雙饋風力發(fā)電機目前是網(wǎng)型風力發(fā)電機主流機型之一。滑環(huán)、電刷是發(fā)電機運行過程中極易出現(xiàn)問題的組成部分，極小的問題都會引發(fā)比較大的事故。通過分析滑環(huán)振動造成電刷沖擊及危害，并介紹了電刷的諧振頻率對安全產(chǎn)生的影響，提出預防故障措施，減少因電刷、滑環(huán)引發(fā)的事故。

　　滑環(huán)、電刷是發(fā)電機運行過程中極易出現(xiàn)問題的組成部分[1]，極小的問題都會引發(fā)比較大的事故。如：碳刷全部沒有接觸上，會引起發(fā)電機失磁的嚴重現(xiàn)象產(chǎn)生，出現(xiàn)環(huán)火，且發(fā)電機漏氫，很容易發(fā)生氫爆炸。因此分析引起雙饋風力發(fā)電機電刷滑環(huán)故障因素及其重要。

　　1。雙饋風力發(fā)電機磁滑環(huán)、電刷設計

　　雙饋風力發(fā)電機具有A、B、C三相勵磁滑環(huán)及相對應的電刷，并且還設置了接地滑環(huán)D及對應電刷。三相電流相對較大，因此各設置了S個基本均布電刷，D相接地滑環(huán)只有一個電刷，它可以接電機軸或星形勵磁繞組中線，方便將軸電流及中線電流通過電刷接地。

　　2?；h(huán)的損傷和單個電刷摩擦形成的沖擊波形、振動與滑環(huán)故障分布規(guī)律相同

　　由于D相滑環(huán)一般情況下只設置1個電刷，因此很容易因為振動引起電刷、滑環(huán)分離，這樣就容易造成電弧及損傷。可以通過以下兩種方式進行檢測：（1）電刷座的振動沖擊；（2）判斷絕緣安裝的軸承座對地/機器外殼的軸電壓。如果滑環(huán)出現(xiàn)損傷，會在摩擦電刷過程中產(chǎn)生沖擊、振動，這樣不但磨損電刷，還會將滑環(huán)的損傷加重?；h(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)具有因果關系。電刷滑環(huán)故障的后期，運轉時將產(chǎn)生較強的沖擊、振動及軸電壓，這種強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，就會有X階轉頻沖擊譜。所以說滑環(huán)的損傷和單個電刷摩擦造成的振動、沖擊波分布規(guī)律和滑環(huán)分布規(guī)律相同。

　　3?；h(huán)振動造成的電刷沖擊及危害

　　滑環(huán)存在較大的振動，像磁隙不均勻、轉子不平衡振動及滑環(huán)不圓度的電磁振動，激勵S個電刷以后將會造成點數(shù)和滑環(huán)的短暫分離。這時候D相單電刷和與其相對應的滑環(huán)將會發(fā)生電弧及損傷。其他三相的S個電刷不同步、相繼與對應的滑環(huán)實現(xiàn)分離后接觸，會產(chǎn)生相繼沖擊，這種沖擊的特征頻譜和轉頻的S階沖擊譜相等。

　　假設電刷設計合理，且它與其壓緊彈簧組成機械二階系統(tǒng)，產(chǎn)生固有共振頻率FS，比滑環(huán)的轉動頻率FN要高很多，假設滑環(huán)出現(xiàn)不平衡、不圓度的問題，會引起正弦“滑環(huán)振動”幅度A=1mm，對電刷存在強迫作用。我們構建如圖1所示的力學模型示意圖，分析滑環(huán)振動和電刷振動的相互作用，箭頭指示運用正方向。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)會強迫電刷進行運動；電刷可以比滑環(huán)的正向位移大，與滑環(huán)分離。電刷的負向位移絕對值一定要大于滑環(huán)的負向位移，不然，滑環(huán)會對電刷運行形成阻礙作用；電刷也可以正于滑環(huán)負向位移，和滑環(huán)分離。

　　4。電刷的諧振頻率對安全產(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成，在設計時應將其設計成比滑環(huán)高的轉速頻率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，還可以將電刷振動與其滑環(huán)的沖擊減小。

　　有一套經(jīng)典的振動理論指出[2]：當強迫振動的頻率比系統(tǒng)的共振頻率要高的時候，系統(tǒng)的振動幅度會受到影響，振動幅度將會下降。我們假設有這樣一個諧振頻率FS=10Hz，二階系統(tǒng)的諧振增益為G=10倍，如果進行25Hz的強迫振動，此時的震動幅度響應應該是-1439dB，也就是說將它的振動降低至強迫振動的19%。這一套理論是不能在設計電刷與其壓緊彈簧構成的二階系統(tǒng)中應用，因為極有可能將振動相位響應和強迫振動相差177°的現(xiàn)實所忽略，意味著如果激勵振動滑環(huán)相對電刷運動的同時電刷也在向滑環(huán)做相應的運動，這樣一來必然會造成他們出現(xiàn)強烈的沖擊。

　　我們應該注意一點：因為滑環(huán)存在三菱度及不圓度，所以滑環(huán)的振動頻率不止于它的最高轉速頻率，當具備其爪數(shù)Z的（1-2）倍的時變剛度，經(jīng)我們研究可以發(fā)現(xiàn)：當齒輪嚙臺推力較大時，轉動頻率為FN的電機軸進行輕載時，必然會產(chǎn)生FJ=FN×Z×2的振動頻率，進行重載時會產(chǎn)生FJ=FN×Z的振動頻率。例如：最高轉頻為FN=24的柔性聯(lián)軸器驅動發(fā)電機，Z=6時，轉軸的振動頻率能達到FJ=288Hz。個人建議500Hz-1000Hz的電刷諧振頻率最好設計為FS>2FJ。當改變?nèi)嵝月?lián)軸器成為數(shù)十齒的套齒聯(lián)軸器時，因為將他們的時變剛度進行了改善，大幅度的減小了振動，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將FS的途徑提高，可能有人會認為這樣做也會增加電刷滑環(huán)摩擦時的摩擦力及正壓力，還會加速磨損，不過這樣是柔和的連續(xù)接觸摩擦，相比較強烈沖擊造成的損害要小很多。

　　5?？偨Y

　　雙饋風力發(fā)電機的滑環(huán)、電刷是發(fā)電機運行過程中極易出現(xiàn)問題的組成部分，進行維護的時候需要注意一下幾方面問題：（1）加強巡回檢查力度，透過防塵罩窺視窗查看有無串火現(xiàn)象；（2）采用紅外線測溫儀進行電刷表面、集電環(huán)表面和銅辮的測溫，存在異常電刷需及時處理、更換；（3）定期維護電刷、滑環(huán)；（4）高濕條件下會發(fā)生電化學作用，可能腐蝕石墨氧化膜，因此發(fā)電機停機較長的時間時，最好將電刷取走，防止生成電解蝕痕。