浅谈退扭绞对与加扭绞对.doc

浅谈退扭绞对与加扭绞对成都普天电缆股份冇限公司肖飕摘要：木文首先介绍了退扭绞对■改善结构回波损耗的原理和实现方法，然后针对目询退扭绞 对实现过程中存在的缺陷提出加扭绞对同样也能改善电缆结构冋波损耗指标并给出了加扭 绞对的试验结果关键词：退扭绞对 加扭绞对 输入阻抗 结构回波损耗 1 •前言随着通信技术的E速发展，人们对对称铜缆的通倍带宽要求也越来越髙目前，一种 用于连接高清显示屏与线路板的对称电缆，其通信带宽达到了 9000MHzo相应地对阻抗波 动要求也提高了很多几年前，退扭绞对机的成功研制人人地改善了阻抗的波动性照理说, 退扭率越高阻抗均匀性应越好，然而，实际情况却告诉我们：采用常见的退扭绞机绞对时, 退扭率过大后其阻抗均匀性反1何会变差其次，理论和实践证明加扭绞对也同样能改善阻抗 的波动性为了解释这种现象，我们冇必要对退扭绞对和加扭绞对技术进行探讨2. 结构回波损耗特性卩FL抗是电缆回路上任意点电压波与电流波之比，并有式中R、L、G、C分别为对称回路的交流电阻、电感、导体间介质电导和导体间互电 容；3为信号的角频率在高频下无屏蔽对称电缆的特性阻抗近似表示为7 — 120 1n 2S-d "、式中f值与绝缘材料、绝缘类型、线对间填充介质的相对介电常数有关；S为回路两 导体的中心距；d为导体直径。

在实际中常用输入阻抗Zm來表述电缆的特性阻抗其定义 如下：Z加-• Z$ （3）式中乙）为终端开路时的阻抗测量值；Zs为终端短路时的阻抗测量值由于电缆结构的不均匀性，信号在传输过程中会产生波的反射，反射波在某些频率点相 互迭加，当反射波幅值极人时，电缆的传输性能会在这些频率点上其至整个频宽范围内急剧 恶化因此，输入肌抗频率扫描曲线是一•条起伏颇大的随机分布曲线通常用结构回波损耗 來描述这种波动情况结构回波损耗SRL定义如下：S 私=—201g 矢尹 （4）式中Zm为拟合阻抗山此定义可见，SRL实质是描述Zinl韦|绕Zm波动人小的一个指标引起血 波动的原因 是电缆部件存在看突发性或周期性的结构偏差或缺陷如绝缘外径波动、导体直径波动、绞 对时绝缘单线在节点处周期性压伤，绝缘发泡不均匀、绝缘偏心及导体或绝缘不圆时绞对过 程因单线的自转造成导体中心距S呈周期性波动等其中周期性的结构偏差或缺陷对SRL 危害最大3. 退扭或加扭绞对改善结构回波的原理众所周知，两根绝缘芯线绞对时每根绝缘芯线绕绞对线的中心轴公转时通常还会绕各ti 的中心轴以一定的速度自转当绝缘偏心或导体及绝缘不圆时这种白转会导致导体中心距呈 周期性波动。

由式2可知，导体中心距S的波动会引起特性阻抗波动根据电磁波传播理论，当导体中心距变化的周期小于等于八分Z—波氏时，电磁波将不 易觉察到这种变化从而可削弱绝缘偏心或导体及绝缘不圆对SRL的彩响根据这种原理， 人们发明了可实现导体中心距波动周期小于最高传输频率电磁波波长1/8的绞对设备——退 扭或加扭绞对机來改善特性阻抗的波动4. 高频对绞电缆绞对工艺要求众所周知，在高频对绞电缆的牛:产过程中，绞对工艺往往是受制约因素最多、最易受到 破坏的工艺当最关键的工序（拉丝和绝缘）牛产出高质量的芯线后，如果不能正确地控制 绞对工艺，就会使之前所有的努力前功尽弃因此，为了获得始终如一和可重复的质最，我 们必须高度重视绞对工艺并重点考虑以下问题：• 由于绝缘偏心是不可避免的，因此在绞对工序应采取一定的措施确保导体中心距的 波动周期小于电缆中最髙传输频率电磁波波长的1/8,这是绞对工艺要考虑的重点 之一• 线对节距要小、线对间节距要合理搭配，以确保线对结构在绞对和成缆过程中的稳 定性和满足电缆串音指标要求另一方面，小节距绞对通常会在每根绝缘芯线上产 生相当大的应力而导致绝缘粘附性的破坏和导体及绝缘层变形，如何减少这种应力 的破坏是绞对•工艺要考虑的重点之二。

• 绞对过程中保持两根芯线具有相同和合适的恒定张力是消除芯线缠绕现象，减小特 性阻抗波动的重要措施• 采取必要的桔施以尽量减小或避免其它因素对线对结构的不良影响如降低绞对速 度或绞合而在绝缘芯线上涂抹减摩润滑油以减少芯线与绞弓间摩擦力对芯线的破 坏、采用闭合绞弓以减少绞对时风力对节距成型的影响；采用双轮牵引而不采用轮 带式牵引以减少皮带对线对节距和芯线结构的破坏等5. 退扭或加扭绞对机的工作原理5.1退扭绞对机所谓的退扭就是利川一定的方法來减慢或消除绞线过程中出现的单线自转现象换句话 说就是采取一定的措施使线对在一个节距内单线白转角度为0或比2^-sin/小很多（sin/ 为单线的螺旋升角的正弦值）根据实现退扭的主体不同，退扭绞对机有以下两类：◊ 放线盘退扭：放线盘绕绝缘芯线的轴线沿单线公转相反方向白转实现退扭整个绞 対过程中单线的合成运动是除公转外，单线不自转或缓慢地始终沿一个方向自转，因此绝缘 芯线的扭转应力比綾小这类绞对机有：1） .笼绞机：通过退扭环或行星轮系或链轮机构的作用使放线盘在远离绞笼中轴线位置 上绕单线的轴线转动（相対于地血來讲，放线盘在摇篮内始终处于水平位置），在一个绞合节 距内单线沿公转（绞笼带着放线盘作関周运动）相反方向转了 2兀（实际上多退了 2^-2^sin/）o其放线盘与绞笼相对位置关系如图1所示。

由于绝缘单线肓接引向绞合点, 在此期间单线基木上没有正反扭转的问题，所受的应力较小，因此退扭的效果好另一方而, 山于放线盘分布在绞笼的中心轴两侧，绞笼的转动惯量大而导致牛产速度极低，而且要实现 主动放线付出的代价也大，因此只是在极少数情况下用于高频对称电缆的绞对2） 退扭式盘绞机：此为改进后的盘绞机它是依靠收线盘二维方向上的转动來实现绞 对，放线盘的二维转动实现放线和退扭其工作原理如图2所示放线盘少收线盘Z间的转 动速度比例关系既可rti机械传动实现，也可利用电气控制来实现前者的退扭率不能任意调 整，后一种方式则可以在一定范围内任意调整这种方式与笼绞机相比，具冇生产速度较快、容易实现主动放线的优点但与下文所 述的绞弓退扭而言，其生产速度仍偏低，因此也很少用于高频对称电缆的绞对图1笼绞机放线与绞笼相对位置示意图图2退扭式盘绞机工作原理示意图◊ 绞弓退扭：放线盘安置于设备中心轴，单线通过绞弓引出來围绕中心轴旋转而实现 单线的扭转最终实现退扭由于绞弓的转动惯量小而容易实现快速旋转，因阳其生产效率鬲, 这是绞弓退扭式绞对机能广泛应用的主要原因这类绞对机有：1）•预退扭绞对机：其工作原理是先将绝缘单线沿绞对时绝缘单线公转方向（也是自转方 向）相反的方向扭转一定的角度，在绞对后等效地实现了退扭。

反向扭转的角度人小决定着 退扭率的大小其工作原理如图3所示在图3中，绝缘单线从放线盘放出后，通过绞弓 B0W1或B0W2的旋转使单线形成左向扭转，绞弓每转一周单线旋转两周预扭后的两根 单线经过绞弓B0W3绞对，此时线对形成右向绞对，对应的单线会形成一个右向扭转由 于在预追扭与两单线绞对之间有过线轮和张力测试装直约束了单线扭转的向前向后传递，导 致单线局部冇大角度的反复扭转过程，因而这种退扭技术对绝缘芯线冇一定损伤实践证明 随着退扭率的增加，导体与绝缘层的粘合强度、导体和绝缘层都会受到一定程度的破坏，且 这种破坏程度几乎随着退扭率呈线性关系增加从电缆的测试结果來看特性阻抗波动幅度随 看退扭率从0开始至某一数值的范围内时呈线性减小，当退扭率达到这数值后，特性阻抗的 波动幅度乂随着退扭率的增加呈近线性增加，但增加的幅度比减小的幅度要缓慢些，其结果 如图4所示，其最佳退扭率在24%左右，这个数值会随特定的工艺过程和工艺参数（如导体 断裂伸长率、绝缘附著力等）大小而变化退扭率通常选择在5-35%范围内此设备的优点是控制系统简单，退扭节距不需要精确控制在现实牛产中，如果没有预退扭放线架，我们还可以用普通绞对机将上述绞对过程分两步来实现，以充分利用现有设备 （其做法是将两根绝缘芯线丿IJ普通绞对机分别反向扭绞,然后将反向扭绞过的芯线再川普通 绞对机正向绞对即可）。

单线破坏程度 输入阻抗彼动缩小程度图4预退扭型绞对生产过程中单线损伤程度、阻抗波动缩小程度与退扭率关系2）.三节距绞对机：此绞对机由一台退扭绞对机和一•台双节距绞对机级联而成，工作原 理示意图见图5退扌 11绞对机实现退扭（理想悄况下是100%退扭），双节距绞对机通过对退 扭绞对机绞好的线对再次进行一定比例的加扭（通常情况下没有必要100%追扭，详见文献 [6]）以实现高速生产当绞弓BOW1和BOW2转速相同时，绞弓每转一圈有三个绞对节距 形成，因此而得名退扭绞对机部分是一台单节距绞对机，是管绞机的变形放线盘B1放出的线经过绞弓 BOW1带动旋转时，左侧的芯线形成左向扭转趋势，在绞弓的右侧绞合器A （此部件与绞弓 是连接在一起的，转动同步）内形成节距的同时单线形成右向扭转趋势，单线的一正一反扭 转实现了退扭同样，放线盘B2放出的线经过绞合器中的偏离（等效于一个绞弓）再绞合 吋也同样实现了退扌 11由此可见，其实质仍是一个预退扭绞对通常情况下，其效果比普通 的预退扭效果要好些主要原因如下：• 预退扭和绞对在很小的空间内完成口单线的扭转很容易向左向右传递，最终单线上 积累的应力很小在实际的绞对机上,，为了减少绞对过程中风阻和摩擦力对单线旋转的不 良影响，通常釆用闭弓（将低摩擦系数的金属管嵌入绞弓内，芯线则从管中穿过）并在绝缘 芯线表面加注易挥发的减摩润滑汕脂。

在理想情况下，每根单线几乎能达到100%退扭，正 因如此有的设备制造商乂称之为零扭绞绞对机（ZEROTWISTER）o• 要保证绞对线的高度对称性，严格控制放线张力的对称性和怛定性是「分必要的 由于放线盘B1和B2放出的线所经过的路径不同，芯线受到的摩擦力（部分转换为放线张 力）也不尽相同，为此高档三节距绞对机通常会在绞合器A中S1和S2处安装张力传感器, 以实现对两单线在绞合前瞬间的张力测试并反馈控制放线盘B1和B2的放线张力，以确保 绞合前瞬间两单线张力的对称性和恒定性级联的双节距绞对机•普通双节距绞对机主要差别在于控制精度通过不退扭绞对机的 加扭作用实现等效部分退扭通过调整绞弓BOW1与BOW2的转速比可实现不同的退扭率 通常情况卜为了获得较好的牛产效率，将两绞弓转速近似地设成1:1 （也即是33%的退扭 率，由于线对在加扭过程中因绞入率的变化导致线速度微小变化，绞弓转速应有微小差异, 否则会对芯线造成过度拉仲）与预退扭绞对机相比，三节距绞对机不仅退扭效果好而fl•在 绞弓转速相同的情况下其效率比预退扭绞对机高出50%具缺点是设备控制系统复杂（如两绞弓间转速比例关系需要根据设定的追扭率通过复杂 计算才能得到，与此同时还需对绞弓转速和收放线张力进行精确测控），部分元件（如绞合 器）盂要优化设计等原因限制了三节距绞对机的推广应用。

H前，国内多数设备制造商采取 了简化（如省去绞合器，省去S1和S2两处张力监测取而代之的是通过静态调节BI和B2 放线张力）做法，导致其退扭效果略优于预退扭绞对图5三节距绞对机工作原理示意图5.2加扭绞对机在上文中，捉到了两个重要问题：一•是采取措施削弱当绝缘偏心存在时山于绝缘单 线H转造成导体中心距周期性变化带來的阻抗波动二是尽量减少绞对过程小由于小节 距扭绞导致的绝缘芯线变形和损伤引起的电磁场畸变带来的对部分电气指标（如结构冋波 损耗值SRL、衰减等）的影响为解决这些问题，人们发明了退扭绞对技术并取得了显著的效果然而，在上文分析 中我们也看到，对于预退扭绞对而言，绝缘芯线的正反扭转对绝缘芯线的损伤是比较严 重（尤其是节距在12mm以下时）。