[發明專利]一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110250715.2
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112983757B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 楊華;楊俊偉;沙成龍;宗旺旺
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F03D80/00
• 分類號: F03D80/00;F03D17/00;F03D7/04;F03D1/02;G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東;陳棟智

1.一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)三維建模軟件對用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置進行建模，依次進行旋轉風輪、風力機塔架、微型直流電動機支架、支撐底板建模，并利用三維打印機進行三維打印，并組裝風力機；

步驟2)將兩臺微型直流電動機與動態扭矩儀兩端分別軸連接，擬定微型直流電動機在發電機轉態下的軸功率輸出效率；所述擬定微型直流電動機在發電機轉態下的軸功率輸出效率，包括以下步驟：

(1)依據動態扭矩儀及微型直流電動機尺寸設計擬定臺；

(2)將動態扭矩儀、第一微型直流電動機、第二微型直流電動機分別放置在擬定臺上，并且兩臺微型直流電動機分別與動態扭矩儀的兩端轉軸軸連接；

(3)將第一微型直流電動機與可控直流電壓源電連接；第二微型直流電動機與可控直流負載電連接；

(4)依次開啟可控直流負載、動態扭矩儀及可控直流電壓源的電源；可控直流電壓源輸出電壓為第一微型直流電動機額定電壓的0.1倍；

(5)調節可控直流負載阻值，記錄動態扭矩儀上轉速及扭矩的數值，記錄第二微型直流電動機的輸出電流數值，直至所有阻值均完成測量；

(6)調節可控直流電壓源的輸出電壓，為第一微型直流電動機額定電壓的0.2倍，重復步驟(5)，再次調節可控直流電壓源的輸出電壓，調節可控直流電壓源的輸出電壓的0.3倍，再次重復步驟(5)，直至可控直流電壓源的輸出電壓為第一微型直流電動機額定電壓，重復步驟(5)，完成所有工況的測量；

(7)擬定轉速、輸出電流與第二微型直流電動機輸出軸功率的關系表達式；

步驟3)搭建用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的裝置，在風洞試驗段底部搭建支撐底板，支撐底板上預先設計的孔與六分量天平相連接；在六分量天平上固定第一風力機；微處理器與第一風力機電連接；

步驟4)設備安全性檢查包括：緊固螺栓是否有松動；風力機是否固定安裝；轉速調理電路，驅動電路及電流調理電路是否正確連接并且正常運行，確保每條管道都保持通暢無堵塞情況；確保風洞內部清潔；

步驟5)設定六分量天平及微處理器的采樣頻率，啟動風洞，調節控制柜頻率獲得設定風速；

步驟6)調節上位機參數獲得設定轉速，依次采集不同轉速下基準第一風力機的推力、輸出電流，完成后關閉風洞；

步驟7)在支撐底板上安裝固定第二風力機，第三風力機，第四風力機，直至所有風力機均安裝固定在支撐底板上，形成的風力機陣列；

步驟8)重復步驟4)至步驟6)，完成風力機陣列中第一風力機的氣動數據曲線；

步驟9)改變六分量天平安裝位置，重復步驟4)至步驟6)，完成風力機陣列中所有風力機的氣動數據曲線；

步驟10)數據處理，計算各工況下風力機陣列中各臺的風力機的氣動數據，分析不同工況下風力機的氣動特性。

2.根據權利要求1所述的一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的方法，所述步驟6)中采用式(1)均值濾波形式進行濾波處理：

式(1)中n_i為最新一次濾波處理后的轉速數據，n_i-1為前一次濾波處理后的轉速數據，x_i最新一次濾波前采樣的轉速數據，x_i-1為前一次濾波前采樣的轉速數據，n為均值濾波的數組的大小。

3.根據權利要求1所述的一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的方法，所述步驟6)中采用式(2)進行實時繼電器控制信號調節，控制風力機轉速：

式(2)中D_n為最新一次給定的PWM脈寬調制信號，D_n-1為前一次給定的PWM脈寬調制信號，sign(x)為開關函數，Δ為轉速期望值與實際值的誤差轉速，k為脈寬調制信號單次步長。

4.根據權利要求1所述的一種用于風洞實驗的風力機陣列氣動效率的方法，所述步驟2)中的(7)中擬定轉速、輸出電流與第二微型直流電動機輸出軸功率的關系表達式如式(3)所示：

Power＝0.1018-1.187*I+0.00155*S+0.2614*I*I+0.002854*I*S+0.0000001989*S*S(3)

式(3)中Power為通過擬合公式得到的第二微型直流電動機輸出軸功率，I為第二微型直流電動機輸出電流，S為第二微型直流電動機輸出轉速。