Контактные кольца, также называемые поворотными электрическими соединениями, электрическими вертлюгами и коллекторными кольцами, представляют собой устройства, которые могут передавать энергию, электрические сигналы или данные между неподвижным и вращающимся компонентами. Конструкция контактного кольца будет зависеть от его применения — например, для передачи данных требуется контактное кольцо с более высокой пропускной способностью и лучшим подавлением электромагнитных помех, чем для передачи энергии, — но основными компонентами являются вращающееся кольцо и неподвижные щетки.
Если вращение одного компонента требует фиксированного числа оборотов, возможно, удастся использовать катушки с достаточной длиной кабеля и скоростью вращения, чтобы обеспечить требуемые обороты, хотя управление кабелем в такой установке может быть довольно сложным. Но если один компонент вращается непрерывно, использование кабелей для передачи сигналов между вращающимся и неподвижным компонентами во многих случаях нецелесообразно и ненадежно.
В варианте асинхронного двигателя переменного тока, называемом двигатель с обмотанным ротором Токосъемные кольца используются не для передачи мощности, а для создания сопротивления в обмотках ротора. В двигателях с обмотанным ротором используются три токосъемных кольца, обычно изготовленных из меди или медного сплава, которые крепятся к валу двигателя (но изолированы от него). Каждое контактное кольцо подключено к одной из трех фаз обмоток ротора. Графитовые щетки контактного кольца подключены к резистивному устройству, такому как реостат. Поскольку контактные кольца вращаются вместе с ротором, щетки поддерживают постоянный контакт с кольцами и передают сопротивление обмоткам ротора.
Добавление сопротивления к обмоткам ротора приводит к тому, что ток ротора становится более синфазным с током статора. (Напомним, что двигатели с обмотанным ротором относятся к типу асинхронных двигателей, в которых электрические поля ротора и статора вращаются с разной скоростью) В результате достигается более высокий крутящий момент при относительно низком токе. Однако контактные кольца используются только при запуске из-за их более низкой эффективности и снижения крутящего момента на полной скорости. Когда двигатель достигает своей рабочей частоты вращения, контактные кольца замыкаются накоротко, а щетки теряют контакт, поэтому двигатель работает как стандартный асинхронный двигатель переменного тока (он же “короткозамкнутый”).
Возможно, вы заметили, что конструкция и функции контактного кольца очень похожи на конструкцию коллектора. Несмотря на то, что между ними есть сходство, между контактными кольцами и коллекторами существуют существенные различия. Физически контактное кольцо представляет собой сплошное кольцо, в то время как коллектор сегментирован. Функционально контактные кольца обеспечивают непрерывную передачу мощности, сигналов или данных. В частности, в двигателях переменного тока они передают сопротивление обмоткам ротора.
Коллекторы, с другой стороны, используются в двигателях постоянного тока для изменения полярности тока в обмотках якоря. Концы каждой катушки якоря соединены с коллекторными шинами, расположенными на расстоянии 180 градусов друг от друга. Когда якорь вращается, щетки подают ток на противоположные сегменты коллектора и, следовательно, на противоположные катушки якоря.
Контактные кольца используются практически в любом оборудовании, включающем вращающееся основание или платформу, — от промышленного оборудования, такого как индексные столы, намотчики и автоматизированные сварочные аппараты, до ветряных турбин, медицинских томографов (КТ, МРТ) и даже аттракционов в парках развлечений, которые работают как поворотные столы. Хотя традиционным применением контактных колец была передача энергии, они также могут передавать аналоговые и цифровые сигналы от таких устройств, как датчики температуры или тензометрические датчики, и даже данные по Ethernet или другим шинным сетям.
Автор изображения: Rotary Systems Inc.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии