風電滑環是屬于導電滑環的一個子類,而導電滑環屬于高科技產品,一直以來被應用于軍事領域,是各種精密轉臺、離心機和慣導設備的關鍵器件。隨著我國經濟的不斷發展,民用領域也越來越多的涉足使用此類產品,用于工業自動系統控制中。在發達國家,該類產品已逐漸由產品轉化為民用產品,近幾年已實現了標準化、批量化生產,被廣泛應用于安防、工廠自動化、電力、金融、儀表、航空、軍事、運輸、建筑等機電設備上。
風電滑環的工作過程中, 其主要參數的變化會與其工作穩定性、可靠性及壽命有很大的關系,有時候會有很大的影響。接下來我們主要說說導電滑環(高清滑環)在工作過程中的一些極其重要的的參數, 并給出了了其檢測方法, 對于檢測過程中出現的一些不合格數據進行了詳細的分析,以及對其產生原因進行了說明,并給出了相應的處理措施。 那什么是導電滑環呢?導電滑環組件是實現兩個相對旋轉機構間的信號、電流傳遞的精密輸電裝置。
一般來說,導電滑環組件由以下幾個部分構成:滑環體、電刷架組件、組合支架、向心球軸承、軸承端蓋等等。在滑環體表面往往鍍上多層貴金屬。以減小電阻,電刷采用貴金屬合金絲加工成型,主要靠電刷絲的彈性壓力與環槽滑動接觸,借以來傳遞信號及電流。導電滑環組件使用可靠, 性能穩定, 具有精度高、電流大、結構緊湊、噪聲低、環道多、壽命長且安裝方便, 因此會適合各種地理環境等特點。產品廣泛用于海、陸、空、天領域的的旋轉設備等以及其它民用場合,如高清,云臺,旋轉門,娛樂設施等。
目前國際上采用的滑環技術分為以下三種:
1、復合電刷塊技術,一般采用碳刷,銅刷,銀/石墨/二硫化鉬的刷塊等形式。
2、采用貴金屬合金單絲,如AuNi9等。
3、纖刷技術,纖刷是指一種特殊的滑行電氣接觸設計。
纖刷簡單的說就是將單獨的金屬纖絲(線)進行校準并裝進一個金屬管里。在這個懸臂設計中,纖刷束的散狀的,無束縛的一端依附在環道表面的槽里。
為什么要選擇滑環?在電氣設計過程中,機械部分360度無限制連續旋轉時,導線需連接到旋轉部件上去,電氣工程師就會遇到導線纏繞問題,這個時候,他需要一個電旋轉連接器,俗稱電滑環來傳輸動力和信號的旋轉連接。
電滑環所用電刷表面采用鍍金貴金屬材料。為了使電刷與導電環間性能達到的狀態,這跟使用環境,所配套的設備,技術要求有緊密的關鏈關系。 我們知道,在與整個滑環或集電環的滑動接觸中,電刷至少起著兩方面重要作用:一、傳輸電流和信號;二、動力源或信號源換向。對電刷的工作性質要求,不僅要求電刷有良好的導電性能,而且還要求電刷具有良好的換向性能以及良好的潤滑性、穩定性和耐熱、耐弧、耐磨等特點。但這些特性相互間又產生矛盾,沒有任何一種電刷能全部具備上述優良特性。
因而,電刷的選擇需具備較深材料學、機械力學和電子等學科知識綜合運用,所以在選型時必須綜合考慮到導電滑環性能和環境條件,對照電刷的靜態性能和動態性能選擇相應的電刷,再經過多次實驗、測試掌握其每種材料的物理特性和技術參數后才能對其實際運行才能選出較理想的電刷。
基于工作實踐,應把握以下幾點:
1、從直觀來看,電刷應當倒角得體、規格適當、結構規范、導線的截面和長度符合要求,沒有松動、脫落、破損、掉邊、掉角、卡箍等現象。
2、從使用來看,電刷使用性能良好的標志主要有以下幾種情況:
(1)使用壽命長,耐磨。
(2)能適應規定電壓,電流的通過,不產生火花。
(3)電刷運行時,不過熱,噪音小,裝配可靠,不破損。
(4)運行過程中,能夠在換向器或集電環表面較快地形成一層均勻、適度和穩定的氧化薄膜。
3、嘉馳機電通過當前密測量儀器對電刷配套產品進行檢測。從技術層面看,電刷應當符合國家部頒標準。通過儀器可對電刷按照《電刷技術性能表》所要求的性能進行檢測。如電刷的電阻率、洛氏硬度、體積密度、電流密度、接觸電壓降、摩擦系數、50小時磨損、允許圓周速度、單位壓力,甚至金屬含量的大小等等。這些參數直接關系產品是否可靠。
4、電刷及導電環所用材料要可靠,選擇鍍金廠商必須是具備相應資質經驗的專業廠家,鍍工藝成熟程度不一樣,所生產出來的電刷也會不一樣。
5、電刷與導電環表面必較保證干凈,以免破壞產品在測試運轉時的穩定性。
6、保證電刷與導電環表面角度,可調控,以觀測其產品穩定性及使用壽命。
風力發電機的壽命一般可以達到20年。但大部分風力發電機的質保范圍只是風力發電機整個運行壽命最初的兩到五年。隨著風力發電機系統的老化,未必所有的風電場業主都做好了對風力發電機進行維護的準備。其中部分情況是缺乏維護工作所需的技術人員。況且即使配備了滿足風電場日常維修要求的技術人員,計劃外的維護還是會明顯影響到風電場的收入。風電場業主、工程師、技術人員和風力發電機制造商可以通過這樣一種方法來降低計劃外維護的風險,即考慮采用那些維護要求低的、甚至能提前告知何時會失效的部件。聽上去有些不切實際,但事實并非如此。纖維刷滑環就是這樣一種產品。盡管在總成本和風力發電機設計中只是微不足道的一小部分,但滑環對運行起著關鍵作用。滑環安裝在風力發電機機艙罩中,通常用于提供變槳功率和控制所需的電氣信號和能量?;h通過一個旋轉的接口輸送電功率和信號。滑環的工作原理:滑動觸點通過滑環總成里的旋轉接口傳輸電氣信號和能量。電刷(或接觸電刷)在旋轉的滑環上滑動,并在其旋轉過程中保持不間斷接觸。這就是說,為確保正確無誤的電氣信號傳輸,靜止的的電刷和旋轉的滑環之間需要有“金屬間的接觸”。纖維刷滑環能夠為風力發電機業主提供至少1億轉次的工作壽命而無需維護,這意味著在風力發電機20年的工作壽命中技術人員可能僅需拆換滑環一次。但并不是所有的滑環都能達到這個要求。實際上,要了解滑環總成的設計和結構才能評估它們的維護需求。
市場上約有10%的風力發電機滑環是纖維刷滑環,這種滑環只需要很少量的維護。大部分(約60%)滑環是由復合金屬電刷制成,一般是金屬和石墨燒結而成的導電塊。即使這種復合金屬刷滑環如其制造商所聲稱的具備高達7500萬轉次的工作壽命,它們也需要頻繁的維護。剩余30%的風力發電機滑環采用單線貴金屬電刷(通常由黃金制成)。復合金屬電刷滑環和單線電刷滑環所需的維護量都遠遠大于纖維刷滑環。
原因在于:復合電刷的設計即是優先磨損電刷以避免滑環磨損,且需要足夠長的電刷才能限度地延長電刷更換周期。在大功率及/或高可靠性滑環應用中,這種材料面臨三方面的挑戰:
1)運行中產生的磨屑有導電性、研磨性、呈粉末狀,需定期清理;
2)這種電刷材料對濕度十分敏感,若相對濕度低于15%或高于85%,會造成其磨損不均;
3)當用于信號級電路時,這些復合電刷會占據大量空間。
單刷金屬電刷滑環相比復合電刷設計的優勢,首先在于磨屑較少,另外則是用于信號電路時容量更高。但單線金屬電刷系統也存在缺點:
1)單刷相對較小的尺寸導致載流能力有限;
2)比如:大部分黃金與黃金間的觸點需要潤滑,而始終保持充分的潤滑十分困難。
目前市場中開始出現動力電路采用石墨/金屬電刷、信號電路采用黃金單絲電刷的滑環設計。在滑環總成轉數要求低的應用中,這種“混合使用”能夠達到可接受的結果。但是在同一總成中混用“石墨/金屬”和“黃金接觸黃金”的電刷會使風力發電機運行不可靠。石墨/金屬磨屑會污染金信號觸點,并產生研磨性金屬粉,尤其是存在會導致信號電路過早失效的觸點潤滑油的時候。
纖維刷的設計是將多條金屬纖維絲捆扎成致密的多纖維“刷子”。一般情況下,這些纖維是與單線設計相當的貴金屬材料,且電刷運行所在的滑環也外鍍貴金屬。貴金屬的使用防止了觸點上產生氧化物和覆蓋層,同時確保了極小的接觸力。接觸力小降低了磨損速度,因而電刷產生的磨屑幾乎可以忽略。而且多條金屬纖維能夠提供優良的導電性和很高的電流密度,工程師可以將纖維刷用于動力和信號兩種電路。
將復合金屬電刷滑環和單刷金滑環更換為纖維刷滑環十分簡單。但是一些風力發電機業主對于是否用纖維刷滑環代替現有的滑環技術猶豫不決,這是因為他們懷有“嘗試新技術要承擔風險”的想法。對于仔細考查過纖維刷滑環技術的人而言,他們會發現選擇一種幾乎不用維護的部件,實際上就已經消除了風險也不需要進行維護。
比如,纖維刷觸點對于風力發電機機艙內環境的敏感度遠低于其它滑環觸點技術。保護這些纖維刷滑環的防護外殼符合包括IP65(屬于保護設備防水防塵的標準)在內的各種標準。而且由于纖維刷觸點不需要潤滑,它們對低溫和高溫的承受能力都很強。纖維刷設計已經證明能夠適應低至–55°C和高達+80°C的溫度。而且纖維刷還能夠在0%到100%的相對濕度(RH)下運行。相比之下,復合電刷要求濕度在15%到85%之間才能可靠運行。
許多風電行業的相關人士知道很多部件存在可靠性問題。而且現在對運行中導致部件故障的原因也有了更深刻的認識。但是滑環技術(包括纖維刷滑環在內)盡管有的設計和性能,依然被許多風電場業主所忽視。
最初,大型風力發電機制造商使用的是能在觸點產生金屬、石墨磨屑的復合電刷。為解決復合觸點產生的金屬粉末和磨屑,制造商轉而采用黃金觸點。纖維刷滑環在這些設計基礎上做出了改進。但在許多情況下,風電場業主仍然沿用老式的滑環更換,甚至需要一年一換。他們仍然從原廠購買相同的設備。而這種做法又延續了一個不必要的維護和更換周期。
實際上,如果作為風力發電機定期計劃維護的一項要求,將滑環更換為免維護的纖維刷技術只需30分鐘即可完成。對于擁有、設計、運行和維護風力發電機的人來說,纖維刷技術意味著減少了風電場正常運行時間的一個計劃外維護問題。
滑環(高清滑環)最重要的2個技術參數分別為動態接觸電阻和環路間的絕緣電阻。下面就2個主要的技術參數的檢測方法加以詳細的說明。 風電滑環的動態接觸電阻怎么檢測?
風電滑環滑環動態接觸電阻,就是同一環路電刷線與環引線之間的電阻。前提是滑環在轉動時,檢測方法如下:將被測滑環安裝于檢測轉臺上, 通過電機帶動轉臺,這樣滑環在連續轉動的情況下。用微歐微伏表來檢測環路動態接觸電阻值。電刷引線并聯焊接一處,被測滑環的環引線全部并聯焊接一處,被測環路的電刷引線為一檢測端, 其余并聯的電刷引線為一端,用微歐微伏表的“mΩ 輸入四芯電纜線”連接兩檢測端, 這樣就檢測到當前動態接觸電阻值了。 風電滑環滑環絕緣電阻怎么檢測?
絕緣電阻,就是在一定的電壓下各環路之間的絕緣電阻。可用500 V左右的兆歐表檢測, 方法如下:焊接一處。把其中被測環路的環引線視為一檢測端, 將其余并聯的環引線視為另一檢測端, 用500 V左右兆歐表則可測得當前電阻值。這樣就檢測到當前絕緣電阻值了。