Контактное кольцо
Токосъемное кольцо — это электромеханическое устройство, позволяющее передавать мощность и электрические сигналы от неподвижной конструкции к вращающейся. Токосъемное кольцо можно использовать в любой электромеханической системе, требующей вращения при передаче энергии или сигналов. Это может улучшить механические характеристики, упростить работу системы и устранить подверженные повреждениям провода, свисающие с подвижных соединений.
Эти кольца, также называемые вращающимися электрическими интерфейсами , вращающимися электрическими разъемами , коллекторами , вертлюгами или электрическими вращающимися соединениями , обычно встречаются в двигателях с контактными кольцами , электрических генераторах для систем переменного тока (AC) и генераторах переменного тока , а также в упаковочном оборудовании, кабельных катушках и ветроэнергетических установках . турбины . Их можно использовать на любом вращающемся объекте для передачи энергии, цепей управления или аналоговых или цифровых сигналов, включая данные , например, на аэродромных маяках , вращающихся резервуарах , экскаваторах , радиотелескопах , телеметрии системах , гелиостатах или колесах обозрения .
Токосъемное кольцо (с точки зрения электротехники ) — это метод создания электрического соединения посредством вращающегося узла. Формально это устройство электрической передачи, которое обеспечивает поток энергии между двумя электрическими вращающимися частями, например, в двигателе .
А - стационарные подпружиненные графитовые щетки,
Б – вращающееся стальное контактное кольцо,
С – изолированные соединения обмотки возбуждения генератора,
D – верхний конец вала генератора.
Состав
[ редактировать ]Обычно контактное кольцо состоит из неподвижного графитового или металлического контакта (щетки), который трётся о внешний диаметр вращающегося металлического кольца. Когда металлическое кольцо вращается, электрический ток или сигнал передается через неподвижную щетку к металлическому кольцу, обеспечивающему соединение. Дополнительные узлы колец/щеток устанавливаются вдоль оси вращения, если требуется более одной электрической цепи. Либо щетки , либо кольца неподвижны, а другой компонент вращается. [ 1 ] [ 2 ] Эта простая конструкция десятилетиями использовалась как элементарный метод подачи тока во вращающееся устройство.
Альтернативные названия и использование
[ редактировать ]Некоторые другие названия контактных колец: коллекторное кольцо, вращающийся электрический контакт и электрическое контактное кольцо. Некоторые люди также используют термин «переключатель» ; однако коммутаторы несколько отличаются и предназначены для использования в двигателях и генераторах постоянного тока. Хотя коммутаторы сегментированы, контактные кольца непрерывны, и эти термины не взаимозаменяемы. Вращающиеся трансформаторы часто используются вместо контактных колец в средах с высокой скоростью или низким коэффициентом трения. [ 3 ]
Токосъемное кольцо может использоваться внутри поворотного соединения для одновременной работы с устройством, обычно называемым поворотным соединением. Токосъемные кольца выполняют то же самое для электроэнергии и сигнализируют, что и вращающиеся соединения для жидких сред. Они часто интегрируются во вращающиеся соединения для передачи энергии и данных к вращающемуся оборудованию и обратно вместе со средой, которую обеспечивает вращающееся соединение. [ 4 ]
История
[ редактировать ]Основной принцип контактных колец восходит к концу 19 века, когда они первоначально использовались в первых электрических экспериментах и разработке электрических генераторов и двигателей. С приходом промышленной революции и ростом спроса на электроэнергию технология изготовления контактных колец начала развиваться. Они стали важными компонентами крупных электрических машин, таких как турбины и генераторы, позволяя передавать мощность и сигналы в машинах, часть которых должна вращаться непрерывно. [ 5 ]
Типы
[ редактировать ]
Контактные кольца изготавливаются различных типов и размеров; Например, одно устройство, предназначенное для освещения театральной сцены, имело 100 проводников. [ 6 ] Токосъемное кольцо позволяет неограниченное вращение подключенного объекта, в то время как провисший кабель можно скрутить лишь несколько раз, прежде чем он зацепится и ограничит вращение.
Контактные кольца, смоченные ртутью
[ редактировать ]Смачиваемые ртутью контактные кольца, известные своим низким сопротивлением и стабильным соединением, используют другой принцип, который заменяет контакт скользящей щетки на ванну жидкого металла, молекулярно связанную с контактами. [ 7 ] При вращении жидкий металл поддерживает электрическое соединение между неподвижными и вращающимися контактами. Однако использование ртути может создать проблемы безопасности при неправильном обращении, поскольку это токсичное вещество. Устройство контактных колец также ограничено по температуре, поскольку ртуть затвердевает примерно при -40 °C. [ 8 ]
Блинные контактные кольца
[ редактировать ]Блинное контактное кольцо [ 9 ] имеет проводники, расположенные на плоском диске в виде концентрических колец, центрированных на вращающемся валу. Эта конфигурация имеет больший вес и объем для тех же цепей, большую емкость и перекрестные помехи, больший износ щеток и легче собирает остатки износа на своей вертикальной оси. Однако блин предлагает меньшую осевую длину для количества контуров и поэтому может быть неприемлем в некоторых приложениях.
Беспроводные контактные кольца
[ редактировать ]Беспроводные контактные кольца не основаны на типичных методах контакта металла и угольной щетки, основанных на трении, которые использовались в контактных кольцах с момента их изобретения, например, описанных выше. Вместо этого они передают как мощность, так и данные по беспроводной сети через магнитное поле , которое создается катушками, расположенными во вращающемся приемнике и стационарном передатчике. [ 10 ] Беспроводные контактные кольца считаются модернизацией или альтернативой традиционным контактным кольцам, поскольку отсутствие в них стандартных механических вращающихся частей означает, что они, как правило, более устойчивы в суровых условиях эксплуатации и требуют меньшего обслуживания. Однако количество энергии, которая может передаваться между катушками, ограничено; обычно традиционное контактное кольцо контактного типа может передавать на порядки большую мощность в том же объеме.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ "Cobham plc :: Аэрокосмическая промышленность и безопасность, Аэрокосмические коммуникации, Аннемасс" . Кобхэм.com. 13 февраля 2011 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2013 г. Проверено 2 сентября 2011 г.
- ^ «Как работают контактные кольца» . Uea-inc.com . Проверено 2 сентября 2011 г.
- ^ «Глоссарий контактных колец» . ПитерЛапер . Проверено 24 января 2013 г.
- ^ «Определение контактного кольца» . Проверено 1 марта 2013 г.
- ^ «Американские пружины» .
- ^ Алан Хендриксон, Колин Бакхерст Механический дизайн для сцены Focal Press, 2008 г. ISBN 0-240-80631-X , страница 379 с изображением токосъёмников блинчатого и барабанного типа.
- ^ «меркотак» .
- ^ «Часто задаваемые вопросы о контактных кольцах» . Moog.com. 23 июня 2009 г. Проверено 2 сентября 2011 г.
- ^ Питер В. Фортескью, Джон Старк, Грэм Свинерд, системотехника космических кораблей, Джон Уайли и сыновья, 2003 г. ISBN 0-470-85102-3 стр. 521
- ^ «Токонные кольца | Как работает токосъемник • PowerbyProxi» . PowerbyProxi . Архивировано из оригинала 24 ноября 2016 г. Проверено 24 ноября 2016 г.