某雷达汇流环主要电性能参数分析

刘文科 郑传荣 赵克俊 张瑞珏

(中国电子科技集团公司第三十八研究所 合肥 230088)

0 引言

汇流环，也称滑环，是实现设备旋转部分与固定部分之间的电能和信号稳定可靠连接的精密装置［1］。在汇流环运行过程中，其性能的好坏将直接影响其工作稳定性、可靠性和使用寿命，进而影响雷达总体的工作性能。对汇流环进行性能参数的检测能够有效地了解和掌握汇流环的性能，及时发现问题，并解决问题。

本文对某型号雷达汇流环的主要电性能参数进行了实际测试，对测试的结果进行了原因分析，提出了相应的解决措施，对今后类似产品的问题分析和结构设计提供参考依据。

1 主要性能参数测试

1．1 接触电阻测试

电刷与导电环接触部位之间的电阻称为接触电阻。接触电阻的大小及变化是衡量汇流环质量好坏的重要指标。一般来说，接触电阻越小，接触性能越好。过大的接触电阻会使接触部位温度升高，导致接触件表面氧化加快，从而降低寿命。接触电阻的变化直接影响汇流环信号传输的可靠性和稳定性，甚至出现故障失效［3，4］。

接触电阻采用智能高精度微电阻测试仪进行测量。测试方法为:汇流环在试验台上以一定的速度转动，将被测的两相邻通道的导电环引线串联，微电阻测试仪两接线端分别连接这两个通道的电刷引线，获得相串联的两个通道的动态接触电阻变化值，将该值除以2 即为单个通道的动态接触电阻变化值。

1．2 绝缘电阻测试

绝缘电阻是指通道之间以及各通道与地之间的泄露电阻。

绝缘电阻采用兆欧表测量。其测试方法为:汇流环在试验台上以一定的速度转动，将电刷引线隔离放置，用兆欧表两端分别接汇流环外壳和被测通道的导电环引线，可测得该通道对地的绝缘电阻;同理，将兆欧表两端分别接两个相邻通道的导电环引线，则可测得相邻通道间的绝缘电阻。

1．3 电介质强度测试

电介质强度是指在导电环两个相邻电路之间加上一定的直流或50Hz 交流电压，其最薄弱点所能承受的电位击穿的能力。当电路发生电弧放电或漏电电流超过限定值，则认为失效。

电介质强度与材料的绝缘介质性能有关，反映了承受高电位击穿的能力。试验采用耐压测试仪对汇流环各通道进行测试。具体方法为:将耐压测试仪的两端接到汇流环的被测通道上，施加规定的电压值并保持1min，若未发生飞弧或击穿，则说明符合要求，否则表明不合格。

2 测试结果与分析

2．1 接触电阻测试结果与分析

为保证环路导电传输的稳定性，汇流环各个通道的动态接触电阻变化值要求不超过10mΩ。试验汇流环测试得到的数据如表1所示。

设计意图 同理，利用步骤化呈现方式对图形进行移动.通过移动可以看到，移动后的图形6④与第二步代数式的意义相同：c2等于大正方形的面积减去两个长方形的面积.移动后可以得到两个正方形，它们的边长分别为a和b，面积分别对应为a2和b2.原图与移动后的图形中四个三角形的面积是相等的，除了三角形面积之外，剩下的正方形面积是什么关系呢？通过构造这两个正方形，得出c2与a2、b2之间的关系.为了避免产生干扰，同样可以删除多余信息，得出c2=a2+b2.图形展示完后，再让学生观看图6⑥，让学生感受它们之间的关系.

表1 汇流环各通道动态接触电阻变化实测值

从表1 中可以看出，3、4 号通道的动态接触电阻变化值偏大，达到34mΩ，已超过指标要求。这种现象出现的可能原因主要有:电刷与导电环之间的接触不好，接触压力不够，造成虚接触;导电环表面覆盖了一层导电性差的金属氧化膜，导致接触电阻增加;由于加工或安装的原因，使电刷或导电环有轻微变形。

经过仔细检查发现，在导电环表面已沉积了一层氧化膜，造成了通道动态接触电阻变化值偏大。对导电环接触表面进行砂纸打磨并用无水乙醇清洗后测试，动态接触电阻变化值减小为4mΩ，达到指标要求。

总的来说，接触电阻变化值会受到接触材料、接触形式和表面状态、机械状态等多种因素的影响。降低接触电阻变化值的有效途径主要有:

(1)采用综合性能优良的接触材料，包括良好的导电性、化学稳定性、耐磨性等。滑环最常用的材料为铜合金，并在表面镀银等贵金属;电刷的材料较多，有铜合金、石墨、铜-石墨、银-石墨以及贵金属合金等［5］;

(2)采用适当的接触压力。理论及实践证明，接触压力对接触电阻变化值具有重要影响。接触压力越大，接触电阻变化值越小。但当接触压力过大时，会导致接触面的摩擦力增大，电刷和导电环的磨损加剧，使用寿命缩短［6］。

(3)增加接触元件间的有效接触面积。在足够的压力下，电刷和导电环应选用面接触形式。对于块状电刷，在设计加工过程中，与导电环接触的面通常被设计加工成凹面形状，与导电环的曲率半径大致相等;对于刷丝，导电环则设计成V 型槽。安装完成后，汇流环进行一定时间的跑合试验，尽量使电刷与导电环之间的有效接触面积达到最大。

2．2 绝缘电阻测试结果与分析

对于一般的汇流环，在相对湿度为60%、直流高压为500V 时，最小绝缘电阻达到100MΩ，基本符合要求。测试所用的汇流环要求的绝缘电阻更高，通道之间以及各通道与地之间的绝缘电阻均不低于500MΩ。

表2所示为试验测得汇流环各个通道对地的绝缘电阻数值。

表2 汇流环各通道对地的绝缘电阻测试值

从表2 中可以看出，3 号通道对地绝缘电阻数值为0，表明发生短路。其余通道对地绝缘电阻数值不低于500MΩ，满足指标要求。

表3所示为实验测得汇流环相邻通道之间的绝缘电阻数值。

表3 汇流环相邻通道之间的绝缘电阻测试值

从表3 中可以看出，3-4 号通道间的绝缘电阻偏小，仅为200MΩ 左右;而7-8 号通道间发生短路;其余通道间的绝缘电阻均不低于500MΩ，满足指标要求。

造成绝缘电阻数值偏小的原因可能是:环境中空气湿度大，造成材料上有潮气凝聚，使绝缘电阻数值降低;加工过程材料有裂纹、气泡，这些裂纹、气泡在汇流环安装或使用过程中进入水气或其他导电介质，导致绝缘电阻数值下降。

通道间发生短路的原因主要有:两个导电环之间存在有导电介质;其中某一环引线破皮，与另一环接触;在装配过程中两导电环有部分粘连在一起。

经过排查发现，由于电刷和导电环接触磨损，形成了较多的刷粉聚集在6 和7 通道附近区域，导致短路［7-8］。采用无水乙醇对该区域仔细清洁后再进行测试，绝缘电阻数值达到要求。

通常来说，绝缘电阻主要取决于绝缘材料的性能和相邻电路的间距。因此，可用以下方法增大绝缘电阻:

(1)采用绝缘性能较好的材料进行绝缘隔离，要求材料的尺寸稳定性好、吸湿性低，常用的绝缘环材料有环氧玻璃布板、聚四氟乙烯等。

(2)增加两相邻环路的绝缘距离，在尺寸允许的情况下，尽量增大导电环之间或导电环和电刷之间的绝缘距离，提高绝缘性能。

(3)电刷和导电环接触区域的落粉应定期进行清理，防止在导电环之间形成粘连造成绝缘电阻减小甚至发生短路。

2．3 耐压测试结果与分析

对于一般汇流环，耐压数值在500V-1000V 左右即为满足要求［9］。本试验汇流环的指标要求为不低于500V。对汇流环各个通道施加500V 试验电压进行测试，得到的耐压测试结果如表4所示。

表4 汇流环各通道耐压测试

从表中可以看到，各个通道的耐压测试结果均显示合格，证明汇流环的电介质强度性能指标满足要求。

3 结束语

接触电阻、绝缘电阻和电介质强度是汇流环最常用的电性能参数，其数值的好坏直接反映了汇流环的电性能指标是否满足要求。定期对汇流环进行性能参数测试，有利于及时发现存在的问题。通过对数据结果进行分析，找到不合格数据的产生原因并给出对应的解决措施，从而确保汇流环稳定可靠地工作。

［1］平丽浩，黄普庆，张润逵等.雷达结构与工艺［M］.北京:电子工业出版社，1994.

［2］吴凤高.天线座结构设计［M］.西安:西北电讯工程学院出版社，1986.

［3］李坤芝.导电滑环技术研究［J］.舰船科学技术，1994，(5):56-58.

［4］许军，李坤.电接触的接触电阻研究［J］.电工材料，2011，(1):10-13.

［5］薛萍，陈少兵，刘丽.电滑环中的导电环和电刷［J］.光纤与光缆及其应用技术，2012，(1):11-13.

［6］张武.汇流环接触问题分析［J］.火控雷达技术，2009，38(3):78-82.

［7］李明元.CINRAD-CD 雷达汇流环故障分析与排除［J］.贵州气象，2010，34(3):39-40.

［8］李超，朱涵一.功率汇流环的设计及应用［J］.电子机械工程，2005，21(5):41-43.

［9］李雨明，张宜川，潘全亮.电介质强度及其测试［J］.中国医疗器械杂志，2007，31(4):54-56.