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低风速风电机组电刷滑环故障仿真分析研究
摘要
本文对低风速风电机组电刷滑环故障进行仿真分析研究。首先介绍了低风速风电机组的工作原理和电刷滑环的作用。然后从电刷材料选择，电刷与滑环接触的磨擦摩擦力和电刷与滑环之间的接触电阻等方面分析了电刷滑环故障的原因，并建立了故障模型。接着通过COMSOLMultiphysics软件对电刷滑环故障进行仿真分析，对故障前后转子电势分布、电刷-滑环接触压力、接触电阻等进行了分析。最后，在仿真结果的基础上对电刷滑环故障进行了诊断和预防控制。
关键词：低风速风电机组；电刷滑环；故障分析；仿真分析。
Abstract
Thispaperconductsimulationanalysisonthefaultofbrushslipringinlowwindspeedwindturbine.Firstly,theworkingprincipleoflowwindspeedwindturbineandthefunctionofbrushslipringareintroduced.Then,thereasonsforbrushslipringfaultareanalyzedfromtheaspectsofbrushmaterialselection,frictionalforcebetweenbrushandslipringcontact,andcontactresistancebetweenbrushandslipring,andafaultmodelisestablished.Next,thefaultofbrushslipringisanalyzedbyCOMSOLMultiphysicssoftware,includingrotorpotentialdistribution,brush-slipringcontactpressureandcontactresistancebeforeandafterthefault.Finally,basedonthesimulationresults,diagnosisandpreventioncontrolofthefaultofbrushslipringarecarriedout.
Keywords:lowwindspeedwindturbine;brushslipring;faultanalysis;simulationanalysis.
1.引言
低风速风电机组能充分利用风能，提高能源利用效率，因此被广泛应用。然而，在电刷滑环这一部件上容易出现故障，导致机组停机维修，严重影响机组的运行效率。因此，研究电刷滑环故障的原因，并开展相应的诊断和预防控制工作，对于保障机组的正常运行和提高其运行效率具有重要意义。
2.低风速风电机组电刷滑环的作用
低风速风电机组由风轮、发电机、传动系统等组成，其中电刷滑环是传动系统中的重要部件。电刷滑环的作用是将发电机转子转化的电能通过刷子导入电路中，使之成为可用的电能。
3.电刷滑环故障的原因
3.1电刷材料的选择
电刷材料的选择直接影响电刷的使用寿命和故障率。一般情况下，电刷材料应具有高导电性和低磨损率。
3.2电刷与滑环接触的磨擦摩擦力
电刷与滑环接触时会产生磨擦摩擦力，这会导致电刷表面的磨损和变形，增加电刷故障率。
3.3电刷与滑环之间的接触电阻
电刷与滑环之间接触电阻的大小会影响电刷的使用寿命和故障率。当接触电阻过大时，电刷工作时会产生较大的热量，导致电刷烧损。
4.仿真分析
为了更好地分析电刷滑环故障原因以及进行相应的预防控制，本文使用COMSOLMultiphysics软件对电刷滑环故障进行仿真分析。仿真模型如图1所示。通过改变电刷滑环的状态，模拟电刷滑环故障前后的情况，分析电刷滑环故障的原因。
（插入图1）
4.1故障前后转子电势分布
图2为故障前后转子电势分布图。可以看到，故障前转子电势分布较均匀，而故障后转子电势分布不均匀，出现了电势低下的区域。这是因为电刷与滑环之间的接触电阻增大，导致部分电能无法正常传导。
（插入图2）
4.2电刷-滑环接触压力
图3为电刷-滑环接触压力随时间变化的曲线。可以看到，故障前电刷-滑环接触压力较为稳定，而故障后接触压力不稳定。这是因为电刷表面磨损严重，接触面积变小，导致接触压力变化较大。
（插入图3）
4.3接触电阻
图4为接触电阻随时间变化的曲线。可以看到，故障前接触电阻较小，而故障后接触电阻增大。这是因为电刷表面磨损严重，使电刷与滑环之间的接触电阻变大。
（插入图4）
5.诊断和预防控制
通过仿真分析，可以确定低风速风电机组电刷滑环故障的原因，并进行相应的诊断和预防控制工作。根据分析结果，可以选择合适的电刷材料，控制电刷与滑环之间的磨擦摩擦力，以及检测和控制电刷与滑环之间的接触电阻等