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導電滑環的幾個技術問題(Some Technical Issues about Electrical Slip Rings)

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導電滑環技術廣泛的應用于天文導航、光電跟蹤、光電測量、光電搜索和自動化機械等設備上。本文結合試驗和工程實際分析研究導電滑環的接觸電阻,絕緣性能以及抗干擾問題。

導電滑環將靜止設備上的各種信號傳輸給旋轉設備。其主要技術指標有接觸電阻、絕緣性能、抗干擾等性能。ont>

1.導電滑環的接觸電阻

如果導電滑環的接觸電阻大,電流通過時接觸處的溫度就會升高很多,甚至會引起刷絲和滑環的熔焊,同時接觸壓強增加,這些都會影響信息傳輸效果。因此接觸電阻越小越好。影響接觸電阻大小的因素有:接觸部分的材料、接觸面的接觸形式和接觸時的壓力。

2.接觸部分材料的選擇

導電滑環由滑環和刷絲兩個主要部分組成。其主要性能是:要求材料導電率高,導熱性能好,熔點高,電阻溫度系數小{具有抗氧化、抗硫化、抗腐蝕性氣體等特性};具有一定的硬度、耐磨性好等特點{抗熔焊性能好,耐電弧腐蝕和燒傷}。經過試驗,選用黃銅做導電滑環較好。刷絲可以選用金鎳絲,但金鎳絲價格昂貴 。通過對許多材料的性質比較發現,用鈹青銅(QBe2)做刷絲比較好。另外,還可選用黃銅,在其表面鍍一層鈀,可以滿足良好的導電性能,又有較好的防腐蝕的作用。

3.刷絲和滑環的接觸形式

刷絲和滑環的接觸形式有點接觸式和面接觸式。點接觸式的接觸電阻較小。由于接觸面積很小,能通過的電流也小,經過多次試驗,最大電流不能超過8安培。如果導電滑環要傳輸10安培以上的電流,就應該考慮采取面接觸式的。面接觸式的導電滑環需要徑向尺寸比較大,結構比較復雜,投資較大。一定要有足夠的空間位置方可使用。

4.刷絲對滑環的壓力

刷絲對滑環的壓力直接影響接觸電阻的大小,壓力越大接觸電阻越小。但是壓力的增大有一定的限度,如果超過限度會增加摩擦力矩,使接觸部分磨損很大。確定此壓力的大小很重要,這個壓力要能使刷絲很好地壓在滑環上,但又不至于影響滑環的轉動。實驗表明.此壓力在12 ~ l5克比較適宜。經過多次的試驗,導電滑環的接觸電阻最小可做到為0.03 ~ 0.05Ω。

5.導電滑環的絕緣性能

導電滑環的絕緣性能要好,環間絕緣電阻要大于10MΩ,耐壓1000V而不被擊穿,例行試驗后也應滿足絕緣要求。導電滑環由許多環組成,環間距離最小1.5mm為宜。這取決于能否加工出1.5mm的槽,更主要的是經過灌膠后能保證環間的絕緣強度。導電滑環的徑向尺寸大,灌膠容易,尺寸小灌膠難。導電滑環的絕緣強度主要取決于絕緣物質的材料和灌膠的工藝過程。用我們實驗的材料和灌膠的工藝過程,制造出的導電滑環環間絕緣電阻可達1000MΩ上,經過高低溫試驗后,絕緣電阻仍可達1000MΩ以上,耐壓1000V而不被擊穿。

6.導電滑環的抗干擾性

導電滑環傳輸幾十種不同的電信號,有高頻的交流電,有高電壓的交流電,有大電流的交流電,有弱小的直流小信號,由于導電滑環環間距離很近,各種信號在傳輸過程中互相產生干擾.各種干擾嚴重地影響了信息傳輸的精度。信號傳輸過程中產生的干擾有靜電感應耦合,磁場感應耦合和電磁場感應耦合。

6.1:靜電感應耦合引起的干擾 此種干擾是由于導線之間的電容及環與環之間的分布電容引起的,產生的靜電感應電壓與干擾源的頻率和上述兩種電容的大小有關。當干擾源是高電壓、小電流時,主要是電干擾,可采用電場屏蔽來減少該干擾。具體可在干擾導體外加屏蔽,使屏蔽一端接地。

6.2:磁場感應耦合產生的干擾 因為導電滑環的導線距離很近,環與環距離也很近。當有交流電通過時,互感作用使鄰近的導線和環中產生互感電壓.既干擾電壓。當干擾源是低電壓、大電流時,磁干擾應采用磁場屏蔽。磁場屏蔽主要抑制磁場的耦合干擾,低頻磁場的屏蔽常采用高磁導率的鐵磁材料。高頻磁場的屏蔽可采用低電阻率的良導體材料,且在屏蔽導體的兩端同時接地。

6.3:電磁場干擾/電場與磁場的混合干擾 當干擾源電壓較高,頻率較高時,易采用電磁屏蔽,可甩導電材料做屏蔽,這樣可以對電干擾和磁干擾同時起到屏蔽的作用。“無干擾信息傳輸裝置” 就是采用導電材料來做導電滑環的屏蔽。我們將通過能產生干擾源的信號的環用屏蔽環加以屏蔽。同時將通過怕干擾的小信號的環也用屏蔽環屏蔽起來,滑環的輸出導線用屏蔽導線,刷架的輸入導線也用屏蔽導線,且把所有的屏蔽線分別通過刷架和地相接。采用加裝屏蔽的形式來減少干擾,結構較復雜,體積大,在空間允許的情況下應盡量在主要產生干擾源的環的上下加裝屏蔽環。

6.4:電流電壓突變引起干擾 輸入信號在輸入線的開關過程中,因電流電壓突變,引起干擾。要減少此種干擾可在開關附近加裝濾波器,盡量減少干擾電壓進入滑環的引線。

6.5:電流電壓值波動產生干擾 當傳輸大電流或大電壓時,因電流電壓值有±lO的波動,在導線中形成突波,從而產生干擾。突波引起的干擾可采用突渡抑制器來減少。

采取上述措施,均可以減少導電滑環間的電磁干擾。 

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