主题发言

陕西旋星电子科技有限公司总经理罗应显:电磁兼容与非接触变桨滑环技术

2020-12-14    东方风力发电网


    罗应显:尊敬的各位领导,朋友们,大家上午好!

    我给大家介绍我们的产品——变桨滑环。

    首先介绍我们单位,我们是属于航空工业下面的事业部,一直以来主要是做军工方面的滑环产品,比如说5G装备、北斗导航等。当然在民用里面,我们也在逐渐涉猎,比如说工程机械、自动化的设备。

    (PPT图示)这是我们单位的基本情况,我们IEC国际标准有11项。

    产品布局围绕综合互联,从天波的天线一直到整个连接的系统,还有潜艇、航空母舰的高频电缆,我们也在生产。

    客户大多数都是军工客户。

    民用里面,从2015年开始做一些民用的市场,在风电方面也和主机厂家、业主合作。

    (PPT图示)这是取得的一些资质。

    (PPT图示)这是我们的一些实验室,有3个实验室,也是具备了CMA认证的实验是,也有可靠性的实验室,还有微波的实验室。

    接下来介绍我们所做的这产品。

    风电对可靠性的要求很高,而且年限也要求增加,那可靠性也有不同的维度,比如说寿命,变桨滑环轴承是旋转的,它是有寿命的,我们希望在整个生命周期以内,故障率比较低,寿命可能就10年,但是在这十年内不希望它频繁出现故障,增加运维成本。

    局统计,在风电机组故障记录中,颁奖通讯故障率的频率很高。

    我们原来考虑的方案是,能不能增加摩擦片的耐磨性,但无论怎么做,它总是磨损的。比如德国的产品做得挺好的,但是在中国市场上的应用来看,它到了3年或者是4年的时候,维护的频次比较多,而且对于运维的环境也有所要求,在机舱里有灰尘或者是不干净环境下,对产品是有害的,可能需要比较好的空间来做,这也增加了现场运维的难度。

    整个机舱里面,电池干扰的情况,一是线传导所导致的干扰,二是空间辐射干扰,三是接地干扰。

    变桨滑环是连接轮毂和机舱关键的耦合器件,虽然机舱柜做得很好,但是随着年限的使用,也是有所影响。滑环在最中间,会把变桨的信号传到两着之间进行通讯,无论机舱还是轮毂,做得再好,如果滑环环节出现问题,系统可靠性也会降低。

    我的刷和环在进行摩擦的过程中,微观条件不断放电,这会产生电阻,也会有一些微光的火花,会产生脉冲,电流分布的时候也会产生收缩,那收缩的时候会产生一些电阻,这个收缩电阻是动态的变化,因为它在旋转,那就不断产生电压,电流也就会变化,所以会产生电磁干扰的分量,产生的频率不高,但是我们的分析,大部分是处于低频的干扰,那在滑环产生的干扰又很难辐射出去。

    大部分的变桨滑环外壳都是金属的,外面的干扰进不去,里面的干扰也出不来。

    (PPT图示)从这里可以看到,前端做得很好,后端也做得很好,但是这里面会产生干扰,同时会把干扰耦合到通信里面,这里面的干扰也出不来,因为外壳是金属的外壳,分频的频率也不够高,出不来,所以总有一个时刻会耦合上去。

    这是我们做的仿真,随着频率的增加,随着时间的增加,回波损耗,一个信号过去,就被反射出来,有的被耦合进去,所以就会有损耗。

    (PPT图示)这是我们用模型来仿真,看里面的信号如何衰减,引起它的耦合,这主要是干扰的理论在里面。

    我们的机舱里面也做了实验,比如说电机,或者是偏航电机,我们可以分析出里面的频谱大概是什么样的范围。

    (PPT图示)这是机舱实际干扰测量的情况,通信信号经过变桨滑环后的波形,受到不同的幅度毛刺的干扰。

    综合我们的研发,通讯数据分析仪器,发现在毛刺处的数据包多数情况下丢失,通信底层会在10ms或20ms内进行多次数据包重发,若毛刺过于密集将导致通信自动重传超时,报出通讯故障。

    基于刚才的分析,怎么来解决这样的问题,能够有效把干扰在变桨滑环内部解决掉?我们就提出了能不能用非接触的形式来做。

    非接触也有很多种形式,比如无线传输,但是无线传输还是存在一个问题,比如说轮毂里面的振动信号,传到机舱里面有一个接收模块来接收,那时间就会比较长一些。

    我们用的是非接触激光滑环,现在的激光雷达可以测风,我们用来通讯,我们在激光器的前面增加一个透镜,把光变成光斑,我们利用的是光通量,机舱和轮毂的数据量也不太高,我们不需要能量很集中,所以把它变成光斑,它对振动并不敏感,对装配的轴承和装备的工艺也不敏感,比较关键的是抗干扰的技术,比如说DP信号过来之后,是用FPGA来进行解码,这样的话速度会很快,一般的解码是串行的,但是这里我们可以做到并行处理。

    目前,这个方案在后市场和前端主机装了接近4千台,运行还是比较可靠的。

    我们的产品和原来的变桨滑环产品接口一样,只是内制了,里面所有的转换出来还是电接口,它不改变原来线路的接口。这是200纳秒,我们提高了速度,整个处理过程可以做到100纳秒以内。

    (PPT图示)这些是我们做的试验。

    目前业主端的很多主机都可以进行改造,或者是把它当成备件,主流的机型都成功的做过。

    变桨滑环,我们改变了它的传输方式,有效解决由滑环比较引起的故障,整个风机的通讯故障有很多点构成,滑环只是其中一个点,比如变桨部分、机舱部分,我们还做不了,我们仅限于滑环部分,如何降低它的故障率,提高它的可靠性,我们做的是这方面的工作。

    谢谢大家!    (内容来自现场速记,未经本人审核)