屈氏集电器

屈氏集电器与电机创新发明专利证书第一部分原理部分什么是集电器？集电器是一种将旋转、运动的电极转换为静止电极的电气装置。主要用于旋转电机转子的对外电气联接。集电器的典型应用1）内馈调速异步机2）绕线型异步机3）同步发电及电动机4）双馈型风力发电机集电器的主要结构集电器主要构成：1）集电环（简称滑环）2）电刷滑环和转子相联并同步旋转，两者相对静止；电刷和外部设备相联并绝对静止。电刷和滑环紧密接触，形成电传导。电流在旋转的滑环和静止的电刷之间顺利流过。典型的传统集电器内置型外置型传统集电器的问题何在？●滑环打火，表面烧蚀●电刷磨损量大维护量大，可靠性差传统集电器问题的主要原因何在？1滑环抖动造成和电刷接触不良而打火，这是影响滑环可靠性的最主要因素。滑环抖动导致和电刷接触不良，从而产生高温、高能的火花，烧蚀滑环表面，破坏光洁度。一旦火花产生，便形成恶性循环，最终导致滑环烧毁。传统集电器问题的主要原因何在？2线速度高电刷磨损除了和光洁度（平整度）相关之外，还和相对运动的线速度平方成正比，由于滑环安装在电机轴上，直径必须大于轴径，因此线速度高是无法避免的，尤其是高转速、功率较大的电机，问题表现得尤为突出。滑环抖动的主要原因1）电机谐波电流产生的附加转矩，特别是径向转矩，这多产生于起动的某一转差率，而附加转矩是无法根除的。2）滑环和轴分体加工所造成的不同轴度，受传统结构限制，很难从工艺上有效解决。3）滑环大多以悬臂梁的结构安装在绕线电机轴的尾端，悬臂梁抗抖动能力较差。线速度高的原因何在？原因是滑环的直径较大。由于传统的滑环安装在电机转子轴上，滑环的直径必须大于转子轴径，而转子轴径是由电机的功率和转矩决定的，不能因滑环线速度要求而减小。屈氏集电器及其原理为了解决传统绕线异步机的滑环存在的抗抖动性差、易产生打火、线速度高等可靠性问题，必须将滑环从电动机轴上分离开来，只有这样，才可以使滑环避免受电机轴抖动的刚性影响，并且滑环直径不再受电机轴的尺寸制约，为采取抗抖动的缓冲以及减小直径创立基础。屈氏集电器是结构独立的集电装置，其内部的滑环呈双轴承支撑的简支梁，目的是加强抗抖动能力。（参见图）屈氏集电器原理（续1）为了使集电装置和电机同步运转，同时，克服电机轴因附加转矩或其它扰动的影响，防止抖动打火，屈氏集电器通过具有良好缓冲性能的联轴器和电机连接，电机轴的抖动将被缓冲联轴器吸收，即使仍有极小部分传递到集电器端，也无法使简支梁结构的滑环产生抖动，从而从根本上解决了因抖动力矩而引发的打火问题。集电器的轴只承载滑环重量，因此轴径很小，滑环直径也因此减小，滑环的线速度显著降低，因此可以明显降低电刷的磨损率，大大延长了电刷的使用寿命。屈氏集电器构造示意图传统滑环电刷与联轴型集电器结构和工作原理对比屈氏集电器原理（续2）为了进一步改善装置的可靠性，集电器对轴承、集电板的温度实行极限检测，当轴承或滑环因故温度超限时，检测装置会及时报警，防止事故扩大。集电器还设有霍尔元件的转速检测，用以测量当前电机转速。转速输出信号可以为数字量形式，也可以为模拟量4——20mA。精度等级为1.5级。屈氏集电器外形尺寸图电机与屈氏集电器连接图屈氏集电器技术特点1）电机本身无滑环。结构独立的屈氏集电器，通过机械缓冲和电机连接。2）采用双轴承的简支梁支撑，可以有效克服电机的径向扰动，抗抖动能力强。3）滑环直径小，线速度降低约一半，电刷磨损减小4倍。4）滑环与轴一体精加工，同轴度高，抖动量小。5）具有霍尔传感的电机转速测量（精度等级1.5）6）具有滑环、轴承的温度保护（超温报警）。屈氏集电器性能指标1）额定电流500_3000A2）额定电压3000V3）额定频率0.5——50HZ4）允许电机最大径向抖动＜1.5mm5）允许电机最高转速＜3000r/m6）电刷使用寿命＞30000小时（约3年）7）滑环使用寿命＞15年第二部分应用部分屈氏集电器应用案例（一）用户单位：广州恒运热电（D）厂有限公司改造前：2004年广州恒运热电厂在30万机组----4台1600KW的电机上，因滑环打火、电刷磨损严重，实际检测滑环温度高达90℃以上，平均一个星期更换一次电刷，严重影响公司生产。改造后：为解决此问题，广州恒运热电厂通过调查与技术交流，2008年采用了保定北方调速有限公司的发明专利产品屈氏集电器。改造完成后，经检测（环境温度20℃）运行数据如下：滑环温升30℃尾轴温升6℃前轴温升16℃电刷温升28℃运行一个月电刷磨损量0.6mm屈氏集电器应用案例（二）项目名称：放牛沟加压泵站3#水泵的电机滑环改造应用单位：吉林省长春市自来水公司改造前：2004年，公司采用了由北方调速有限公司提供的功率780KW、6KV/6P的斩波调速系统运行效果良好，节能率高达40%以上。但电机为传统绕线电机，滑环电刷维护量大，打火烧蚀现象严重，平均3个月要更换电刷一次。给维护工作带来了困难，严重影响正常运行。改造后：08年采用北方调速公司生产的“屈氏集电器”后，根据现运行近一年情况，实际测量平均每月电刷磨损仅为0.8mm，电刷有效使用长度为40mm，据此计算电刷寿命至少可达3年以上。屈氏集电器应用结论自屈氏集电器产品运行以来，从根本上解决了传统绕线电机在起动时滑环打火、电刷磨损严重，线速度高、更换频繁等问题。可达三年免维护，对于推广绕线式电动机广泛应用起到决定性作用，将屈氏集电器应用于风力发电机、同步电动机和发电机上将会更大的发挥其价值。屈氏集电器部分业绩。绕线电机的技术创新1：YQT3型内馈调速异步机2：YRQ型绕线异步机3：新型风力发电机4：新型同步电动机及发电机创新的YRQ型绕线异步机本产品是一种具有较大技术创新的新型绕线转子异步机，和普通绕线机相比，具有电刷寿命长，滑环不打火，可靠性高，维护量小等优点，是传统绕线异步机的更新换代产品。YRQ型绕线异步机简介（续1）绕线型异步机是一种转子开路式的交流感应电动机，和转子短路的鼠笼型异步机相比，绕线机可以通过转子来实现电机的起动、调速等控制，因此，避免了定子控制对电机主磁通产生影响，可以简单、经济地实现恒磁通的起动和调速。YRQ型绕线异步机简介（续2）例如，为了降低异步机的起动电流，而且还要增大起动转矩，则需要在保证主磁通不变的前提之下，一方面降低转子电流，同时还要提高转子的起动功率因数，这对于定子控制是及其困难的，甚至是无法实现的。然而对于绕线异步机，实现起来却极为容易，只需在转子回路串联一定的电阻即可，方法简单，效果显著，经济可靠。除此之外，绕线异步机的转子控制，在调速方面也同样具有较比鼠笼机简单、经济的优势。创新的YRQ型绕线异步机（续3）绕线型异步机的主要缺点存在于电刷和滑环，由于传统绕线机结构设计的缺陷，滑环电刷一直存在磨损量大，维护频繁等问题，因此，和鼠笼机相比可靠性较差。正因如此，鼠龙异步机便成为首选，而且绝大多数用户采用直接起动方法，结果产生5——8倍的起动冲击电流，给电机、电源和负载设备较为严重的不良影响。创新的YRQ型绕线异步机（续4）该产品是结合“屈氏集电器”发明专利技术而改进设计的新型绕线型异步机，由于屈氏集电器较好地解决了传统电机滑环电刷存在的根本性问题，因此本产品的可靠性显著提高。其中的电刷使用寿命可以达到3年以上，滑环寿命更可以达到20年，较比传统产品的电刷滑环，平均寿命提高10倍以上，电机的可靠性明显提高。创新的YRQ型绕线异步机（续5）和传统绕线机相比，本改进型的绕线异步机没有滑环电刷，转子和外部设备的联系是由单独的屈氏集电器完成的，电机与屈氏集电器的连接通过缓冲装置实现，因此，解决了滑环抖动打火和线速度高等两个根本性的可靠性问题。双馈型风力发电机滑环的改进意义随着新能源事业的迅猛发展，风力发电正在崛起。风力发电大多安装在高原、荒漠等环境恶劣之地，运行可靠性极为重要，双馈型发电机的滑环、电刷维护成本及其昂贵，如何降低维护率具有重要的意义。