风机微型缩比控制系统教学实验装置

主要目的

风力发电基本原理实习

针对人群

专业课刚开始—本专科

完成能力

• 了解风力发电系统组装方法
• 了解风力发电系统配置情况

配合课程

• 电工基础
• 风力逆变技术及应用
• 新能源发电技术
• 风力发电系统集成与设计
• 风力电站维护与检修
• 变频技术与PLC
• CAD
• 电路设计与制版
• PLC编程

每台适用学生数量

4人

序号

项   次

主要参数

1

缩比模型 

• 发电机形式：水平轴，上风式
• 风轮旋转方向：顺时针
• 额定功率：0.3kW
• 轮毂中心大高度：1m；
• 风轮转速：0～15rpm；
• 叶片模拟：平板有机玻璃；
• 叶片数量：3片；
• 轮毂形式：焊接结构
• 偏航机构：伺服电机和减速机1个；
• 控制系统：可编程控制器；
• 拖动系统：异步变频电机YC80-0.25kW1500rpm。
• 机组运行温度范围：-100C—300C，相对湿度：≤95%
• 其它装置：减速机构、主轴、联轴器、轮毂、导流罩、机舱、模拟叶根。

2

主动偏航系统

1. 采用主动式电机驱动的可控对风方式,其主要功能是在2米/秒的风速以上时，偏航控制器通过采集超声波风向仪信息经计算后做出偏航决策，使电机对准风向实现风能大值

2. 具有高度的灵活性和可控性,对风准确稳定。

3

机舱缩比系统

1. 模拟机舱上安装发电机、齿轮箱以及相对应的电气驱动装置，同时还在模拟机舱上方安装可调整风速和风向的机械和电气装置。
2. 供电电源：3相4线，AC380V/50Hz；
3. 辅助电源：AC220V/50Hz
4. 控制电压：220V/50Hz；
5. PLC控制电压（主控制器IPC）：24V DC；
6. 通讯系统：24V DC / 20mA / RS485。
7. 模拟测风系统：12V DC   0-36m/s
8. 偏航系统电源：AC220V/90W  单相电机

4

柜塔筒底盘

采用国标钢管根据设计要求进行切割并于底盘焊接在一起，底盘低部安装4个万向滚轮，方便设备移动。

5

变频器

1. 型号：西门子MM420
2. 调节具有恒风速设定、恒速时间
3. 电压电压：200-240V AC  ±10%
4. 额定功率：0.37KW
5. 电源频率：47-63Hz
6. 输出频率：0-650Hz
7. 功率因数：≥0.95
8. 变频效率：97%
9. 过载能力：对于周期时间为60s，300s而言，过载电流1.5×额定输出电流（即150%的过载能力）
10. 冲击电流：小于额定输入电流
11. 控制方法：线性V/f特性曲线；平方I/f特性曲线；多点特性曲线（可编程）I/f；磁通电流控制（FCC）
12. 脉冲频率：16KHz，标准：230V1/3AC；

4KHz，(标准：400V 3AC；

2KHz至16KHz(2KHz为一档)

1. 固定频率：7，可编程
2. 跳跃频率：4，可编程
3. 设定值分辨率：0.01Hz数字；0.01Hz连续；10bit模拟
4. 数字量输入：3个*编程隔离的数字量输入模块；
5. 可切换PNP/NPN

6

拖动变频器

1. 电压电压：330-450V AC  ±10%
2. 额定功率：1KW
3. 电源频率：47-63Hz
4. 输出频率：0-650Hz
5. 功率因数：≥0.95
6. 变频效率：97%
7. 过载能力：对于周期时间为60s，300s而言，过载电流1.5×额定输出电流（即150%的过载能力）
8. 冲击电流：小于额定输入电流
9. 控制方法：线性V/f特性曲线；平方I/f特性曲线；多点特性曲线（可编程）I/f；磁通电流控制（FCC）
10. 脉冲频率：16KHz(标准型号为230V1/3AC)；4KHz(标准型号为400V 3AC)；2KHz至16KHz(2KHz为一档)
11. 固定频率：7，可编程
12. 跳跃频率：4，可编程
13. 设定值分辨率：0.01Hz数字；0.01Hz连续；10bit模拟
14. 数字量输入：3个*编程隔离的数字量输入模块；可切换PNP/NPN

7

显示及传感器系统

接近/限位开关

保证偏航控制器，在刚上电时候复位风机组位置，使风机组旋转到初始位置

位移传感器

额定工作距离 Sn 8mm

保证感应距离 ≤（0，81×Sn）mm

校正因子 St37=1，V2A~0.7，Ms~0.4，Al~0.3

可重复性 ≤2%

温度漂移 ≤±10%

迟滞 3~15%

环境温度 -25~+70℃

工作电压 10~30VDC

残余纹波 ≤10%USS

直流额定工作电流 ≤200mA

空载电流 I0 ≤15mA

剩余电流 ≤0.1mA

额定绝缘电压 ≤0.5kV

*超声波风速风向传感器

1.风速：原理 超声波

测量范围：风速0~75m/s

耐受风速：80m/s（30分钟）

分辨率：风速0. 1m/s

精度：风速：±0.2m/s (0-10m/s)、±2% (>10m/s)

2.风向：原理：超声波

测量范围：风向0~360°

分辨率：风向1°

精度：风向：±1°

3.具有第三方检测有效报告

直流电压表

1. 精度：0.5级

2. 范围：0-1000V档位，显示格式：999.99

3. 高精度自动量程显示，正反驳接误差不大于5个字

直流电流表

1. 精度：0.5级

2. 范围：5A档位：4999.9

3. 高精度自动量程显示，采用透明面板设计

4. 内阻：0.1毫欧（全量程）

交流功率及功率因数表

• A/D：16bit
• 功率测量精度:1.0级
• 功率因数测量范围:0.3-1.0
• 电压电流量程：450V和5A
• 高速MPU单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。软件上采用RTOS设计思路，配有PC监控软件来加强分析能力。
• 能自动判别感性，容性，纯电阻负载性质

光辐射传感器

*A.FSP10总辐射传感器：具有与ISO 9060 次基准级（Secondary Standard）Kipp&Zonen CMP21 二等标准总辐射表的精度和稳定性，通过实际在室外挑选的晴天、多云天以及阴天短期和长期测得的数据与CMP21的数据非常接近，二者性能相差非常小。须提供长期比对测试原始数据。

B.光谱范围:305-2800 nm

C.响应时间:7s

D.零点偏移:<10W/㎡

E.方位误差: <20W/㎡（1000W/㎡到80°）

F.工作温度: -40℃~+80℃

G.大辐照度:0~2000W/㎡

H.灵敏度:7 - 14μV/W/m²

I.灵敏度温度误差:<0.1%/℃

J.非稳定度:± 0.5 %

K.日曝辐量预期精度:± 2%

8

控制及监控系统

自动控制仪

1. 西门子S7-1200系列PLC系统，带PROFIBUS, 以太网，串口。

2. 实验台提供一套组态软件，提供标准的编程接口。可以采用标准的OPC接口，设定IP地址，通过组态软件与网络控制器联网通讯。

3.控制柜内部面板设置有测量仪表，储运、运行开关/按钮，指示灯，急停按钮等，面板仪表除组态监控软件外可显示各项常规数据，方便读取。

触摸屏

1.TPC7062TX

2.*实时监测风力发电的风速、风向、风力发电机的转速，并以数值和动态图形方式显示。

自动操作实验台

1.竖式网孔板基本结构：

  上方为整体模块不锈钢实验面板，美观直接便利；

  下方为竖式网孔板，工具箱+4个滚轮

2.尺寸：800(长)×600（宽×2000(高)

3.外框架构成：

铝合金型材和不锈钢材料，内嵌喷塑不锈钢板，

钢板尺寸：1000mm×720mm

钢板厚度：3mm

钢板孔规格：

下方孔尺寸6×10mm，孔左右间距为6mm，

上下间距为6mm且错位8mm；

4.网孔板配有推拉式抽屉，抽屉采用型材外框、2mm钢板底部；

5.整个网孔架底部装有4个滑轮。

9

系统供电

1. 电源供电：3相四线，AC380V/50Hz；
2. 照明系统：AC220V/50Hz（二相三线）
3. 控制电压：220V/50Hz；
4. PLC控制电压（主控制器IPC）：24V DC；
5. PLC控制电压 (远程IO ET200)：24V DC；
6. 通讯系统：24V DC / 20mA / RS485