高精度静态间隙接点试验机之研制及损耗机制探讨-高苑科技大学.PDF

高精度靜態間隙接點試驗機之研製及損耗機制探討 1 2 鐘鶴崋 魏吟芳 1 高苑技術學院自動化系講師 2 高苑技術學院電子系講師 E-Mail: 1 d8632808@.tw 摘要 本研究自行研製一部次微米級靜態接點試驗機，針對此試驗機的構造設計及控制系統組合，經多次反 覆測試結果，其運轉和移動再現性能良好，且成功的使兩電極間隙距離達精度0.1 µm 。且間隙距離準確地 由電動比測儀指示值得到驗證。 比較動態與靜態接點試驗機實驗性能，結果顯示，靜態接點試驗不會產生撞擊機械應力、熔著或咬合 等現象。另外，具有易於分析與觀察接點表面損耗機制，又在兩電極間次微米間隙距離的電弧放電行為， 作更深入探討與研究。 關鍵詞：次微米間隙、表面損耗、電弧放電 所示，針對各種不同接點材料，探討放電電弧能量 對損耗體積的影響。然而，此靜態接點試驗之兩電 一、前言 極間之間隙距離多達數十微米以上以及千伏特的 電氣接點的功能為聯接電路、傳送電流和切斷 供應電壓，對於次微米級間隙距離及低供應電壓情 電路的元件，其主要的動作及狀態有四：開起狀態 況下之電弧放電及材料損耗等現象尚無法探討。有 (Open state)、閉合狀態(Making)、接觸狀態 鑑於此，本研究自行研製一部採用單發放電及可精 (Contact state)和開離狀態(Breaking)[1]。當接點閉 調到次微米級間隙之靜態電氣接點試驗機，且初步 合時的撞擊或是開離的過程中，由於衝擊效應而產 進行各種間隙距離的接點試驗結果，來驗證本試驗 生機械性的磨耗或者可能引起電弧放電，而電弧的 機性能。同時，往後可提供此套儀器設備及控制原 產生將導致接點表面的熔化、汽化甚至材料的濺 理，作為精密定位及量測課程的輔助教材之目的。 散，因此接點間電弧的特性會直接影響接點的損耗 及轉移[2]。於是很多學者設計不同動態開閉接點 二、研究方法 試驗機，分別探討接點電弧特性、接觸電阻、表面 2.1 試驗機的構造設計 損耗及轉移等。例如，Honda[3]研製開閉試驗機， 本研究自行研製之高精密靜態接點試驗機構 如圖一所示，觀察接點表面損耗和電弧持續時間之 造，如圖四所示。本試驗機使用兩支非轉動型的游 密切關係。林[5]曾開發一套動態接點的實驗設 標分厘卡頭(micrometer head)，來調整兩電極間隙 備，如圖二所示，探討電氣接點間之接觸電阻、電 距離達次微米精度。陽極銀接點試片係固定於精度 弧能量及接點性能。但是，在動態試驗機的實驗條 1 µm 之第一分厘卡頭上，撰寫程式並藉由電腦(PC) 件下，由於在接點開閉過程中，接點表面發生機械 驅動步進馬達(0.9 0 /step)來傳動一組速比為1:50 應力(mechanical stress)、熔著(welding)、咬合 之蝸桿蝸輪機構作為水平左右微小移動，其移動距 (locking)和不穩定電弧(arc)等各種現象，造成接點 離之精度可達0.025 µm 。為消除分厘卡的螺桿背 表面損傷。 隙，使用固定在第二分厘卡頭上之最小刻度0.1 µm 為了釐清上述各種現象與表面損傷的關係，因 電動比測儀的圓型探頭來量測固定於第一分厘卡 此，Wang 等人[6-7]發展靜態接點試驗機，如圖三 頭上之參考平板的移動距離。因參考平板與陽極接