劉文科 鄭傳榮 趙克俊 張瑞玨

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 合肥 230088)

0 引言

匯流環(huán)，也稱滑環(huán)，是實現(xiàn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的電能和信號穩(wěn)定可靠連接的精密裝置［1］。在匯流環(huán)運行過程中，其性能的好壞將直接影響其工作穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命，進(jìn)而影響雷達(dá)總體的工作性能。對匯流環(huán)進(jìn)行性能參數(shù)的檢測能夠有效地了解和掌握匯流環(huán)的性能，及時發(fā)現(xiàn)問題，并解決問題。

本文對某型號雷達(dá)匯流環(huán)的主要電性能參數(shù)進(jìn)行了實際測試，對測試的結(jié)果進(jìn)行了原因分析，提出了相應(yīng)的解決措施，對今后類似產(chǎn)品的問題分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。

1 主要性能參數(shù)測試

1．1 接觸電阻測試

電刷與導(dǎo)電環(huán)接觸部位之間的電阻稱為接觸電阻。接觸電阻的大小及變化是衡量匯流環(huán)質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。一般來說，接觸電阻越小，接觸性能越好。過大的接觸電阻會使接觸部位溫度升高，導(dǎo)致接觸件表面氧化加快，從而降低壽命。接觸電阻的變化直接影響匯流環(huán)信號傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，甚至出現(xiàn)故障失效［3，4］。

接觸電阻采用智能高精度微電阻測試儀進(jìn)行測量。測試方法為:匯流環(huán)在試驗臺上以一定的速度轉(zhuǎn)動，將被測的兩相鄰?fù)ǖ赖膶?dǎo)電環(huán)引線串聯(lián)，微電阻測試儀兩接線端分別連接這兩個通道的電刷引線，獲得相串聯(lián)的兩個通道的動態(tài)接觸電阻變化值，將該值除以2 即為單個通道的動態(tài)接觸電阻變化值。

1．2 絕緣電阻測試

絕緣電阻是指通道之間以及各通道與地之間的泄露電阻。

絕緣電阻采用兆歐表測量。其測試方法為:匯流環(huán)在試驗臺上以一定的速度轉(zhuǎn)動，將電刷引線隔離放置，用兆歐表兩端分別接匯流環(huán)外殼和被測通道的導(dǎo)電環(huán)引線，可測得該通道對地的絕緣電阻;同理，將兆歐表兩端分別接兩個相鄰?fù)ǖ赖膶?dǎo)電環(huán)引線，則可測得相鄰?fù)ǖ篱g的絕緣電阻。

1．3 電介質(zhì)強度測試

電介質(zhì)強度是指在導(dǎo)電環(huán)兩個相鄰電路之間加上一定的直流或50Hz 交流電壓，其最薄弱點所能承受的電位擊穿的能力。當(dāng)電路發(fā)生電弧放電或漏電電流超過限定值，則認(rèn)為失效。

電介質(zhì)強度與材料的絕緣介質(zhì)性能有關(guān)，反映了承受高電位擊穿的能力。試驗采用耐壓測試儀對匯流環(huán)各通道進(jìn)行測試。具體方法為:將耐壓測試儀的兩端接到匯流環(huán)的被測通道上，施加規(guī)定的電壓值并保持1min，若未發(fā)生飛弧或擊穿，則說明符合要求，否則表明不合格。

2 測試結(jié)果與分析

2．1 接觸電阻測試結(jié)果與分析

為保證環(huán)路導(dǎo)電傳輸?shù)姆€(wěn)定性，匯流環(huán)各個通道的動態(tài)接觸電阻變化值要求不超過10mΩ。試驗匯流環(huán)測試得到的數(shù)據(jù)如表1所示。

設(shè)計意圖 同理，利用步驟化呈現(xiàn)方式對圖形進(jìn)行移動.通過移動可以看到，移動后的圖形6④與第二步代數(shù)式的意義相同：c2等于大正方形的面積減去兩個長方形的面積.移動后可以得到兩個正方形，它們的邊長分別為a和b，面積分別對應(yīng)為a2和b2.原圖與移動后的圖形中四個三角形的面積是相等的，除了三角形面積之外，剩下的正方形面積是什么關(guān)系呢？通過構(gòu)造這兩個正方形，得出c2與a2、b2之間的關(guān)系.為了避免產(chǎn)生干擾，同樣可以刪除多余信息，得出c2=a2+b2.圖形展示完后，再讓學(xué)生觀看圖6⑥，讓學(xué)生感受它們之間的關(guān)系.

表1 匯流環(huán)各通道動態(tài)接觸電阻變化實測值

從表1 中可以看出，3、4 號通道的動態(tài)接觸電阻變化值偏大，達(dá)到34mΩ，已超過指標(biāo)要求。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的可能原因主要有:電刷與導(dǎo)電環(huán)之間的接觸不好，接觸壓力不夠，造成虛接觸;導(dǎo)電環(huán)表面覆蓋了一層導(dǎo)電性差的金屬氧化膜，導(dǎo)致接觸電阻增加;由于加工或安裝的原因，使電刷或?qū)щ姯h(huán)有輕微變形。

經(jīng)過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)電環(huán)表面已沉積了一層氧化膜，造成了通道動態(tài)接觸電阻變化值偏大。對導(dǎo)電環(huán)接觸表面進(jìn)行砂紙打磨并用無水乙醇清洗后測試，動態(tài)接觸電阻變化值減小為4mΩ，達(dá)到指標(biāo)要求。

總的來說，接觸電阻變化值會受到接觸材料、接觸形式和表面狀態(tài)、機械狀態(tài)等多種因素的影響。降低接觸電阻變化值的有效途徑主要有:

(1)采用綜合性能優(yōu)良的接觸材料，包括良好的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性等。滑環(huán)最常用的材料為銅合金，并在表面鍍銀等貴金屬;電刷的材料較多，有銅合金、石墨、銅-石墨、銀-石墨以及貴金屬合金等［5］;

(2)采用適當(dāng)?shù)慕佑|壓力。理論及實踐證明，接觸壓力對接觸電阻變化值具有重要影響。接觸壓力越大，接觸電阻變化值越小。但當(dāng)接觸壓力過大時，會導(dǎo)致接觸面的摩擦力增大，電刷和導(dǎo)電環(huán)的磨損加劇，使用壽命縮短［6］。

(3)增加接觸元件間的有效接觸面積。在足夠的壓力下，電刷和導(dǎo)電環(huán)應(yīng)選用面接觸形式。對于塊狀電刷，在設(shè)計加工過程中，與導(dǎo)電環(huán)接觸的面通常被設(shè)計加工成凹面形狀，與導(dǎo)電環(huán)的曲率半徑大致相等;對于刷絲，導(dǎo)電環(huán)則設(shè)計成V 型槽。安裝完成后，匯流環(huán)進(jìn)行一定時間的跑合試驗，盡量使電刷與導(dǎo)電環(huán)之間的有效接觸面積達(dá)到最大。

2．2 絕緣電阻測試結(jié)果與分析

對于一般的匯流環(huán)，在相對濕度為60%、直流高壓為500V 時，最小絕緣電阻達(dá)到100MΩ，基本符合要求。測試所用的匯流環(huán)要求的絕緣電阻更高，通道之間以及各通道與地之間的絕緣電阻均不低于500MΩ。

表2所示為試驗測得匯流環(huán)各個通道對地的絕緣電阻數(shù)值。

表2 匯流環(huán)各通道對地的絕緣電阻測試值

從表2 中可以看出，3 號通道對地絕緣電阻數(shù)值為0，表明發(fā)生短路。其余通道對地絕緣電阻數(shù)值不低于500MΩ，滿足指標(biāo)要求。

表3所示為實驗測得匯流環(huán)相鄰?fù)ǖ乐g的絕緣電阻數(shù)值。

表3 匯流環(huán)相鄰?fù)ǖ乐g的絕緣電阻測試值

從表3 中可以看出，3-4 號通道間的絕緣電阻偏小，僅為200MΩ 左右;而7-8 號通道間發(fā)生短路;其余通道間的絕緣電阻均不低于500MΩ，滿足指標(biāo)要求。

造成絕緣電阻數(shù)值偏小的原因可能是:環(huán)境中空氣濕度大，造成材料上有潮氣凝聚，使絕緣電阻數(shù)值降低;加工過程材料有裂紋、氣泡，這些裂紋、氣泡在匯流環(huán)安裝或使用過程中進(jìn)入水氣或其他導(dǎo)電介質(zhì)，導(dǎo)致絕緣電阻數(shù)值下降。

通道間發(fā)生短路的原因主要有:兩個導(dǎo)電環(huán)之間存在有導(dǎo)電介質(zhì);其中某一環(huán)引線破皮，與另一環(huán)接觸;在裝配過程中兩導(dǎo)電環(huán)有部分粘連在一起。

經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，由于電刷和導(dǎo)電環(huán)接觸磨損，形成了較多的刷粉聚集在6 和7 通道附近區(qū)域，導(dǎo)致短路［7-8］。采用無水乙醇對該區(qū)域仔細(xì)清潔后再進(jìn)行測試，絕緣電阻數(shù)值達(dá)到要求。

通常來說，絕緣電阻主要取決于絕緣材料的性能和相鄰電路的間距。因此，可用以下方法增大絕緣電阻:

(1)采用絕緣性能較好的材料進(jìn)行絕緣隔離，要求材料的尺寸穩(wěn)定性好、吸濕性低，常用的絕緣環(huán)材料有環(huán)氧玻璃布板、聚四氟乙烯等。

(2)增加兩相鄰環(huán)路的絕緣距離，在尺寸允許的情況下，盡量增大導(dǎo)電環(huán)之間或?qū)щ姯h(huán)和電刷之間的絕緣距離，提高絕緣性能。

(3)電刷和導(dǎo)電環(huán)接觸區(qū)域的落粉應(yīng)定期進(jìn)行清理，防止在導(dǎo)電環(huán)之間形成粘連造成絕緣電阻減小甚至發(fā)生短路。

2．3 耐壓測試結(jié)果與分析

對于一般匯流環(huán)，耐壓數(shù)值在500V-1000V 左右即為滿足要求［9］。本試驗匯流環(huán)的指標(biāo)要求為不低于500V。對匯流環(huán)各個通道施加500V 試驗電壓進(jìn)行測試，得到的耐壓測試結(jié)果如表4所示。

表4 匯流環(huán)各通道耐壓測試

從表中可以看到，各個通道的耐壓測試結(jié)果均顯示合格，證明匯流環(huán)的電介質(zhì)強度性能指標(biāo)滿足要求。

3 結(jié)束語

接觸電阻、絕緣電阻和電介質(zhì)強度是匯流環(huán)最常用的電性能參數(shù)，其數(shù)值的好壞直接反映了匯流環(huán)的電性能指標(biāo)是否滿足要求。定期對匯流環(huán)進(jìn)行性能參數(shù)測試，有利于及時發(fā)現(xiàn)存在的問題。通過對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，找到不合格數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原因并給出對應(yīng)的解決措施，從而確保匯流環(huán)穩(wěn)定可靠地工作。

［1］平麗浩，黃普慶，張潤逵等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1994.

［2］吳鳳高.天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.西安:西北電訊工程學(xué)院出版社，1986.

［3］李坤芝.導(dǎo)電滑環(huán)技術(shù)研究［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，1994，(5):56-58.

［4］許軍，李坤.電接觸的接觸電阻研究［J］.電工材料，2011，(1):10-13.

［5］薛萍，陳少兵，劉麗.電滑環(huán)中的導(dǎo)電環(huán)和電刷［J］.光纖與光纜及其應(yīng)用技術(shù)，2012，(1):11-13.

［6］張武.匯流環(huán)接觸問題分析［J］.火控雷達(dá)技術(shù)，2009，38(3):78-82.

［7］李明元.CINRAD-CD 雷達(dá)匯流環(huán)故障分析與排除［J］.貴州氣象，2010，34(3):39-40.

［8］李超，朱涵一.功率匯流環(huán)的設(shè)計及應(yīng)用［J］.電子機械工程，2005，21(5):41-43.

［9］李雨明，張宜川，潘全亮.電介質(zhì)強度及其測試［J］.中國醫(yī)療器械雜志，2007，31(4):54-56.