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怎样检测风电滑环的技术参数?

风电滑环是属于导电滑环的一个子类,而导电滑环属于高科技产品,一直以来被应用于尖端军事领域,是各种精密转台、离心机和惯导设备的关键器件。随着我国经济的不断发展,民用领域也越来越多的涉足使用此类产品,用于工业自动系统控制中。在国外先进发达国家,该类产品已逐渐由军用产品转化为民用产品,近几年已实现了标准化、批量化生产,被广泛应用于安防、工厂自动化、电力、金融、仪表、航空、军事、运输、建筑等机电设备上。
风电滑环的工作过程中, 其主要参数的变化会与其工作稳定性、可靠性及寿命有很大的关系,有时候会有很大的影响。接下来我们主要说说导电滑环(高清滑环)在工作过程中的一些极其重要的的参数, 并给出了了其检测方法, 对于检测过程中出现的一些不合格数据进行了详细的分析,以及究其产生原因进行了说明,并给出了相应的处理措施。 那什么是导电滑环呢?导电滑环组件是实现两个相对旋转机构间的信号、电流传递的精密输电装置。
一般来说,导电滑环组件由一下几个部分构成:滑环体、电刷架组件、组合支架、向心球轴承、轴承端盖等等等。在滑环体表面往往镀上多层贵金属。以减小电阻,电刷采用贵金属合金丝加工成型,主要靠电刷丝的弹性压力与环槽滑动接触,借以来传递信号及电流。
导电滑环组件使用可靠, 性能稳定, 具有精度高、电流大、结构紧凑、噪声低、环道多、寿命长且安装方便, 因此会适合各种地理环境等特点。产品广泛用于海、陆、空、天领域的的旋转设备等以及其它民用场合,如高清,云台,旋转门,娱乐设施等。
目前国际上采用的滑环技术分为以下三种:
1、复合电刷块技术,一般采用碳刷,铜刷,银/石墨/二硫化钼的刷块等形式。
2、采用贵金属合金单丝,如AuNi9等。
3、纤刷技术,纤刷是指一种特殊的滑行电气接触设计。
纤刷简单的说就是将单独的金属纤丝(线)进行校准并装进一个金属管里。在这个悬臂设计中,纤刷束的散状的,无束缚的一端依附在环道表面的槽里。
为什么要选择滑环?在电气设计过程中,机械部分360度无限制连续旋转时,导线需连接到旋转部件上去,电气工程师就会遇到导线缠绕问题,这个时候,他需要一个电旋转连接器,俗称电滑环来传输动力和信号的旋转连接。
导电滑环所用电刷表面采用镀金贵金属材料。
为了使电刷与导电环间性能达到最佳的状态,这跟使用环境,所配套的设备,技术要求有紧密的关链关系。 我们知道,在与整个滑环或集电环的滑动接触中,电刷至少起着两方面重要作用:一、传输电流和信号;二、动力源或信号源换向。对电刷的工作性质要求,不仅要求电刷有良好的导电性能,而且还要求电刷具有良好的换向性能以及良好的润滑性、稳定性和耐热、耐弧、耐磨等特点。但这些特性相互间又产生矛盾,没有任何一种电刷能全部具备上述优良特性。
因而,电刷的选择需具备较深材料学、机械力学和电子等学科知识综合运用,所以在选型时必须综合考虑到导电滑环性能和环境条件,对照电刷的静态性能和动态性能选择相应的电刷,再经过多次实验、测试掌握其每种材料的物理特性和技术参数后才能对其实际运行才能选出较理想的电刷。
基于工作实践,应把握以下几点:
1、从直观来看,电刷应当倒角得体、规格适当、结构规范、导线的截面和长度符合要求,没有松动、脱落、破损、掉边、掉角、卡箍等现象。
2、从使用来看,电刷使用性能良好的标志主要有以下几种情况:
(1)使用寿命长,耐磨。
(2)能适应规定电压,电流的通过,不产生火花。
(3)电刷运行时,不过热,噪音小,装配可靠,不破损。
(4)运行过程中,能够在换向器或集电环表面较快地形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜。
3、森瑞普电子通过当前最精密测量仪器对电刷配套产品进行检测。从技术层面看,电刷应当符合国家部颁标准。通过仪器可对电刷按照《电刷技术性能表》所要求的性能进行检测。如电刷的电阻率、洛氏硬度、体积密度、电流密度、接触电压降、摩擦系数、50小时磨损、允许圆周速度、单位压力,甚至金属含量的大小等等。这些参数直接关系产品是否可靠。
4、电刷及导电环所用材料要可靠,选择镀金厂商必须是具备相应资质经验的专业厂家,镀工艺成熟程度不一样,所生产出来的电刷也会不一样。
5、电刷与导电环表面必较保证干净,以免破坏产品在测试运转时的稳定性。
6、保证电刷与导电环表面角度,最好可调控,以观测其产品稳定性及使用寿命。
风力发电机的寿命一般可以达到20年。但大部分风力发电机的质保范围只是风力发电机整个运行寿命最初的两到五年。随着风力发电机系统的老化,未必所有的风电场业主都做好了对风力发电机进行维护的准备。其中部分情况是缺乏维护工作所需的技术人员。况且即使配备了满足风电场日常维修要求的技术人员,计划外的维护还是会明显影响到风电场的收入。风电场业主、工程师、技术人员和风力发电机制造商可以通过这样一种方法来降低计划外维护的风险,即考虑采用那些维护要求低的、甚至能提前告知何时会失效的部件。听上去有些不切实际,但事实并非如此。
纤维刷滑环就是这样一种产品。尽管在总成本和风力发电机设计中只是微不足道的一小部分,但滑环对运行起着关键作用。滑环安装在风力发电机机舱罩中,通常用于提供变桨功率和控制所需的电气信号和能量。滑环通过一个旋转的接口输送电功率和信号。滑环的工作原理:滑动触点通过滑环总成里的旋转接口传输电气信号和能量。电刷(或接触电刷)在旋转的滑环上滑动,并在其旋转过程中保持不间断接触。这就是说,为确保正确无误的电气信号传输,静止的的电刷和旋转的滑环之间需要有“金属间的接触”。纤维刷滑环能够为风力发电机业主提供至少1亿转次的工作寿命而无需维护,这意味着在风力发电机20年的工作寿命中技术人员可能仅需拆换滑环一次。但并不是所有的滑环都能达到这个要求。实际上,要了解滑环总成的设计和结构才能评估它们的维护需求。
市场上约有10%的风力发电机滑环是纤维刷滑环,这种滑环只需要很少量的维护。大部分(约60%)滑环是由复合金属电刷制成,一般是金属和石墨烧结而成的导电块。即使这种复合金属刷滑环如其制造商所声称的具备高达7500万转次的工作寿命,它们也需要频繁的维护。剩余30%的风力发电机滑环采用单线贵金属电刷(通常由黄金制成)。复合金属电刷滑环和单线电刷滑环所需的维护量都远远大于纤维刷滑环。
原因在于:复合电刷的设计即是优先磨损电刷以避免滑环磨损,且需要足够长的电刷才能最大限度地延长电刷更换周期。在大功率及/或高可靠性滑环应用中,这种材料面临三方面的挑战:
1)运行中产生的磨屑有导电性、研磨性、呈粉末状,需定期清理;
2)这种电刷材料对湿度十分敏感,若相对湿度低于15%或高于85%,会造成其磨损不均;
3)当用于信号级电路时,这些复合电刷会占据大量空间。
单刷金属电刷滑环相比复合电刷设计的优势,首先在于磨屑较少,另外则是用于信号电路时容量更高。但单线金属电刷系统也存在缺点:
1)单刷相对较小的尺寸导致载流能力有限;
2)比如:大部分黄金与黄金间的触点需要润滑,而始终保持充分的润滑十分困难。
目前市场中开始出现动力电路采用石墨/金属电刷、信号电路采用黄金单丝电刷的滑环设计。在滑环总成转数要求低的应用中,这种“混合使用”能够达到可接受的结果。但是在同一总成中混用“石墨/金属”和“黄金接触黄金”的电刷会使风力发电机运行不可靠。石墨/金属磨屑会污染金信号触点,并产生研磨性金属粉,尤其是存在会导致信号电路过早失效的触点润滑油的时候。
纤维刷的设计是将多条金属纤维丝捆扎成致密的多纤维“刷子”。一般情况下,这些纤维是与单线设计相当的贵金属材料,且电刷运行所在的滑环也外镀贵金属。贵金属的使用防止了触点上产生氧化物和覆盖层,同时确保了极小的接触力。接触力小降低了磨损速度,因而电刷产生的磨屑几乎可以忽略。而且多条金属纤维能够提供优良的导电性和很高的电流密度,工程师可以将纤维刷用于动力和信号两种电路。
将复合金属电刷滑环和单刷金滑环更换为纤维刷滑环十分简单。但是一些风力发电机业主对于是否用纤维刷滑环代替现有的滑环技术犹豫不决,这是因为他们怀有“尝试新技术要承担风险”的想法。对于仔细考查过纤维刷滑环技术的人而言,他们会发现选择一种几乎不用维护的部件,实际上就已经消除了风险也不需要进行维护。
比如,纤维刷触点对于风力发电机机舱内环境的敏感度远低于其它滑环触点技术。保护这些纤维刷滑环的防护外壳符合包括IP65(属于保护设备防水防尘的标准)在内的各种标准。而且由于纤维刷触点不需要润滑,它们对低温和高温的承受能力都很强。纤维刷设计已经证明能够适应低至–55°C和高达+80°C的温度。而且纤维刷还能够在0%到100%的相对湿度(RH)下运行。相比之下,复合电刷要求湿度在15%到85%之间才能可靠运行。
许多风电行业的相关人士知道很多部件存在可靠性问题。而且现在对运行中导致部件故障的原因也有了更深刻的认识。但是滑环技术(包括纤维刷滑环在内)尽管有先进的设计和性能,依然被许多风电场业主所忽视。
最初,大型风力发电机制造商使用的是能在触点产生金属、石墨磨屑的复合电刷。为解决复合触点产生的金属粉末和磨屑,制造商转而采用黄金触点。纤维刷滑环在这些设计基础上做出了改进。但在许多情况下,风电场业主仍然沿用老式的滑环更换,甚至需要一年一换。他们仍然从原厂购买相同的设备。而这种做法又延续了一个不必要的维护和更换周期。
实际上,如果作为风力发电机定期计划维护的一项要求,将滑环更换为免维护的纤维刷技术只需30分钟即可完成。对于拥有、设计、运行和维护风力发电机的人来说,纤维刷技术意味着减少了风电场正常运行时间的一个计划外维护问题。
滑环(高清滑环)最重要的2个技术参数分别为动态接触电阻和环路间的绝缘电阻。下面就2个主要的技术参数的检测方法加以详细的说明。 风电滑环的动态接触电阻怎么检测?
风电滑环滑环动态接触电阻,就是同一环路电刷线与环引线之间的电阻。前提是滑环在转动时,检测方法如下:将被测滑环安装于检测转台上, 通过电机带动转台,这样滑环在连续转动的情况下。用微欧微伏表来检测环路动态接触电阻值。电刷引线并联焊接一处,被测滑环的环引线全部并联焊接一处,被测环路的电刷引线为一检测端, 其余并联的电刷引线为一端,用微欧微伏表的“mΩ 输入四芯电缆线”连接两检测端, 这样就检测到当前动态接触电阻值了。 风电滑环滑环绝缘电阻怎么检测?
绝缘电阻,就是在一定的电压下各环路之间的绝缘电阻。可用500 V左右的兆欧表检测, 方法如下:焊接一处。把其中被测环路的环引线视为一检测端, 将其余并联的环引线视为另一检测端, 用500 V左右兆欧表则可测得当前电阻值。这样就检测到当前绝缘电阻值了。



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