰支架、第一联轴器、第一变桨电机法兰安装支架、第二变桨电机法兰安装支架、第二联轴器以及第三联轴器；测试加载电机通过加载电机安装法兰支架和第一联轴器与第一齿轮箱配合连接；第二齿轮箱通过第一变桨电机法兰安装支架和第二联轴器与第一驱动电机配合连接；第三齿轮箱通过第二变桨电机法兰安装支架和第三联轴器与第二驱动电机配合连接。5.根据权利要求1或2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，双驱工装加载平台采用铸铁平台。6.根据权利要求1或2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，主控制子系统还设有测试信号采集模块；主控制器通过测试信号采集模块与传感器组件连接，测试信号采集模块用于对传感器感应的信息进行滤波、放大以及调制处理。7.根据权利要求1或2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，主控制程序根据所采集数据，自动录制数据波形，分别记录第一驱动电机转矩和转速信息以及第二驱动电机的转矩和转速信息，根据所设定平均偏差范围，自动判断是否达到预期目标。
8.根据权利要求7所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，显示模块还用于对第一驱动电机转矩和转速信息以及第二驱动电机的转矩和转速信息进行显示，还显示判断结果数据。9.根据权利要求1或2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，主控制器还用于根据测试变桨系统的类型进行选择设定；若测试电动双驱变桨系统，则选择双驱模式，控制程序和数据采集单元均按双驱模式进行工作；若测试电动单驱变桨系统，则选择单驱模式，控制程序和数据采集单元均按单驱模式进行工作，以满足不同变桨系统的测试需求。10.根据权利要求1或2所述的双驱电动变桨的性能测试系统，其特征在于，主控制子系统还设有急停按钮；急停按钮与主控制器连接，使主控制器根据急停按钮的启动信息，执行急停程序。

技术总结
本发明提供一种双驱电动变桨的性能测试系统，本发明涉及风力发电电动变桨测试技术领域，系统包括：主控制子系统以及双驱工装加载平台；测试加载电机通过传动组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机；主控制器配置有主控制程序，主控制程序用于设置系统运行环境，并模拟风电场实际工况；主控制器通过传感器组件分别连接第一驱动电机和第二驱动电机，获取测试过程中第一驱动电机的扭矩数据和转速数据和第二驱动电机的扭矩数据和转速数据，且主控制器基于主控制程序控制测试加载电机运行，并采集数据验证双驱变桨性能；本发明解决风力发电机组电动双驱变桨无法进行测试的问题，本发明可以提升测试效率，满足测试要求。满足测试要求。满足测试要求。


技术研发人员：侯甫坤 吴永鹏 王伟 王成贤 王凯 马万成
受保护的技术使用者：中车山东风电有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/15