CN107976628A - 集电环试验装置、集电环试验***及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集电环试验装置、集电环试验***及试验方法，涉及集电环技术领域。该集电环试验装置包括支撑架组件、主轴组件以及动力源，主轴组件包括旋转轴和轴承组件，旋转轴通过轴承组件可旋转的设置于支撑架组件。动力源能够与旋转轴固定连接并能够带动旋转轴旋转运动。集电环试验***包括集电环组件和集电环试验装置，第一集电环组件固定设置于主轴组件的靠近于动力源的一端，第二集电环组件固定设置于主轴组件的远离动力源的一端。该集电环试验装置结构简单、可靠性高，强度好，能够同时对两个集电环组件进行测试，能耗少，实现了能源利用最大化，使用变频控制测试，电气可靠性高。

Description

集电环试验装置、集电环试验***及试验方法

技术领域

本发明涉及集电环技术领域，具体而言，涉及一种集电环试验装置、集电环试验***及试验方法。

背景技术

集电环装置是将静止的励磁装置提供电流传输至旋转的发电机转子的导电装置。目前风力发电机集电环装置包括旋转轴、滑环、刷架、碳刷、碳刷磨损监控(监控碳刷磨损量)、集电环罩，然而，在实际运行中存在着碳粉堆积、阻塞碳刷、碳刷与集电环接触不良而产生的电流增大、打火、滑环灼伤、烧毁等故障。

为解决以上问题，需要开发一种集电环装置，但一种新的集电环装置从设计到实际运行周期长，设计结构的有效性难以在短期内实现。如何避免盲目将新结构用于批量机型带来的不可控风险，是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集电环试验装置，用于对集电环进行结构验证，设计合理、结构简单，安装方便，是一种经济、可靠、安全的集电环试验验证装置。

本发明的目的还在于提供了一种集电环试验***，具有上述集电环试验装置的优点。

本发明的目的还在于提供了一种使用集电环试验***进行结构验证的集电环试验方法。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述目的，本发明的实施例提供了一种集电环试验装置，用于对集电环进行结构验证，所述集电环试验装置包括支撑架组件、主轴组件以及动力源；

所述主轴组件包括旋转轴和轴承组件，所述旋转轴通过所述轴承组件可旋转的设置于所述支撑架组件；

所述动力源能够与所述旋转轴固定连接并能够带动所述旋转轴旋转运动。

另外，根据本发明的实施例提供的集电环试验装置，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施例中，所述支撑架组件包括集电环支撑架和动力源支撑架；

所述集电环支撑架包括固定连接的第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架用于固定设置第一集电环组件，所述第二支撑架用于固定设置第二集电环组件；

所述轴承组件包括第一轴承组件和第二轴承组件，所述第一轴承组件与所述第一支撑架相对应设置，所述第二轴承组件与所述第二支撑架相对应设置；

所述动力源支撑架用于固定设置动力源，所述集电环支撑架与所述动力源支撑架能够相对固定的设置于工作台。

在本发明的可选实施例中，所述集电环支撑架还包括能够固定设置于工作台的固定件，所述固定件的数量为两个且并排设置；

所述第一支撑架与所述第二支撑架均相对于所述固定件竖向设置，且所述第一支撑架与所述第二支撑架平行。

在本发明的可选实施例中，所述第一支撑架开设有用于可转动设置所述第一轴承组件的第一贯穿孔，所述第二支撑架开设有用于可转动设置所述第二轴承组件的第二贯穿孔；

所述第一轴承组件装配到位后的中心轴与所述第二轴承组件装配到位后的中心轴重合；

所述旋转轴能够从所述第一轴承组件的中心孔和所述第二轴承组件的中心孔中穿过，所述集电环支撑架能够将所述旋转轴分为第一固定部和第二固定部，所述第一固定部用于固定连接所述第一集电环组件，所述第二固定部用于固定连接所述第二集电环组件。

在本发明的可选实施例中，所述集电环试验装置还包括联轴器，所述动力源为电机，所述电机的动力输出轴与所述联轴器的第一端固定连接，所述联轴器的第二端能够与所述第一集电环组件固定连接。

本发明的实施例还提供了一种集电环试验***，包括集电环组件和集电环试验装置；

所述集电环组件的数量为两个且分别为第一集电环组件和第二集电环组件，所述第一集电环组件固定设置于所述主轴组件的靠近于所述动力源的一端，所述第二集电环组件固定设置于所述主轴组件的远离所述动力源的一端。

在本发明的可选实施例中，所述集电环组件包括接线盒和集电环本体；

所述接线盒的壳体与所述集电环本体的集电环罩固定连接，所述接线盒与所述集电环本体电连接。

在本发明的可选实施例中，所述集电环组件还包括主机架、滑环、碳刷、刷架以及碳刷检测装置；

所述滑环可转动的设置于所述主机架，所述刷架和所述碳刷检测装置固定设置于所述主机架，所述碳刷固定设置于所述刷架且与所述碳刷检测装置相对应；

所述集电环组件套设于所述旋转轴，所述滑环能够与所述旋转轴同步旋转。

在本发明的可选实施例中，所述集电环试验***还包括工作台和外部加热器，所述外部加热器固定设置于工作环境中且用于改变所述集电环试验***的温度和湿度。

本发明的实施例还提供了一种使用集电环试验***的试验方法，所述试验方法包括：

准备步骤：使两个集电环组件与集电环试验装置装配到位；

调速步骤：启动动力源，用变频器对动力源进行变频调速，以使动力源的最高转速达到3000r/min；

调节参数步骤：调节集电环组件中的碳刷面积大小、电流大小以及外部的湿度、温度参数；

检测步骤：分别测量两个集电环组件的出风量、碳粉收集量以及碳刷磨损长度。

本发明实施例的有益效果是：结构简单、可靠性高，强度好，能够同时对两个集电环组件进行测试，能耗少，实现了能源利用最大化，使用变频控制测试，电气可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的集电环试验装置的示意图；

图2为图1中支撑架组件的第一视角的示意图；

图3为图2的第二视角的示意图；

图4为图1中主轴组件的示意图；

图5为图1中动力源的示意图；

图6为本发明实施例2提供的集电环试验***的示意图；

图7为图6中集电环组件的示意图；

图8为图7的内部示意图；

图9为集电环试验***新结构性能试验的流程框图。

图标：100-集电环试验装置；200-集电环试验***；10-支撑架组件；11-集电环支撑架；112-第一支撑架；114-第二支撑架；115-固定件；12-动力源支撑架；124-第三支撑架；126-工作台连接件；14-主轴组件；15-旋转轴；153-第一固定部；158-第二固定部；16-轴承组件；163-第一轴承组件；166-第二轴承组件；18-联轴器；20-动力源；22-集电环组件；221-接线盒；222-集电环本体；223-主机架；224-滑环；225-碳刷；226-刷架；227-碳刷检测装置；24-第一集电环组件；26-第二集电环组件；31-配电柜；32-调压器；33-移相变压器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

其中图1—图5对应本发明的实施例1，图6-图8对应本发明的实施例2，图9对应本发明的实施例3，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供的集电环试验装置100，用于对风力发电机的集电环进行结构性能验证，由于新设计一种集电环装置，从设计到实际运行的周期长，设计的新结构的有效性难以在短期内实现，为了避免盲目的将新设计的集电环装置用于批量机型所带来的不可控风险，故设计了该集电环性能试验装置，从而可以对新设计的集电环装置进行结构、性能验证。具体的，该集电环试验装置100包括支撑架组件10、主轴组件14、联轴器18以及动力源20，其中，支撑架组件10用于固定设置在工作台上，主轴组件14和动力源20组件均固定设置于支撑架组件10上，通过联轴器18动力源20可以带动主轴组件14的转动，使设置在主轴组件14两端的集电环组件22进行性能试验。

下面对该集电环试验装置100的各个部件的具体结构和相互之间的对应关系进行详细说明。

首先，请参照图2和图3所示，支撑架组件10包括集电环支撑架11和动力源支撑架12，集电环支撑架11是用于固定设置集电环组件22，动力源支撑架12是用于固定设置动力源20，集电环支撑架11与动力源支撑架12能够相对固定的设置于工作台。

具体的，集电环支撑架11包括固定连接的第一支撑架112、第二支撑架114以及固定件115，其中，固定件115能够固定设置于工作台，固定件115的数量为两个且并排设置。第一支撑架112的两侧分别固定设置于两个固定件115上，且使得第一支撑架112与固定件115垂直，第二支撑架114的两侧分别固定设置于两个固定件115上，且使得第二支撑架114与固定件115垂直，同时，第一支撑架112与第二支撑架114平行设置。

此处的垂直不局限于绝对垂直，只要第一支撑架112相对于固定件115竖向设置，第二支撑架114相对于固定件115竖向设置即可，为了保证同心度和平稳性，在本发明的实施例1中，第一支撑架112与第二支撑架114平行设置，且第一支撑架112和第二支撑架114均相对于固定件115垂直设置。

可选的，第一支撑架112和第二支撑架114均为矩形薄板状结构，通过多个连接件将第一支撑架112与第二支撑架114固定连接，第一支撑架112靠近于固定件115的一端设置有定位筋，第二支撑架114靠近于固定件115的一端也设置有定位筋，从而可以将第一支撑架112、第二支撑架114以及固定件115稳固连接。

第一支撑架112开设有第一贯穿孔，该第一贯穿孔用于可转动的设置轴承组件16，第二支撑架114开设有第二贯穿孔，该第二贯穿孔用于可转动的设置轴承组件16，为了保证动力源20带动两个集电环组件22运转试验的稳定性，故，该第一贯穿孔的中心线与第二贯穿孔的中心线重合。

在本发明的实施例1中，第一支撑架112是用于固定设置第一集电环组件24，第二支撑架114用于固定设置第二集电环组件26，其中，第一集电环组件24能够固定设置于第一支撑架112与动力源20之间，第二集电环组件26能够固定设置于第二支撑架114的远离第一支撑架112的一侧。

具体的，动力源支撑架12包括固定连接的第三支撑架124和工作台连接件126，其中，工作台连接件126的数量为两个且能够固定设置于工作台，两个工作台连接件126并排设置，第三支撑架124的两侧分别固定设置于两个工作台连接件126，且使第三支撑架124与工作台连接件126垂直。

该动力源支撑架12开设有第三贯穿孔，该第三贯穿孔用于固定设置动力源20，使得动力源20的动力输出轴从第三贯穿孔内穿过。

其次，详细介绍主轴组件14的具体结构，请参照图4所示，主轴组件14包括旋转轴15和轴承组件16，其中，旋转轴15通过轴承组件16可旋转的设置于上述支撑架组件10。

具体的，轴承组件16包括第一轴承组件163和第二轴承组件166，第一轴承组件163与第一支撑架112相对应且固定设置于上述第一贯穿孔内，第二轴承组件166与第二支撑架114相对应且固定设置于上述第二贯穿孔内，当第一轴承组件163与第一支撑架112装配到位，第二轴承组件166与第二支撑架114装配到位后，第一轴承组件163的中心轴与第二轴承组件166的中心轴重合。

具体的，旋转轴15为空心轴，旋转轴15的外周壁被集电环支撑架11分为第一固定部153、第二固定部158，其中，第一固定部153用于固定连接第一集电环组件24，第二固定部158用于固定连接第二集电环组件26，第一固定部153与第二固定部158之间为支架固定部，该支架固定部包括隔段、第一支架固定部以及第二支架固定部，第一支架固定部和第二支架固定部分别位于隔段的两侧，第一支架固定部用于和第一轴承组件163配合连接，第二支架固定部用于和第二轴承组件166配合连接。

在本发明的实施例1中，隔段的外径尺寸分别大于第一支架固定部、第二支架固定部的外径尺寸，第一支架固定部的外径尺寸与第二支架固定部的外径尺寸相同，第一支架固定部的外径尺寸大于第一固定部153的外径尺寸，第二支架固定部的外径尺寸大于第二固定部158的外径尺寸，第一固定部153的外径尺寸与第二固定部158的外径尺寸相同。

该旋转轴15能够从第一轴承组件163的中心孔和第二轴承组件166的中心孔穿过，从而可转动的设置于集电环支撑架11。

最后，详细介绍联轴器18和动力源20，请参照图5所示，动力源20固定设置于动力源支撑架12上，该动力源20通过联轴器18能够与旋转轴15固定连接，同时带动旋转轴15同步旋转运动。

可选的，动力源20为电机，联轴器18包括相对的第一端和第二端，电机的动力输出轴与联轴器18的第一端固定连接，联轴器18的第二端能够与第一集电环组件24固定连接，且能够带动旋转轴15旋转运动。

由于集电环组件22是将静止的励磁装置提供电流传输至旋转的发电机转轴的导电装置，然而，目前风力发电机集电环组件22在实际运行中存在着碳粉堆积、阻塞碳刷225、碳刷225与集电环接触不良而产生的电流增大、打火、滑环224灼伤甚至烧毁等故障。

在对集电环组件22的新结构进行研发、设计过程中，需要能够有效的进行新结构的验证，针对验证时间长的缺陷，从而提供了一种经济、可靠、安全的集电环试验验证装置，具有结构简单、设计合理，安装方便，可根据实际情况对集电环组件22在风场运行环境进行模拟，还可以进行加速老化试验以及多项目试验，从而评判出集电环组件22新结构的优劣。

实施例2

本发明实施例2提供了一种集电环试验***200，包括集电环组件22、工作台、外部加热器以及实施例1提供的集电环试验装置100，集电环组件22套设于上述旋转轴15，集电环组件22中的滑环224能够与旋转轴15同步旋转，具体说明如下：

请参照图6所示，集电环组件22的数量为两个且分别定义为第一集电环组件24和第二集电环组件26，其中，第一集电环组件24固定设置于旋转轴15的靠近于动力源20的一端，第二集电环组件26固定设置于旋转轴15的远离动力源20的一端。

动力源20带动旋转轴15旋转，旋转轴15带动第一集电环组件24和第二集电环组件26旋转，该第一集电环组件24和第二集电环组件26的结构参数可以相同，也可以不同，通过调节其结构参数、电流大小或者外部湿度、温度等，对第一集电环组件24和第二集电环组件26的性能进行对比。

具体的，请参照图7和图8所示，集电环组件22包括接线盒221、集电环本体222、主机架223、滑环224、碳刷225、刷架226以及碳刷检测装置227，其中，接线盒221的壳体与集电环本体222的集电环罩固定连接，接线盒221与集电环本体222电连接。

滑环224可转动的设置于主机架223，刷架226和碳刷检测装置227也固定设置于主机架223，碳刷225固定设置于刷架226上，且碳刷225与碳刷检测装置227相对应，碳刷检测装置227用于监控碳刷225的磨损量。

可选的，集电环试验装置100固定设置于工作台上，外部加热器固定设置于外部工作环境中，通过调节外部加热器来改变集电环试验***200工作环境的温度和湿度，从而可以进行多种性能测试比较。

该集电环试验***200结构简单、可靠性高，强度好，能够同时对两个集电环组件22进行测试，能耗少，实现了能源利用最大化，使用变频控制测试，电气可靠性高。

实施例3

本发明实施例3提供了一种集电环试验方法，具体说明如下：

使用实施例2提供的集电环试验***200对两个集电环组件22进行新结构性能试验，请参照图9所示，首先，电源从厂房的配电柜31内引出，依次经过调压器32、移相变压器33连接至碳刷225上，在碳刷225的末端进行三相短接。

例如：当碳刷225中通过额定电流为610A时，则配电柜31需要输出的额定电压为380V，额定电流为400A；

配电柜31到调压器32之间线路的实际电压为380V，电流为310A；

输入调压器32的额定电压为380V，额定电流为893A；从调压器32输出的额定电压为60-800V，额定电流为361A；

调压器32到移相变压器33之间线路的实际电压为148V，电流为348A；

输入移相变压器33的额定电压为1140V；从移相变压器33输出的额定电压为1140V，额定电流为608A。

该试验方法包括准备步骤：将两个集电环组件22与集电环试验装置100装配到位，调节好加热器的温度和湿度，启动电源，打开电机，用变频器对电机进行变频调速，使得电机的最高转速达到3000r/min。

调节两个集电环组件22中的结构参数，例如：分别调节集电环组件22中碳刷225面积的大小，调节输入碳刷225的电流大小，同时还可以通过调节外部加热器的温度和湿度，来对比两个集电环组件22的冷却性能、拍碳粉性能以及碳刷225磨损性能等。

通过分别测量两个集电环组件22的出风量、碳粉收集量以及碳刷225磨损长度，通过对比来评定集电环组件22的新结构的优劣。

可选的，这两个集电环组件22可以均为新设计的结构，也可以是一个现有结构，一个新设计结构，通过调节参数进行多项目对比试验，从而获得可靠的新结构的性能结果，较好的避免了盲目将新结构用于批量机型带来的不可控风险。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集电环试验装置(100)，用于对集电环进行结构验证，其特征在于，所述集电环试验装置(100)包括支撑架组件(10)、主轴组件(14)以及动力源(20)；

所述主轴组件(14)包括旋转轴(15)和轴承组件(16)，所述旋转轴(15)通过所述轴承组件(16)可旋转的设置于所述支撑架组件(10)；

所述动力源(20)能够与所述旋转轴(15)固定连接并能够带动所述旋转轴(15)旋转运动。

2.根据权利要求1所述的集电环试验装置(100)，其特征在于，所述支撑架组件(10)包括集电环支撑架(11)和动力源支撑架(12)；

所述集电环支撑架(11)包括固定连接的第一支撑架(112)和第二支撑架(114)，所述第一支撑架(112)用于固定设置第一集电环组件(24)，所述第二支撑架(114)用于固定设置第二集电环组件(26)；

所述轴承组件(16)包括第一轴承组件(163)和第二轴承组件(166)，所述第一轴承组件(163)与所述第一支撑架(112)相对应设置，所述第二轴承组件(166)与所述第二支撑架(114)相对应设置；

所述动力源支撑架(12)用于固定设置动力源(20)，所述集电环支撑架(11)与所述动力源支撑架(12)能够相对固定的设置于工作台。

3.根据权利要求2所述的集电环试验装置(100)，其特征在于，所述集电环支撑架(11)还包括能够固定设置于工作台的固定件(115)，所述固定件(115)的数量为两个且并排设置；

所述第一支撑架(112)与所述第二支撑架(114)均相对于所述固定件(115)竖向设置，且所述第一支撑架(112)与所述第二支撑架(114)平行。

4.根据权利要求2或3所述的集电环试验装置(100)，其特征在于，所述第一支撑架(112)开设有用于可转动设置所述第一轴承组件(163)的第一贯穿孔，所述第二支撑架(114)开设有用于可转动设置所述第二轴承组件(166)的第二贯穿孔；

所述第一轴承组件(163)装配到位后的中心轴与所述第二轴承组件(166)装配到位后的中心轴重合；

所述旋转轴(15)能够从所述第一轴承组件(163)的中心孔和所述第二轴承组件(166)的中心孔中穿过，所述集电环支撑架(11)能够将所述旋转轴(15)分为第一固定部(153)和第二固定部(158)，所述第一固定部(153)用于固定连接所述第一集电环组件(24)，所述第二固定部(158)用于固定连接所述第二集电环组件(26)。

5.根据权利要求2所述的集电环试验装置(100)，其特征在于，所述集电环试验装置(100)还包括联轴器(18)，所述动力源(20)为电机，所述电机的动力输出轴与所述联轴器(18)的第一端固定连接，所述联轴器(18)的第二端能够与所述第一集电环组件(24)固定连接。

6.一种集电环试验***(200)，其特征在于，包括集电环组件(22)和权利要求1-5任意一项所述的集电环试验装置(100)；

所述集电环组件(22)的数量为两个且分别为第一集电环组件(24)和第二集电环组件(26)，所述第一集电环组件(24)固定设置于所述主轴组件(14)的靠近于所述动力源(20)的一端，所述第二集电环组件(26)固定设置于所述主轴组件(14)的远离所述动力源(20)的一端。

7.根据权利要求6所述的集电环试验***(200)，其特征在于，所述集电环组件(22)包括接线盒(221)和集电环本体(222)；

所述接线盒(221)的壳体与所述集电环本体(222)的集电环罩固定连接，所述接线盒(221)与所述集电环本体(222)电连接。

8.根据权利要求6所述的集电环试验***(200)，其特征在于，所述集电环组件(22)还包括主机架(223)、滑环(224)、碳刷(225)、刷架(226)以及碳刷检测装置(227)；

所述滑环(224)可转动的设置于所述主机架(223)，所述刷架(226)和所述碳刷检测装置(227)固定设置于所述主机架(223)，所述碳刷(225)固定设置于所述刷架(226)且与所述碳刷检测装置(227)相对应；

所述集电环组件(22)套设于所述旋转轴(15)，所述滑环(224)能够与所述旋转轴(15)同步旋转。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的集电环试验***(200)，其特征在于，所述集电环试验***(200)还包括工作台和外部加热器，所述外部加热器固定设置于工作环境中且用于改变所述集电环试验***(200)的温度和湿度。

10.一种使用权利要求6-9任意一项所述的集电环试验***(200)的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括：

准备步骤：使两个集电环组件(22)与集电环试验装置(100)装配到位；

调速步骤：启动动力源(20)，用变频器对动力源(20)进行变频调速，以使动力源(20)的最高转速达到3000r/min；

调节参数步骤：调节集电环组件(22)中的碳刷(225)面积大小、电流大小以及外部的湿度、温度参数；

检测步骤：分别测量两个集电环组件(22)的出风量、碳粉收集量以及碳刷(225)磨损长度。