阅读说明：本技术 一种用于百米级风电叶片疲劳试验的多点激振装备与方法 (Multipoint excitation equipment and method for hundred-meter-level wind power blade fatigue test ) 是由 张磊安 于良峰 刘卫生 魏修亭 黄雪梅 王冠华 苏志勇 狄振峰 于 2019-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于百米级风电叶片疲劳试验的多点激振装备和方法,多点激振装备包括主控制器、编码器、变频器和激振装置,偏心块安装在激振装置电动机的输出轴上,激振装置的电动机输出轴的另一端与编码器的输入轴连接,编码器的壳体安装在激振装置的壳体上,多点激振装备设有1件主激振装置和多件从激振装置,设有1件主变频器和件数与从激振装置件数相同的从变频器；多点激振装备的激振方法流程如图2所示,该方法更准确的模拟了百米级风电叶片所承受载荷的环境,且采用多个单元对多个偏心块的相位进行调整,使得偏心块相位一致,产生共振,带动叶片振动,避免了风电叶片因受力不一致而产生扭转不振动的问题。(The invention discloses a multipoint excitation device and a multipoint excitation method for a hundred-meter-level wind power blade fatigue test, wherein the multipoint excitation device comprises a main controller, an encoder, a frequency converter and an excitation device, an eccentric block is arranged on an output shaft of a motor of the excitation device, the other end of an output shaft of the motor of the excitation device is connected with an input shaft of the encoder, a shell of the encoder is arranged on the shell of the excitation device, the multipoint excitation device is provided with 1 main excitation device and a plurality of auxiliary excitation devices, and the multipoint excitation device is provided with 1 main frequency converter and auxiliary frequency converters with the same number as the auxiliary excitation devices; the excitation method flow of the multipoint excitation equipment is shown in figure 2, the method can more accurately simulate the environment of the load borne by a hectometer-level wind power blade, and the phases of a plurality of eccentric blocks are adjusted by adopting a plurality of units, so that the phases of the eccentric blocks are consistent, resonance is generated, the blade is driven to vibrate, and the problem that the wind power blade is not twisted and vibrated due to inconsistent stress is avoided.)

一种用于百米级风电叶片疲劳试验的多点激振装备与方法

技术领域

本发明涉及一种用于百米级风电叶片疲劳试验的多点激振装备与方法，属于风电叶片疲劳试验领域。

背景技术

风电叶片在投入使用之前需要进行疲劳试验以验证其强度是否达到要求，但是目前风电叶片疲劳测试主要对象为长度较短的风电叶片，采用一个激振装置即可对风电叶片进行疲劳测试。随着风电叶片长度的不断增大，采用一个激振装置的单点激振很难带动百米级风电叶片产生上下振动，因此采用多个激振装置进行多点激振进行疲劳试验，符合当前风电叶片领域的行业需求，对百米级风电叶片的疲劳测试具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供一种用于百米级风电叶片疲劳试验的多点激振装备。其技术方案为：多点激振装备包括主控制器、编码器、变频器及激振装置，其中激振装置采用摆锤式结构，包括电动机、壳体及偏心块，主控制器与编码器之间采用MODBUS通讯协议，并通过RS485通讯电缆连接，变频器与激振装置之间也采用MODBUS通讯协议，偏心块安装在激振装置电动机的输出轴上，激振装置的电动机输出轴的另一端与编码器的输入轴连接，编码器的壳体安装在激振装置的壳体上，激振装置可用作主激振装置，也可用作从激振装置，多点激振装备设有1件主激振装置和多件从激振装置，变频器分为主变频器和从变频器，多点激振装备设有1件主变频器和件数与从激振装置件数相同的从变频器，主变频器与编码器通过RS485通讯电缆连接，各从变频器分别对应的编码器也通过RS485通讯电缆连接。

所述的一种用于百米级风电叶片疲劳试验的多点激振装备的激振方法，激振方法包括以下步骤：

A.将待疲劳试验的风电叶片安装在试验平台上，且风电叶片的弦线平行于地面，计算风电叶片所需要的配重点及各点所需要的配重质量；

B.将装有编码器的激振装置安装在风电叶片上，编码器和激振装置的质量可记入配重总质量，若编码器和激振装置的安装位置位于配重安装点，且编码器和激振装置的质量之和小于配重总质量，则所需增加的配重块质量等于配重总质量减去编码器与激振装置的质量之和之后的差，若编码器和激振装置的安装位置位于配重安装点，且编码器和激振装置的质量之和大于配重总质量，则需对激振装置进行减重优化设计，直至达到所需配重总质量的要求，若编码器和激振装置的安装位置位于相邻配重点之间，则计算安装位置所需要的配重总质量，且设计质量相当的激振装置，并将编码器和激振装置安装在指定位置；

C.启动主控制器，并设置主激振装置和从激振装置工作参数；

D.与主激振装置连接的主变频器以设定频率使得主激振装置的电动机以初始速度v₀₁工作，与各从激振装置连接的各从变频器以设定频率使得各从激振装置的电动机以初始速度v₀₂工作，且0＜v₀₁-v₀₂≤5rad/s；

E.通过主控制器改变主变频器的频率，使得主激振装置电动机的转速逐渐增大，安装在主激振装置上的编码器采集安装在主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)，安装在各个从激振装置上的各编码器分别采集安装在各个从激振装置的电动机输出轴上各偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)；

F.主控制器将主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)分别与各从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)进行比较，并控制各从变频器连续改变频率，使得各从激振装置的电动机转速随之改变，直至各个从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)与主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)一致或差值Δφ在(0°≤Δφ≤0.5°)这一范围内时，各个从变频器分别控制各从激振装置的电动机保持稳定运行；

G.主激振装置的电动机转速v_z增大至(34.0≤v_z≤35.5 rad/s)时，主变频器控制主激振装置的电动机保持稳定运行；

H.多点激振装备工作过程中，主控制器数次比较主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)与各个从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)，当主变频器控制的主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)与各从变频器控制的从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)始终使保持一致或差值Δφ在(0°≤Δφ≤0.5°)这一范围内时，试验结束。

本发明在现有技术基础上，多点激振装备的激振装置采用摆锤式结构，主控制器与编码器之间采用MODBUS通讯协议，并通过RS485通讯电缆连接，变频器与激振装置之间也采用MODBUS通讯协议；偏心块安装在激振装置电动机的输出轴上，激振装置的电动机输出轴的另一端与编码器的输入轴连接；编码器的壳体安装在激振装置的壳体上。激振装置可用作主激振装置，也可用作从激振装置，多点激振装备设有1件主激振装置和多件从激振装置；变频器分为主变频器和从变频器，多点激振装备设有1件主变频器和件数与从激振装置件数相同的从变频器；主变频器与编码器通过RS485通讯电缆连接，各从变频器分别对应的编码器也通过RS485通讯电缆连接。

主控制器包括模拟量采集单元、信号处理单元、信号输出单元，其功能为：模拟量采集单元用于存储编码器采集的相位信号，信号处理单元用于处理编码器采集的相位信号和生成变频器频率变化指令，信号输出单元用于输出主控制器生成的改变变频器频率的指令到变频器，控制激振装置电动机改变转速。

激振方法包括以下步骤：

A.将待疲劳试验的风电叶片安装在试验平台上，且风电叶片的弦线平行于地面，计算风电叶片所需要的配重点及各点所需要的配重质量；

B.将装有编码器的激振装置安装在风电叶片上，编码器和激振装置的质量可记入配重总质量，若编码器和激振装置的安装位置位于配重安装点，且编码器和激振装置的质量之和小于配重总质量，则所需增加的配重块质量等于配重总质量减去编码器与激振装置的质量之和之后的差，若编码器和激振装置的安装位置位于配重安装点，且编码器和激振装置的质量之和大于配重总质量，则需对激振装置进行减重优化设计，直至达到所需配重总质量的要求，若编码器和激振装置的安装位置位于相邻配重点之间，则计算安装位置所需要的配重总质量，且设计质量相当的激振装置，并将编码器和激振装置安装在指定位置；

C.启动主控制器，并设置主激振装置和从激振装置工作参数；

D.与主激振装置连接的主变频器以设定频率使得主激振装置的电动机以初始速度v₀₁工作，与各从激振装置连接的各从变频器以设定频率使得各从激振装置的电动机以初始速度v₀₂工作，且0＜v₀₁-v₀₂≤5rad/s；

E.通过主控制器改变主变频器的频率，使得主激振装置电动机的转速逐渐增大，安装在主激振装置上的编码器采集安装在主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)，安装在各个从激振装置上的各编码器分别采集安装在各个从激振装置的电动机输出轴上各偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)；

F.主控制器将主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)分别与各从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)进行比较，并控制各从变频器连续改变频率，使得各从激振装置的电动机转速随之改变，直至各个从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)与主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)一致或差值Δφ在(0°≤Δφ≤0.5°)这一范围内时，各个从变频器分别控制各从激振装置的电动机保持稳定运行；

G.主激振装置的电动机转速v_z增大至(34.0≤v_z≤35.5 rad/s)时，主变频器控制主激振装置的电动机保持稳定运行；

H.多点激振装备工作过程中，主控制器数次比较主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)与各个从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)，当主变频器控制的主激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅰ)与各从变频器控制的从激振装置的电动机输出轴上偏心块的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)始终使保持一致或差值Δφ在(0°≤Δφ≤0.5°)这一范围内时，试验结束。

本发明的有益之处在于：提供一套适用于百米级风电叶片进行疲劳试验的设备，该设备采用多台激振装置安装于风电叶片上，更准确的模拟了百米级风电叶片承受载荷的环境，能够更好的带动百米级风电叶片振动以进行疲劳测试；提出了使用多点激振装备的多点激振方法，采用多个单元对多个偏心块的相位进行调整，使得偏心块相位一致，产生共振，带动叶片振动，避免了风电叶片因受力不一致而产生扭转不振动的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的多点激振装备示意图；

图2为图1所示实施例的多点激振方法流程图。

1、主控制器 2、编码器 3、电动机 4、壳体 5、偏心块 6、主变频器 7、从变频器。

具体实施方式

在图1所示的实施例中，多点激振装备包括主控制器1、编码器2、变频器及激振装置，多点激振装备的激振装置采用摆锤式结构，主控制器1与编码器2之间采用MODBUS通讯协议，并通过RS485通讯电缆连接，变频器与激振装置之间也采用MODBUS通讯协议；偏心块5安装在激振装置电动机3的输出轴上，激振装置的电动机3输出轴的另一端与编码器2的输入轴连接；编码器2的壳体安装在激振装置的壳体4上。激振装置可用作主激振装置，也可用作从激振装置，多点激振装备设有1件主激振装置和多件从激振装置；变频器分为主变频器6和从变频器7，多点激振装备设有1件主变频器6和件数与从激振装置件数相同的从变频器7；主变频器6与编码器2通过RS485通讯电缆连接，各从变频器7分别对应的编码器2也通过RS485通讯电缆连接。

主控制器1包括模拟量采集单元、信号处理单元、信号输出单元，其功能为：模拟量采集单元用于存储编码器2采集的相位信号，信号处理单元用于处理编码器2采集的相位信号和生成变频器频率变化指令，信号输出单元用于输出主控制器1生成的改变变频器频率的指令到变频器，控制激振装置电动机3改变转速。

激振方法包括以下步骤：

A.将待疲劳试验的风电叶片安装在试验平台上，且风电叶片的弦线平行于地面，计算风电叶片所需要的配重点及各点所需要的配重质量；

B.将装有编码器2的激振装置安装在风电叶片上，编码器2和激振装置的质量可记入配重总质量，若编码器2和激振装置的安装位置位于配重安装点，且编码器2和激振装置的质量之和小于配重总质量，则所需增加的配重块质量等于配重总质量减去编码器2与激振装置的质量之和之后的差，若编码器2和激振装置的安装位置位于配重安装点，且编码器2和激振装置的质量之和大于配重总质量，则需对激振装置进行减重优化设计，直至达到所需配重总质量的要求，若编码器2和激振装置的安装位置位于相邻配重点之间，则计算安装位置所需要的配重总质量，且设计质量相当的激振装置，并将编码器2和激振装置安装在指定位置；

C.启动主控制器1，并设置主激振装置和从激振装置工作参数；

D.与主激振装置连接的主变频器6以设定频率使得主激振装置的电动机3以初始速度v₀₁工作，与各从激振装置连接的各从变频器7以设定频率使得各从激振装置的电动机3以初始速度v₀₂工作，且0＜v₀₁-v₀₂≤5rad/s；

E.通过主控制器1改变主变频器6的频率，使得主激振装置电动机3的转速逐渐增大，安装在主激振装置上的编码器2采集安装在主激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅰ)，安装在各个从激振装置上的各编码器2分别采集安装在各个从激振装置的电动机3输出轴上各偏心块5的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)；

F.主控制器1将主激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅰ)分别与各从激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)进行比较，并控制各从变频器7连续改变频率，使得各从激振装置的电动机3转速随之改变，直至各个从激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)与主激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅰ)一致或差值Δφ在(0°≤Δφ≤0.5°)这一范围内时，各个从变频器7分别控制各从激振装置的电动机3保持稳定运行；

G.主激振装置的电动机3转速v_z增大至(34.0≤v_z≤35.5 rad/s)时，主变频器6控制主激振装置的电动机3保持稳定运行；

H.多点激振装备工作过程中，主控制器1数次比较主激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅰ)与各个从激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)，当主变频器6控制的主激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅰ)与各从变频器7控制的从激振装置的电动机3输出轴上偏心块5的相位(Ⅱ,Ⅲ……N)始终使保持一致或差值Δφ在(0°≤Δφ≤0.5°)这一范围内时，试验结束。

多点激振方法流程图如图2所示。