Введение

Электромеханическое устройство

Слип-кольцо – это электромеханическое устройство, обеспечивающее передачу энергии и электрических сигналов от неподвижной конструкции к вращающейся. Слип-кольцо может применяться в любой электромеханической системе, требующей вращения при передаче энергии или сигналов. Оно позволяет повысить механическую эффективность, упростить работу системы и избежать повреждения проводов, свисающих с подвижных соединений. Эти кольца, также известные как вращающиеся электрические интерфейсы, вращающиеся электрические разъемы, коллекторы, поворотные соединения или электрические вращающиеся узлы, широко используются в двигателях со слип-кольцом, электрических генераторах для систем переменного тока (AC) и альтернаторах, а также в упаковочном оборудовании, кабельных барабанах и ветряных турбинах. Они могут быть использованы на любом вращающемся объекте для передачи энергии, цепей управления или аналоговых или цифровых сигналов, включая данные, например, в аэродромных огнях, вращающихся резервуарах, экскаваторах, радиотелескопах, системах телеметрии, гелиостатах или колесах обозрения. Слип-кольцо (в электротехнике) – это способ создания электрического соединения во вращающейся сборке. Формально это устройство для передачи электроэнергии, позволяющее передавать энергию между двумя вращающимися электрическими частями, например, в двигателе.

Состав

Как правило, скользящий контакт состоит из стационарного графитового или металлического контакта (щетки), который скользит по внешней поверхности вращающегося металлического кольца. По мере вращения металлического кольца электрический ток или сигнал передается через стационарную щетку на металлическое кольцо, обеспечивая соединение. Если требуется передать несколько электрических цепей, вдоль оси вращения устанавливаются дополнительные сборки кольцо/щетка. Неподвижными могут быть либо щетки, либо кольца, а другой компонент вращается. Эта простая конструкция используется на протяжении десятилетий как простой способ передачи тока во вращающееся устройство.

Альтернативные названия и использование

Другие названия, используемые для контактного кольца, – коллекторное кольцо, вращающийся электрический контакт и электрическое контактное кольцо. Некоторые также используют термин "коммутатор", однако коммутаторы несколько иные и предназначены для использования в двигателях и генераторах постоянного тока. В отличие от сегментированных коммутаторов, контактные кольца являются цельными, и эти термины не взаимозаменяемы. В средах с высокой скоростью или низким трением вместо контактных колец часто применяют роторные трансформаторы. Контактное кольцо может быть установлено внутри вращающегося соединения для одновременной работы с устройством, которое обычно называют роторным соединением. Контактные кольца выполняют ту же функцию для электрической энергии и сигналов, что и вращающиеся соединения для жидкостей и газов. Они часто интегрируются во вращающиеся соединения для передачи энергии и данных от и к вращающемуся оборудованию совместно с рабочей средой, обеспечиваемой вращающимся соединением.

История

Основной принцип работы контактных колец берет свое начало в конце XIX века, когда они впервые использовались в ранних электрических экспериментах и при разработке электрических генераторов и двигателей. С наступлением промышленной революции и растущим спросом на электроэнергию технология, лежащая в основе контактных колец, начала развиваться. Они стали важнейшими компонентами в крупномасштабном электрооборудовании, таком как турбины и генераторы, обеспечивая передачу энергии и сигналов в механизмах, где часть оборудования должна непрерывно вращаться.

Типы скользящих колец

Слип-кольца изготавливаются различных типов и размеров; одно устройство, предназначенное для театрального освещения, например, имело 100 проводников. Слип-кольцо обеспечивает неограниченное вращение подключенного объекта, в то время как обычный кабель может быть скручен лишь несколько раз, прежде чем запутается и ограничит вращение.

Сливные кольца с ртутью

Ртутные сливные кольца, известные своим низким сопротивлением и стабильным соединением, используют иной принцип, заменяющий скользящий контакт щетки лужицей жидкого металла, молекулярно связанной с контактами. Во время вращения жидкий металл обеспечивает электрическое соединение между неподвижными и вращающимися контактами. Однако использование ртути может представлять опасность, если с ней не обращаться надлежащим образом, поскольку это токсичное вещество. Работа сливного кольца также ограничена температурным диапазоном, так как ртуть затвердевает при температуре около 40 °C.

Кольца для блинов

В кольце "блин" проводники расположены на плоском диске в виде концентрических колец, центрированных на вращающемся валу. Эта конструкция отличается большим весом и объемом при одинаковом количестве цепей, большей ёмкостью и перекрёстными помехами, повышенным износом щёток и большей склонностью к накоплению износа на вертикальной оси. Однако, конструкция "блин" обеспечивает меньшую осевую длину при том же количестве цепей, что может быть целесообразно в некоторых применениях.

Беспроводные скользящие кольца

Беспроводные токосъемники не используют типичные методы контакта, основанные на трении между металлическими и угольными щетками, которые применялись в токосъемниках с момента их изобретения, как было описано выше. Вместо этого они передают электроэнергию и данные беспроводным способом через магнитное поле, создаваемое катушками, расположенными во вращающемся приемнике и стационарном передатчике. Беспроводные токосъемники рассматриваются как усовершенствование или альтернатива традиционным токосъемникам, поскольку отсутствие стандартных механических вращающихся частей обычно обеспечивает большую устойчивость в жестких условиях эксплуатации и снижает потребность в обслуживании. Однако объем передаваемой между катушками мощности ограничен; как правило, традиционный токосъемник контактного типа может передавать на порядки большую мощность в том же объеме.