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1滑環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

因雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，在滑環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要采用熱套組裝式集電環(huán)結(jié)構(gòu)（圖1）和膠鑄式集電環(huán)結(jié)構(gòu)（圖2）來保證其可靠性。熱套組裝式集電環(huán)結(jié)構(gòu)是當(dāng)前雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最常用的一種滑環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有廣泛運(yùn)用業(yè)績，該結(jié)構(gòu)在線維護(hù)性能好，然整體密封性能欠缺，存在受潮絕緣電阻偏低缺陷。膠鑄式集電環(huán)結(jié)構(gòu)是在熱套組裝式集電環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加膠鑄處理，以提升膠鑄式滑環(huán)系統(tǒng)的整體密封性能，該結(jié)構(gòu)能承受各種惡劣氣候運(yùn)行且確保其密封性能，該結(jié)構(gòu)在熱脹冷縮作用力下出現(xiàn)絕緣開裂故障概率相比熱套組裝式集電環(huán)結(jié)構(gòu)要突出。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1材料選取滑環(huán)系統(tǒng)安裝防護(hù)等級(jí)為IP23，滑環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需考慮材料防腐能力，故刷握、恒壓彈簧和微動(dòng)開關(guān)等含有金屬零部件必須做防腐處理，防腐等級(jí)不低于ISO12944中C4H要求；同時(shí)因滑環(huán)系統(tǒng)是滑動(dòng)接觸部件，集電環(huán)必須具備一定的耐磨性，故集電環(huán)推薦使用高強(qiáng)度不銹鋼鍛件。絕緣材料的選取和處理是滑環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)。絕緣材料選取時(shí)應(yīng)能滿足高低溫沖擊，需具備一定回彈、伸縮性等機(jī)械性能。如，熱套組裝式集電環(huán)需考慮絕緣材料與金屬材料的收縮性，一般金屬材料受熱收縮比是絕緣材料的10~20倍。因其線性膨脹系數(shù)不一，需調(diào)節(jié)制作工藝參數(shù)來保證熱套組裝式集電環(huán)結(jié)構(gòu)整體密封性能；整體膠鑄式集電環(huán)結(jié)構(gòu)，因其膠鑄絕緣材料固化溫度達(dá)140℃以上，結(jié)合風(fēng)場運(yùn)行狀況，需關(guān)注膠鑄絕緣材料在高低溫環(huán)境下抗老化和脆化能力，通過調(diào)整膠鑄固化溫度和絕緣材料成分的配比來優(yōu)化膠鑄絕緣材料的力學(xué)性能。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滑環(huán)系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)部件集電環(huán)、固定部件刷架和鏈接部件碳刷組成。集電環(huán)可靠性設(shè)計(jì)要求較高，在集電環(huán)設(shè)計(jì)過程中需關(guān)注如下項(xiàng)點(diǎn)：兼顧雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻需求，集電環(huán)在受潮的情況下絕緣電阻應(yīng)不低于0.69MΩ，集電環(huán)設(shè)計(jì)需驗(yàn)證其密封性能，針對(duì)海上風(fēng)電或濕度較大地區(qū)，集電環(huán)需通過浸水試驗(yàn)驗(yàn)證；隨著滑環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行，滑環(huán)裝配空間內(nèi)存在積碳缺陷，故集電環(huán)設(shè)計(jì)過程中需確保集電環(huán)表面爬電距離（最小爬電距離應(yīng)不小于60mm）；絕緣材料表面須做污閃處理，相環(huán)間和相環(huán)與接地環(huán)之間絕緣材料設(shè)計(jì)自帶清理碳粉功能的非圓形結(jié)構(gòu)以便減低碳粉在集電環(huán)表面的附著能力；裝配需綜合考慮絕緣材料的力學(xué)性能和過盈量，確保相環(huán)與絕緣材料在高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下結(jié)構(gòu)可靠；集電環(huán)動(dòng)平衡量將影響發(fā)電機(jī)的振動(dòng)，在集電環(huán)設(shè)計(jì)中需分布消除因?qū)щ姉U引起的不平衡量；導(dǎo)電桿與集電環(huán)相環(huán)鏈接需牢固且控制其接觸電阻，避免因接觸電阻過大、不均勻引發(fā)的轉(zhuǎn)子三相電流不平衡現(xiàn)象，故導(dǎo)電桿與集電環(huán)相環(huán)鏈接采用銀銅焊接處理。

刷架是滑環(huán)系統(tǒng)固定裝置，主要由固定裝置、刷握、恒壓彈簧和監(jiān)控設(shè)備（微動(dòng)開關(guān)）組成，在刷架設(shè)計(jì)中需注意如下事項(xiàng)：任意滑環(huán)系統(tǒng)，在不同設(shè)計(jì)直徑和轉(zhuǎn)速下，碳刷運(yùn)行時(shí)所受的摩擦力僅與碳刷的重量及恒壓彈簧的壓力值相關(guān)，氧化膜的建立是新舊氧化膜更替動(dòng)態(tài)過程，為確保氧化膜有效建立并結(jié)合風(fēng)場運(yùn)行狀況，恒壓彈簧壓力值選取為2~2.5N/cm2，如恒壓彈簧壓力值過大將加劇碳刷磨損，恒壓彈簧壓力值過小碳刷在刷握中存在跳動(dòng)，將導(dǎo)致集電環(huán)打火拉弧。微動(dòng)開關(guān)是實(shí)現(xiàn)滑環(huán)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的核心裝配，微動(dòng)開關(guān)的高可靠性亦是刷架設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)，目前雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)用滑環(huán)系統(tǒng)所采用的微動(dòng)開關(guān)絕大部分采用塑料件，材料選取必須考慮高低溫脆化，微動(dòng)開關(guān)設(shè)計(jì)需防止恒壓彈簧壓指壓斷微動(dòng)開關(guān)觸頭，故微動(dòng)開關(guān)觸動(dòng)行程須在恒壓彈簧壓指行程內(nèi)，微動(dòng)開關(guān)最大行程需超出恒壓彈簧壓指行程。

碳刷是滑環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行鏈接部分，碳刷與集電環(huán)運(yùn)行時(shí)的匹配性是碳刷選型的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)。目前，國內(nèi)缺乏碳刷研制技術(shù)，相比國外知名碳刷制造商仍有較大差距，基于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的特殊性，本文獻(xiàn)碳刷的選取立足進(jìn)口件，結(jié)合我公司雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。碳刷氧化膜的建立與碳刷成分、運(yùn)行環(huán)境、電流密度、震動(dòng)等因素相關(guān)。氧化膜能否有效建立將影響碳刷的使用壽命，因我國風(fēng)力發(fā)電運(yùn)用地域廣泛，有高原、干旱、平原、沿海、潮間帶和海上等，這對(duì)碳刷的選型帶來不便。為開拓一款通用性強(qiáng)、耐磨性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的碳刷。我公司結(jié)合并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)對(duì)國內(nèi)常用的碳刷型號(hào)進(jìn)行風(fēng)場對(duì)比驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證，RC53主碳刷、carbonbrush（A）和carbonbrush（B）接地碳刷配套使用，可實(shí)現(xiàn)碳刷2年一換。

3結(jié)論

采用熱套組裝式集電環(huán)結(jié)構(gòu)和膠鑄式集電環(huán)結(jié)構(gòu)的滑環(huán)系統(tǒng)各具優(yōu)勢，前者風(fēng)場在線維護(hù)性較高，后者整體性能較好。針對(duì)風(fēng)電維護(hù)難、維護(hù)成本高等狀況，海上風(fēng)電滑環(huán)系統(tǒng)趨向選擇澆鑄式滑環(huán)結(jié)構(gòu)配耐磨性碳刷。

作者：陽輝力鄧方林鄒強(qiáng)龍祝令帥單位：江蘇南車電機(jī)有限公司