[发明专利]一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置及方法

权利要求书

1.一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)三维建模软件对用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置进行建模，依次进行旋转风轮、风力机塔架、微型直流电动机支架、支撑底板建模，并利用三维打印机进行三维打印，并组装风力机；

步骤2)将两台微型直流电动机与动态扭矩仪两端分别轴连接，拟定微型直流电动机在发电机转态下的轴功率输出效率；所述拟定微型直流电动机在发电机转态下的轴功率输出效率，包括以下步骤：

(1)依据动态扭矩仪及微型直流电动机尺寸设计拟定台；

(2)将动态扭矩仪、第一微型直流电动机、第二微型直流电动机分别放置在拟定台上，并且两台微型直流电动机分别与动态扭矩仪的两端转轴轴连接；

(3)将第一微型直流电动机与可控直流电压源电连接；第二微型直流电动机与可控直流负载电连接；

(4)依次开启可控直流负载、动态扭矩仪及可控直流电压源的电源；可控直流电压源输出电压为第一微型直流电动机额定电压的0.1倍；

(5)调节可控直流负载阻值，记录动态扭矩仪上转速及扭矩的数值，记录第二微型直流电动机的输出电流数值，直至所有阻值均完成测量；

(6)调节可控直流电压源的输出电压，为第一微型直流电动机额定电压的0.2倍，重复步骤(5)，再次调节可控直流电压源的输出电压，调节可控直流电压源的输出电压的0.3倍，再次重复步骤(5)，直至可控直流电压源的输出电压为第一微型直流电动机额定电压，重复步骤(5)，完成所有工况的测量；

(7)拟定转速、输出电流与第二微型直流电动机输出轴功率的关系表达式；

步骤3)搭建用于风洞实验的风力机阵列气动效率的装置，在风洞试验段底部搭建支撑底板，支撑底板上预先设计的孔与六分量天平相连接；在六分量天平上固定第一风力机；微处理器与第一风力机电连接；

步骤4)设备安全性检查包括：紧固螺栓是否有松动；风力机是否固定安装；转速调理电路，驱动电路及电流调理电路是否正确连接并且正常运行，确保每条管道都保持通畅无堵塞情况；确保风洞内部清洁；

步骤5)设定六分量天平及微处理器的采样频率，启动风洞，调节控制柜频率获得设定风速；

步骤6)调节上位机参数获得设定转速，依次采集不同转速下基准第一风力机的推力、输出电流，完成后关闭风洞；

步骤7)在支撑底板上安装固定第二风力机，第三风力机，第四风力机，直至所有风力机均安装固定在支撑底板上，形成的风力机阵列；

步骤8)重复步骤4)至步骤6)，完成风力机阵列中第一风力机的气动数据曲线；

步骤9)改变六分量天平安装位置，重复步骤4)至步骤6)，完成风力机阵列中所有风力机的气动数据曲线；

步骤10)数据处理，计算各工况下风力机阵列中各台的风力机的气动数据，分析不同工况下风力机的气动特性。

2.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的方法，所述步骤6)中采用式(1)均值滤波形式进行滤波处理：

式(1)中n_i为最新一次滤波处理后的转速数据，n_i-1为前一次滤波处理后的转速数据，x_i最新一次滤波前采样的转速数据，x_i-1为前一次滤波前采样的转速数据，n为均值滤波的数组的大小。

3.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的方法，所述步骤6)中采用式(2)进行实时继电器控制信号调节，控制风力机转速：

式(2)中D_n为最新一次给定的PWM脉宽调制信号，D_n-1为前一次给定的PWM脉宽调制信号，sign(x)为开关函数，Δ为转速期望值与实际值的误差转速，k为脉宽调制信号单次步长。

4.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的风力机阵列气动效率的方法，所述步骤2)中的(7)中拟定转速、输出电流与第二微型直流电动机输出轴功率的关系表达式如式(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为通过拟合公式得到的第二微型直流电动机输出轴功率，I为第二微型直流电动机输出电流，S为第二微型直流电动机输出转速。