雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)目前是網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主流機(jī)型之一。滑環(huán)、電刷是發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)問(wèn)題的組成部分，極小的問(wèn)題都會(huì)引發(fā)比較大的事故。通過(guò)分析滑環(huán)振動(dòng)造成電刷沖擊及危害，并介紹了電刷的諧振頻率對(duì)安全產(chǎn)生的影響，提出預(yù)防故障措施，減少因電刷、滑環(huán)引發(fā)的事故。

　　滑環(huán)、電刷是發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)問(wèn)題的組成部分[1]，極小的問(wèn)題都會(huì)引發(fā)比較大的事故。如：碳刷全部沒(méi)有接觸上，會(huì)引起發(fā)電機(jī)失磁的嚴(yán)重現(xiàn)象產(chǎn)生，出現(xiàn)環(huán)火，且發(fā)電機(jī)漏氫，很容易發(fā)生氫爆炸。因此分析引起雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)電刷滑環(huán)故障因素及其重要。

　　1。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁滑環(huán)、電刷設(shè)計(jì)

　　雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有A、B、C三相勵(lì)磁滑環(huán)及相對(duì)應(yīng)的電刷，并且還設(shè)置了接地滑環(huán)D及對(duì)應(yīng)電刷。三相電流相對(duì)較大，因此各設(shè)置了S個(gè)基本均布電刷，D相接地滑環(huán)只有一個(gè)電刷，它可以接電機(jī)軸或星形勵(lì)磁繞組中線，方便將軸電流及中線電流通過(guò)電刷接地。

　　2。滑環(huán)的損傷和單個(gè)電刷摩擦形成的沖擊波形、振動(dòng)與滑環(huán)故障分布規(guī)律相同

　　由于D相滑環(huán)一般情況下只設(shè)置1個(gè)電刷，因此很容易因?yàn)檎駝?dòng)引起電刷、滑環(huán)分離，這樣就容易造成電弧及損傷。可以通過(guò)以下兩種方式進(jìn)行檢測(cè)：（1）電刷座的振動(dòng)沖擊；（2）判斷絕緣安裝的軸承座對(duì)地/機(jī)器外殼的軸電壓。如果滑環(huán)出現(xiàn)損傷，會(huì)在摩擦電刷過(guò)程中產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)，這樣不但磨損電刷，還會(huì)將滑環(huán)的損傷加重。滑環(huán)損傷的故障有很多，故障分布規(guī)律和數(shù)量通常情況下與柔性聯(lián)軸器爪數(shù)具有因果關(guān)系。電刷滑環(huán)故障的后期，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊、振動(dòng)及軸電壓，這種強(qiáng)度可以掩蓋其他的故障信息。具有以下特征：若存在X處均布損傷，就會(huì)有X階轉(zhuǎn)頻沖擊譜。所以說(shuō)滑環(huán)的損傷和單個(gè)電刷摩擦造成的振動(dòng)、沖擊波分布規(guī)律和滑環(huán)分布規(guī)律相同。

　　3。滑環(huán)振動(dòng)造成的電刷沖擊及危害

　　滑環(huán)存在較大的振動(dòng)，像磁隙不均勻、轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)及滑環(huán)不圓度的電磁振動(dòng)，激勵(lì)S個(gè)電刷以后將會(huì)造成點(diǎn)數(shù)和滑環(huán)的短暫分離。這時(shí)候D相單電刷和與其相對(duì)應(yīng)的滑環(huán)將會(huì)發(fā)生電弧及損傷。其他三相的S個(gè)電刷不同步、相繼與對(duì)應(yīng)的滑環(huán)實(shí)現(xiàn)分離后接觸，會(huì)產(chǎn)生相繼沖擊，這種沖擊的特征頻譜和轉(zhuǎn)頻的S階沖擊譜相等。

　　假設(shè)電刷設(shè)計(jì)合理，且它與其壓緊彈簧組成機(jī)械二階系統(tǒng)，產(chǎn)生固有共振頻率FS，比滑環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率FN要高很多，假設(shè)滑環(huán)出現(xiàn)不平衡、不圓度的問(wèn)題，會(huì)引起正弦“滑環(huán)振動(dòng)”幅度A=1mm，對(duì)電刷存在強(qiáng)迫作用。我們構(gòu)建如圖1所示的力學(xué)模型示意圖，分析滑環(huán)振動(dòng)和電刷振動(dòng)的相互作用，箭頭指示運(yùn)用正方向。我們可以很明白的看出，電刷正向位移不能比滑環(huán)正向位移小，不然，滑環(huán)會(huì)強(qiáng)迫電刷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；電刷可以比滑環(huán)的正向位移大，與滑環(huán)分離。電刷的負(fù)向位移絕對(duì)值一定要大于滑環(huán)的負(fù)向位移，不然，滑環(huán)會(huì)對(duì)電刷運(yùn)行形成阻礙作用；電刷也可以正于滑環(huán)負(fù)向位移，和滑環(huán)分離。

　　4。電刷的諧振頻率對(duì)安全產(chǎn)生的影響

　　二階系統(tǒng)的共振頻率由電刷與其壓緊彈簧構(gòu)成，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將其設(shè)計(jì)成比滑環(huán)高的轉(zhuǎn)速頻率FN與該軸的最高激振源數(shù)Z倍相乘，即FN×Z，這樣不僅可以有效的降低電刷振動(dòng)，還可以將電刷振動(dòng)與其滑環(huán)的沖擊減小。

　　有一套經(jīng)典的振動(dòng)理論指出[2]：當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率比系統(tǒng)的共振頻率要高的時(shí)候，系統(tǒng)的振動(dòng)幅度會(huì)受到影響，振動(dòng)幅度將會(huì)下降。我們假設(shè)有這樣一個(gè)諧振頻率FS=10Hz，二階系統(tǒng)的諧振增益為G=10倍，如果進(jìn)行25Hz的強(qiáng)迫振動(dòng)，此時(shí)的震動(dòng)幅度響應(yīng)應(yīng)該是-1439dB，也就是說(shuō)將它的振動(dòng)降低至強(qiáng)迫振動(dòng)的19%。這一套理論是不能在設(shè)計(jì)電刷與其壓緊彈簧構(gòu)成的二階系統(tǒng)中應(yīng)用，因?yàn)闃O有可能將振動(dòng)相位響應(yīng)和強(qiáng)迫振動(dòng)相差177°的現(xiàn)實(shí)所忽略，意味著如果激勵(lì)振動(dòng)滑環(huán)相對(duì)電刷運(yùn)動(dòng)的同時(shí)電刷也在向滑環(huán)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，這樣一來(lái)必然會(huì)造成他們出現(xiàn)強(qiáng)烈的沖擊。

　　我們應(yīng)該注意一點(diǎn)：因?yàn)榛h(huán)存在三菱度及不圓度，所以滑環(huán)的振動(dòng)頻率不止于它的最高轉(zhuǎn)速頻率，當(dāng)具備其爪數(shù)Z的（1-2）倍的時(shí)變剛度，經(jīng)我們研究可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)齒輪嚙臺(tái)推力較大時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為FN的電機(jī)軸進(jìn)行輕載時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生FJ=FN×Z×2的振動(dòng)頻率，進(jìn)行重載時(shí)會(huì)產(chǎn)生FJ=FN×Z的振動(dòng)頻率。例如：最高轉(zhuǎn)頻為FN=24的柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，Z=6時(shí)，轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)頻率能達(dá)到FJ=288Hz。個(gè)人建議500Hz-1000Hz的電刷諧振頻率最好設(shè)計(jì)為FS>2FJ。當(dāng)改變?nèi)嵝月?lián)軸器成為數(shù)十齒的套齒聯(lián)軸器時(shí)，因?yàn)閷⑺麄兊臅r(shí)變剛度進(jìn)行了改善，大幅度的減小了振動(dòng)，因此可以不用將電刷諧振頻率提高。增加壓緊彈簧的剛度能夠?qū)S的途徑提高，可能有人會(huì)認(rèn)為這樣做也會(huì)增加電刷滑環(huán)摩擦?xí)r的摩擦力及正壓力，還會(huì)加速磨損，不過(guò)這樣是柔和的連續(xù)接觸摩擦，相比較強(qiáng)烈沖擊造成的損害要小很多。

　　5。總結(jié)

　　雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的滑環(huán)、電刷是發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)問(wèn)題的組成部分，進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候需要注意一下幾方面問(wèn)題：（1）加強(qiáng)巡回檢查力度，透過(guò)防塵罩窺視窗查看有無(wú)串火現(xiàn)象；（2）采用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行電刷表面、集電環(huán)表面和銅辮的測(cè)溫，存在異常電刷需及時(shí)處理、更換；（3）定期維護(hù)電刷、滑環(huán)；（4）高濕條件下會(huì)發(fā)生電化學(xué)作用，可能腐蝕石墨氧化膜，因此發(fā)電機(jī)停機(jī)較長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，最好將電刷取走，防止生成電解蝕痕。