一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构的制作方法

本技术涉及半直驱风力发电机组永磁同步发电机的，尤其是指一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构。

背景技术：

1、近年来，风电行业以其清洁、高效、低碳的特点获得了飞速发展。凭借着高效、高可靠性和高功率密度等优点，以永磁同步发电机为核心的风力发电系统已成为主流，其中半直驱式永磁同步发电机因其体积较小，利于维护和成本低等特点，也得到越来越多的关注。

2、在风力发电机组的使用过程中，人们发现由轴电流问题引起的发电机轴承失效故障占比很高，极大地增加了能源使用的成本。对于轴电流问题形成的原因已经有较多的分析，并提出了一些解决或抑制轴电流的方法，常见的抑制轴电流的方式包括：安装滤波器；改变电机杂散电容参数(静电屏蔽法)；安装磁环；接地；使用绝缘轴承或绝缘端盖等。但是，以上研究大多停留在理论分析和仿真计算，绝缘轴承和绝缘端盖等方案成本高，技改周期长，也并不适用于运维环境复杂的风电行业。

3、轴电流问题一直是困扰风力发电机轴承故障的一个难点，通常认为轴电流有两种形式：非环路电流和环路电流。

4、一、非环路电流：

5、1、阻性电流：电机在静止或是极低转速下运行，润滑油膜没有形成，滚珠与滚道直接接触，轴承表现为纯阻性，等效电阻为rb，或者轴承润滑油中含有碎屑颗粒也会导致阻性电流，此时虽有电流通过但是对轴承基本没有损害。

6、2、dv/dt电流：当pwm逆变器输入高频共模电压时，由于电机本身的耦合现象，使定子绕组和轴承之间形成了电压耦合通路，从而产生dv/dt电流，电机在高速状态下运行，形成稳定的油膜，轴承表现为纯容性，等效电容为cb。该电流经过cb流向参考地，当内外滚道电势差未超过油膜击穿的阈值，电容充放电的过程不会对轴承产生损害。

7、3、edm电流：当轴承在纯容性状态下运行，内外滚道电势差超过绝缘油膜击穿的阈值，就会发生击穿放电。edm电流是幅值很高的脉冲电流，具有很大的破坏性，流过轴承的edm电流会在轴承接触区域产生很大的电流密度。电容反复充放电，轴承电气特性就在容性和阻性之间不停转换，对轴承产生很大损坏。

8、二、环路电流：

9、环路电流的流通路径为：电机的旋转主轴-轴承-电机机壳-轴承-主轴。

10、在现有的发电机轴电流抑制方法中，安装接地碳刷是最为常用、成本低廉的方案。其基本原理在于将轴电流导入大地。其结构形式如图1所示，图中01为机壳、02为定子、03为接地碳刷、04为碳刷支架、05为转子、06为转子支架、07为转子法兰、08为联轴器、09为轴承、010为转轴、011为接地线。实际上，风力发电机组运行工况复杂，发电机外壳并非理论分析的那样是真正的“接地点”。因此，经过分析发电机转子接地后的实际情况为：转子的轴电压在转子支架-法兰-联轴器-接地线/接地支架-发电机外壳-轴承座-轴承-空心轴-法兰之间的回路上形成回路电流，电流路径如图2所示，形成的环流经过轴承也会对轴承造成损害。

11、在现有的研究中，无法明确哪种类型的电流在风力发电机组中作用更显著，对轴承造成的伤害更大。为了减小轴电流给轴承带来的损害，延长轴承的使用寿命，本专利以半直驱风力发电机组为研究对象，从环流角度提出了一种低成本的轴电流抑制结构，可以在一定程度上抑制早期轴承振动，对轴承的磨损起到一定抑制作用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种低成本、操作简单、可靠的半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构，可以在一定程度上延缓轴承的损坏，延长轴承的使用寿命。

2、为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构，包括绝缘纸和接地电阻，其中，所述绝缘纸夹垫在发电机的接地碳刷和碳刷支架之间，并采用绝缘螺栓连接固定，使轴电流无法通过发电机的机壳达到轴承位置，所述接地电阻串联在发电机的接地线回路中，用以消耗回路环流。

3、进一步，所述绝缘纸为青壳纸。

4、进一步，所述接地电阻的阻值为10欧姆。

5、本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

6、1、通过在碳刷支架回路增加绝缘纸，可有效地阻断其中一路的轴电流回路，使轴电流无法通过机壳达到轴承位置。

7、2、通过对接地线回路串联接地电阻，可以将回路的环流降低，延缓轴承损坏进程。

8、3、本轴电流抑制结构成本低，操作简单，可操作性强；适合作业环境复杂的风电行业，对降低风力发电机组的维护成本做出了一定贡献。

9、4、经过实际验证，本轴电流抑制结构对轴承的早期损害可以减缓，虽不能彻底解决轴电流问题，但可以在一定程度上延缓轴承的损坏，延长轴承的使用寿命。

技术特征：

1.一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构，其特征在于：包括绝缘纸(1)和接地电阻(2)，其中，所述绝缘纸(1)夹垫在发电机的接地碳刷(3)和碳刷支架(4)之间，并采用绝缘螺栓连接固定，使轴电流无法通过发电机的机壳(5)达到轴承位置，所述接地电阻(2)串联在发电机的接地线(6)回路中，用以消耗回路环流。

2.根据权利要求1所述的一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构，其特征在于，所述绝缘纸(1)为青壳纸。

3.根据权利要求1所述的一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构，其特征在于，所述接地电阻(2)的阻值为10欧姆。

技术总结
本技术公开了一种半直驱风力发电机组永磁同步发电机轴电流抑制结构，包括绝缘纸和接地电阻，其中，所述绝缘纸夹垫在发电机的接地碳刷和碳刷支架之间，并采用绝缘螺栓连接固定，使轴电流无法通过发电机的机壳达到轴承位置，所述接地电阻串联在发电机的接地线回路中，用以消耗回路环流。本技术可以在一定程度上延缓轴承的损坏，延长轴承的使用寿命。

技术研发人员：张艳影
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：20230420
技术公布日：2024/1/15