一種可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)特性分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在全球范圍內(nèi)對于能源的消耗與日俱增。風(fēng)能作為一種重要的可再生能源，具有成本低廉、潔凈、無污染的優(yōu)點，因此受到了各國政府普遍重視，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，近十多年來世界風(fēng)力發(fā)電裝機容量呈指數(shù)規(guī)律飛速增長。
[0003]然而，風(fēng)電場對環(huán)境的負(fù)面影響也伴隨著風(fēng)電場數(shù)目增多和規(guī)模增大逐漸顯現(xiàn)出來。風(fēng)電場由聚集在某區(qū)域的眾多風(fēng)力發(fā)電機組成，研宄報告表明風(fēng)電場對航管監(jiān)視雷達(dá)、氣象雷達(dá)等設(shè)備可能產(chǎn)生顯著影響，可能導(dǎo)致航管監(jiān)視雷達(dá)檢測概率降低、虛警概率上升、接收機飽和、處理器過載，可能造成氣象雷達(dá)降雨量的錯誤估計和雷暴等氣象目標(biāo)的錯誤識別。
[0004]因此，利用縮小比例可控式風(fēng)力發(fā)電機模型，在實驗室環(huán)境下研宄風(fēng)力發(fā)電機的電磁散射特性，對于有效評估風(fēng)力發(fā)電場對雷達(dá)的影響以及對該影響如何進(jìn)行抑制具有重要價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)包括:風(fēng)力發(fā)電機模型和控制系統(tǒng)；其中，風(fēng)力發(fā)電機模型采用實際水平軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，主要由結(jié)構(gòu)支撐部件、轉(zhuǎn)子組件和電機組件構(gòu)成；所述的控制系統(tǒng)包括:單片機最小系統(tǒng)模塊、電機驅(qū)動模塊、按鍵設(shè)置模塊和電源模塊，其中:單片機最小系統(tǒng)模塊分別與電機驅(qū)動模塊和按鍵設(shè)置模塊相連接，電源模塊與單片機最小系統(tǒng)模塊和電機驅(qū)動模塊相連接，電機驅(qū)動模塊與風(fēng)力發(fā)電機模型中的電機組件連接；
[0007]所述的電源模塊為單片機最小系統(tǒng)模塊和電機驅(qū)動模塊供電，按鍵設(shè)置模塊對單片機最小系統(tǒng)模塊的輸出信號進(jìn)行控制，單片機最小系統(tǒng)模塊輸出控制電機驅(qū)動模塊的控制信號，再由電機驅(qū)動模塊驅(qū)動電機組件以指定的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。
[0008]所述的電機驅(qū)動模塊使用L298N電機驅(qū)動模塊。
[0009]所述的單片機最小系統(tǒng)模塊中的單片機選用STC89C52芯片。
[0010]所述的電源模塊采用直流電源，選擇4節(jié)電壓為1.5V的五號電池供電，電池裝在帶開關(guān)的密封電池盒內(nèi)。
[0011]本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)的有益效果:
[0012]本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)能夠在實驗室環(huán)境下快速制作并輔助對風(fēng)力發(fā)電機的電磁散射特性的研宄，能夠模擬真實風(fēng)力發(fā)電機組的運行特性，操作便捷，控制步驟簡單?？刂葡到y(tǒng)采用開放的硬件平臺，可以靈活地配置硬件設(shè)備，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以加載到直流電動機電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)電路設(shè)計簡潔、合理，巧妙地與單片機技術(shù)結(jié)合，使得許多控制功能及算法可以采用軟件編程的方式來實現(xiàn)，為風(fēng)力發(fā)電機模型的控制提供了更大的靈活性，同時有效地降低了系統(tǒng)成本。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)構(gòu)成框圖。
[0014]圖2為本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)中控制系統(tǒng)組成示意圖。
[0015]圖3為圖2示出的控制系統(tǒng)中按鍵設(shè)置模塊處理流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)包括:風(fēng)力發(fā)電機模型I和控制系統(tǒng)2 ;其中，風(fēng)力發(fā)電機模型I采用實際水平軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，主要由結(jié)構(gòu)支撐部件1.1、轉(zhuǎn)子組件1.2和電機組件1.3構(gòu)成，下面就風(fēng)力發(fā)電機模型I中各個部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]所述的結(jié)構(gòu)支撐部件1.1主要由底座、桅桿和輪機艙三部分組成，其中桅桿的頂部固定輪機艙，底部與底座連接。由于實際風(fēng)力發(fā)電機桅桿通常為鋼質(zhì)筒狀，輪機艙通常為玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(即玻璃鋼)。桅桿使用金屬空心圓柱桿，底座和輪機艙使用塑料。本風(fēng)力發(fā)電機模型I中也使用上述材料，以使其與實際風(fēng)力發(fā)電機所用材料的電磁散射性質(zhì)相接近。
[0019]所述的轉(zhuǎn)子組件1.2主要由風(fēng)力發(fā)電機的葉片構(gòu)成，由于目前大部分風(fēng)輪機采用三葉片結(jié)構(gòu)，此處轉(zhuǎn)子組件1.2也采用三葉片的設(shè)計，由于實際風(fēng)力發(fā)電機的葉片通常為玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(即玻璃鋼)，因此轉(zhuǎn)子組件1.2也選用塑料，以使其與實際風(fēng)力發(fā)電機所用材料的電磁散射性質(zhì)相接近，方便展開對實際風(fēng)力發(fā)電機的電磁散射特性研宄。
[0020]所述的電機組件1.3安裝在輪機艙內(nèi)，本風(fēng)力發(fā)電機模型I選擇直流電機帶動葉片轉(zhuǎn)動，直流電機供電傳輸線經(jīng)模型桅桿(即空心圓柱桿)底座穿出后，通過較長的傳輸線與控制系統(tǒng)2相連，使控制系統(tǒng)2與風(fēng)力發(fā)電機模型I保持較遠(yuǎn)距離，以避免控制系統(tǒng)2對風(fēng)力發(fā)電機模型I電磁散射性質(zhì)的測量造成干擾。
[0021]如圖2所示，所述的控制系統(tǒng)2包括:單片機最小系統(tǒng)模塊2.1、電機驅(qū)動模塊2.2、按鍵設(shè)置模塊2.3和電源模塊2.4，其中:單片機最小系統(tǒng)模塊2.1分別與電機驅(qū)動模塊2.2和按鍵設(shè)置模塊2.3相連接，電源模塊2.4與單片機最小系統(tǒng)模塊2.1和電機驅(qū)動模塊2.2相連接，電機驅(qū)動模塊2.2與風(fēng)力發(fā)電機模型I中的電機組件1.3連接。
[0022]所述的電源模塊2.4為單片機最小系統(tǒng)模塊2.1和電機驅(qū)動模塊2.2供電，按鍵設(shè)置模塊2.3對單片機最小系統(tǒng)模塊2.1的輸出信號進(jìn)行控制，單片機最小系統(tǒng)模塊2.1輸出控制電機驅(qū)動模塊2.2的控制信號，再由電機驅(qū)動模塊2.2驅(qū)動電機組件1.3以指定的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。
[0023]具體實現(xiàn)過程中電機驅(qū)動模塊2.2使用L298N電機驅(qū)動模塊，該電機驅(qū)動模塊可以驅(qū)動兩個直流電動機，本發(fā)明中僅使用其一組輸出驅(qū)動單個電動機，輸出端OUT1、OUT2接所驅(qū)動的電機即電機組件1.3，輸入控制端IN1、IN2與輸入使能端ENA接收單片機最小系統(tǒng)模塊2.1的控制信號，電源輸入端接5V電源。
[0024]單片機最小系統(tǒng)模塊2.1中的單片機選用STC89C52芯片，該模塊主要包括STC89C52芯片、復(fù)位電路、晶振和磁片電容。通過設(shè)置輸出給L298N電機驅(qū)動模塊電平輸入引腳的高低電平，實現(xiàn)對電機驅(qū)動模塊2.2輸出信號的控制，進(jìn)而實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)動方向的控制。根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，通過控制輸出給L298N電機驅(qū)動模塊電壓信號的占空比控制平均電壓大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電動機的轉(zhuǎn)速，從而利用單片機STC89C52控制風(fēng)力發(fā)電機模型I的葉片旋轉(zhuǎn)速度。
[0025]按鍵設(shè)置模塊2.3采用獨立式按鍵鍵盤實現(xiàn)多功能轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，共有五個獨立按鍵，分別接到單片機STC89C52的不同引腳，每個按鍵占用一條輸入輸出口線，通過編程分別賦予的功能是:風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動開關(guān)設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)動模式設(shè)置、加速設(shè)置、減速設(shè)置和反向轉(zhuǎn)動設(shè)置，同時采用軟件延時的方式避免按鍵抖動。
[0026]電源模塊2.4采用直流電源，由于直流電機驅(qū)動電壓最低為3V，單片機STC89C52最小系統(tǒng)模塊的驅(qū)動電壓為5V，為了保證有足夠的電壓供電，選擇4節(jié)電壓為1.5V的五號電池供電，電池裝在帶開關(guān)的密封電池盒內(nèi)，使開關(guān)電源和更換電池操作更加便捷。
[0027]如圖3所示，所述的按鍵設(shè)置模塊2.3的處理流程如下:首先，進(jìn)入按鍵掃描功能，判斷有無按鍵輸入，如果有按鍵輸入則判斷輸入按鍵內(nèi)容，否則返回上一級繼續(xù)按鍵掃描；其次，如果有按鍵輸入，則判斷按鍵輸入內(nèi)容是否為S1、S2、S3、S4或者S5中的一種，并使風(fēng)輪機進(jìn)入對應(yīng)工作模式工作，否則返回按鍵掃描階段；最后，執(zhí)行完上述步驟之后執(zhí)行返回操作，等待下一次按鍵觸發(fā)，重復(fù)上述步驟。以上步驟為按鍵設(shè)置模塊整體處理流程。
[0028]本發(fā)明提供的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)采用電源模塊2.4為單片機最小系統(tǒng)模塊2.1和電機驅(qū)動模塊2.2供電，以單片機最小系統(tǒng)模塊2.1為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以加載到直流電動機組件1.3電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而以按鍵設(shè)置模塊2.3對單片機最小系統(tǒng)模塊2.1的輸出信號進(jìn)行控制，之后單片機最小系統(tǒng)模塊2.1輸出控制電機驅(qū)動模塊2.2的控制信號，最終由電機驅(qū)動模塊2.2驅(qū)動電機組件1.3以指定的方向、速度轉(zhuǎn)動。本系統(tǒng)能夠模擬真實風(fēng)力發(fā)電機組件的運行特性，從而輔助對風(fēng)力發(fā)電機電磁散射特性的研宄。
【主權(quán)項】
1.一種可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)，其特征在于:其包括:風(fēng)力發(fā)電機模型(I)和控制系統(tǒng)(2);其中，風(fēng)力發(fā)電機模型(I)采用實際水平軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，主要由結(jié)構(gòu)支撐部件(1.D、轉(zhuǎn)子組件(1.2)和電機組件(1.3)構(gòu)成；所述的控制系統(tǒng)(2)包括:單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)、電機驅(qū)動模塊(2.2)、按鍵設(shè)置模塊(2.3)和電源模塊(2.4)，其中:單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)分別與電機驅(qū)動模塊(2.2)和按鍵設(shè)置模塊(2.3)相連接，電源模塊(2.4)與單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)和電機驅(qū)動模塊(2.2)相連接，電機驅(qū)動模塊(2.2)與風(fēng)力發(fā)電機模型(I)中的電機組件(1.3)連接； 所述的電源模塊(2.4)為單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)和電機驅(qū)動模塊(2.2)供電，按鍵設(shè)置模塊(2.3)對單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)的輸出信號進(jìn)行控制，單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)輸出控制電機驅(qū)動模塊(2.2)的控制信號，再由電機驅(qū)動模塊(2.2)驅(qū)動電機組件(1.3)以指定的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的電機驅(qū)動模塊(2.2)使用L298N電機驅(qū)動模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的單片機最小系統(tǒng)模塊(2.1)中的單片機選用STC89C52芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源模塊(2.4)采用直流電源，選擇4節(jié)電壓為1.5V的五號電池供電，電池裝在帶開關(guān)的密封電池盒內(nèi)。
【專利摘要】一種可控式風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)。其包括風(fēng)力發(fā)電機模型和控制系統(tǒng)；風(fēng)力發(fā)電機模型采用實際水平軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，主要由結(jié)構(gòu)支撐部件、轉(zhuǎn)子組件和電機組件構(gòu)成；控制系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)模塊、電機驅(qū)動模塊、按鍵設(shè)置模塊和電源模塊，其中：單片機最小系統(tǒng)模塊分別與電機驅(qū)動模塊和按鍵設(shè)置模塊相連接，電源模塊與單片機最小系統(tǒng)模塊和電機驅(qū)動模塊相連接，電機驅(qū)動模塊與風(fēng)力發(fā)電機模型中的電機組件連接。本發(fā)明能在實驗室環(huán)境下快速制作并輔助對風(fēng)力發(fā)電機的電磁散射特性的研究，能夠模擬真實風(fēng)力發(fā)電機組的運行特性，操作便捷，控制步驟簡單。
【IPC分類】F03D7/04, F03D9/00, F03D11/00
【公開號】CN104912747
【申請?zhí)枴緾N201510191665
【發(fā)明人】王曉亮, 王萌, 馬亞冰, 吳仁彪
【申請人】中國民航大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年4月21日