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风力发电机组精密导电滑环技术概论 摘要 滑环是风力发电机组的重要部件，本文结合试验和实际分析研究了滑环的绝缘性能、接触电阻、动态阻值波动、防护等级、抗电磁干扰性能、耐磨性能、抗高低温交变能力、抗瞬断能力。 主题词：滑环 接触电阻 瞬断 0 引言 风力发电机组精密导电滑环是实现相对旋转精密输电装置 1．2．2 摩擦副的接触形式 图1 风电滑环摩擦副的接触形式一般是点式接触。摩擦副组合有两种（见图1），第一种是单丝和 “V”型环道 组成的、第二种是刷束和 “Ⅱ”型环道组成的。第一种接触形式每根丝只有两个接触点接触面积极小，传输的电流很有限；第二种接触形式每束丝有很多个接触点，接触面积大，所以传输的电流很大。由于风电机组的功率越来越大，相应的变桨电机的功率也在增大，所以滑环的动力环要求传输的电流也越大，这就表明在大功率机组中第二种接触形式会占据上风。图2 1．2．3 摩擦副的接触压力 刷丝对环道的接触压力决定了接触电阻的大小，压力越大电阻越小，但是压力的大小是有限制的，压力越大摩擦副的磨损会越剧烈。因此确定接触压力的大小是很关键的，这个压力既要能保证数据传输的稳定性又要尽可能的减小摩擦。 两个物体接触时由于存在粗糙度，相互之间只是几个微小的点在接触，电流流经接触表面时，从截面尺寸较大的导体转入面积很小的接触点，在此情况下，电流线发生剧烈收缩（见图2），由此产生收缩电阻Rk。可以用下式计算： Rk= 其中：ρ—电阻率；ξ—弹性变形修正系数，取0.33～1，压力大时取大些；H—材料的布氏硬度；n—接触点数； F—接触压力。在滑环摩擦副表面足够清洁的情况下接触电阻R≈Rk。 风电滑环的接触电阻可以做到0.05Ω以下。 1．3 滑环的动态阻值波动 摩擦副的表面光洁度、环道外圆面的跳动、滑环的转动速度、环道直径等都会影响到滑环的的动态电阻。因此摩擦副表面Ra≤0.4、环面跳动≤0.05、线速度≤2m/s时，要求动态阻值波动RQ≤0.005Ω。新滑环的动态阻值波动如果大于此数值，表明此滑环有质量问题，不可使用。 1．4 滑环的防护等级 我国幅员辽阔，地区间的环境差异非常大。在-40℃的严寒，60℃的高温，漫天的沙尘，沿海的盐雾，以及酸雨等多重环境的侵袭下，要求滑环的防护等级满足要求，避免滑环摩擦副受到影响。 1．5 滑环的抗电磁干扰性能 滑环传输多种电信号，有高频、高压交流电，大电流的直流电、交流电，微弱的信号电，再加上各环道之间的间距有限，各种电流在传输过程中产生了干扰，各种干扰严重影响了信号的传输。各种干扰有静电感应耦合、磁场感应耦合和电磁场感应耦合。 1．5．1 静电感应干扰 此种干扰主要是导线、环相互之间的电容引起的。由于风电机组使用的滑环要求绝缘值比较高，所以干扰电压VN可以按下式近似计算： VN= 其中：C1—环间电容；C2—受干扰环对地电容；V1—干扰源电压。 1．5．2 磁场感应干扰 此种干扰主要是交流电通过时引起的环间互感干扰，此干扰电压可用式：Vn=jω·M·I1 其中：ω—干扰源角频率；M—环间互感系数；I1—干扰源电流。 1．5．3 电磁场感应干扰 此种干扰是既有电场干扰也有磁场。 上述几种干扰主要是动力电源和照明电源引起的，可以通过对需要保护的信号环加屏蔽的方法进行保护，也可以进一步对干扰源本身加屏蔽进行削弱。 1．6 滑环摩擦副的耐磨性能 摩擦副的耐磨性是滑环质量好坏重要标志，好的滑环摩擦副的寿命可以达到1亿转以上。摩擦副在实际使用中存在机械磨损和电磨损，不同性质的环道机械磨损和电磨损的时间不同。因此要求摩擦副要能同时满足两种磨损的全寿命磨耗。 1．7 滑环的抗高低温交变能力 滑环要有良好的抗高低温交变的能力。在温度交变时滑环的各项性能指标不能出现大的变化，一般要求变化不超过室温值的10%。试验按照GB2424.1要求，高、低温试验温度分别为80℃和-40℃，试验时间≥1h，交变次数≥3次。 1．8 滑环的抗瞬断能力 滑环的抗瞬断能力是保证其能否正常使用的标志。在动力环出现瞬断滑环会很快被烧损；在控制环出现瞬断会导致控制机构失灵，指令无法执行；在通讯环出现瞬断会导致通讯数据无法传输。风电滑环一般要求瞬断时间≤10ms，随着风电机组的要求逐步提高，现在有部分主机厂家已经要求瞬断时间≤0.1ms。为此对测量设备提出了更高的要求，需要更高速的测量设备。现在部分国产滑环已经能够满足全寿命无瞬断的要求。 2 结论 本文阐述了滑环各项技术指标的产生、要求、防范措施及可能由此故障产生的后果, 并提出了使用过程中的一些主要参数。 参 考 文 献 1] 林国荣编·《电磁干扰及控