Почему герметичные контакты работают надежнее обычных
Перейти к содержимому

Почему герметичные контакты работают надежнее обычных

  • автор:

Герметичные контакты.

Контакты обычных реле работают в среде атмосферного воздуха, они загрязняются пылью парами металлов, покрываются окислами подвергаются влиянию различных атмосферных агрессивных газов, водяных паров. Все эти факторы понижают надежность их работы и износостойкость. Указанные явления можно ослабить или практически исключить, если поместить контакты в инертный газ или вакуум.

Одним из наиболее перспективных направлений усовершенствования контактных устройств особенно на малые токи и напряжения является разработка герметичных магнитоуправляемых контактов ГЕРКОНов

1-стеклянный баллон, заполнен инертным газом(азот аргон водород)

2,3- электроды , выполнены из магнитного материала, являются одновременно и магнитопроводом.

F- концы электродов в месте контактирования покрываются слоем благородного металла либо сплавом.

4- постоянный магнит, либо катушка.

Управление м.к. осуществляется магнитным полем, которое может создаваться либо катушкой либо постоянным магнитом, магнитный поток замыкается через электроды и воздушный зазор, замыкая контакты.

Размыкание контактов осуществляется за счет упругих свойств электродов. Таким образом, электроды выполняют функции контакта, магнитопровода и пружины.

Преимущества герконов

1). возможность работы в ус­ловия к повышенной влажности, запыленности и т. п.

2) простота конструкции, малые масса и габариты,

3) высокое быстродействие

4) отсутствие трущихся деталей и сложных кинематиче­ских пар обеспечивает надежную работу герконов в тече­ние 10 6 —10 8 циклов;

5) высокая электрическая прочность междуконтактного промежутка;

7) возможность управления как электромагнитным полем, так и полем постоянного магнита, что расширяет функ­циональные области применения герконов;

8) надежность работы в широком диапазоне температур(от -60 до +120 °С);

1)хрупкость стеклянного баллона, чувствительность к ударам и вибрации, что требует спец мер по амортизации места установки герконов;

2)значительное время вибрации контактов, которое может составлять до половины времени срабатывания;

Параметры контактных конструкций

Зазор— кратчайшее расстояние между разомкнутыми контактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов.

Провалрасстояние, на которое сместится подвижный контакт , если при замкнутом положении подвижной системы убрать неподвижно закреплённый контакт. Этот провал даёт возможность создать дополнительное сжимающее усилие, т к контакты соприкасаются раньше, чем система перемещения контактов доходит до упора. Провал определяет запас на износ контактов при заданном числе срабатываний. По мере износа контактов уменьшается провал и дополнительное сжатие пружины.

Контактное нажатие— сила, сжимающая контакты в месте соприкосновения

Износ контактов:

Под износом контактов понимают разрушение рабочей поверхности коммутирующих контактов, приводящие к изменению их формы размера массы и к увеличению провала.

Износ под действием электрических факторов будем называть электрическим износом — эл. эрозией . Износ под действием мех. факторов рассматривать не будем он меньше электрического.

При размыкании сила сжимающая контакты снижается до 0, резко возрастает переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Площадка сильно разогревается и между расходящимися контактами образуется контактный перешеек из расплавленного металла, который в дальнейшем рвется. При этом в промежутке между контактами могут возникнуть различные формы электрического разряда: при токе и напряжении больше минимально необходимых значений (для меди 0.5А и 15В) возникает дуговой разряд.

Учитывая что наличие дуги существенно меняет характер и величину износа различают эрозиюизнос контактов при малых токах, когда дуга отсутствует, и износ при больших токах при наличии дуги.

Износ контактов при малых токах

на расходящихся контактах между контактами возникает перешеек из расплавленного металла. Износ происходит вследствие распыления и разрыва контактов

Износ контактов при больших токах:

Износ происходит как при размыкании так и при замыкании и зависит от многих переменных факторов. Износ контактов зависит:

1. от числа размыканий прямо пропорционален числу размыканий

2. от напряженности магн. поля (при малых напряжённостях дуга находится в одних и тех же опорных точках, что приводит к увеличению износа. С ростом Н растёт скорость движения опорных точек дуги, контакты меньше нагреваются и оплавляются, износ снижается. Но при некоторой Н износ возрастает ( на расходящихся контактах между контактами возникает перешеек из расплавленного металла) : возрастают электродинамические силы так, что выбрасывается весь расплавленный металл из промежутка между контактами

3. от напряжений практически не зависит

4. от тока: износ растет с увеличением тока. При неизменных условиях зависимость близка к линейной.

5. от ширины контакта. При каждом отключении расплавляется, испаряется выгорает опред. кол-во металла. Это металл их площадок контактирования. Изменение кол-ва металла влияющего на износ в области касания может быть достигнуто за счет изменения ширины контактов

6. от скорости расхождения— практически не влияет. Только при малых скоростях расхождения контактов износ увеличивается.

7. при замыкании: имеет место эл. износ, который в ряде случаев превосходит износ при размыкании, он вызван дребезгом контактов возникающих при замыкании.

Дребезг возникает при соударении контактов происходит упругая деформация обоих контактов, приводящая к отбросу подвижного контакта – он отскакивает от неподвижного (как мячик). Под действием контактной пружины происходит повторное замыкание контактов. Этот процесс повторяется несколько раз. При каждом отбросе между контактами возникает эл дуга, вызывающая износ контактов.

  1. о т соотношения мех. и тяговой характеристик аппарата:

скорость движения контактов определяется соотношением между механической и тяговой характеристиками. Чем больше запас тягового усилия 4 тем больше будет скорость, а следовательно будут большими удар и дребезг контактов.

При недостаточном тяговом усилии (2)происходит остановка подвижной системы в момент соприкосновения контактов, что так же приведет к повышению износа. Для обеспечения минимального износа тяговая характеристика должна обеспечивать четкое включение аппарата и не иметь чрезмерных запасов(3)

8.от начального нажатия: начальное нажатие на контакты в момент соприкосновения- эта сила которая противодействует отбросу контактов при их соударении. Чем больше эта сила, тем меньше будут отброс и дребезг, а значит и износ

9.От жёсткости контактной пружины. Повышение начального нажатия ограниченно тяговой характеристикой. Если начальное нажатие превосходит МДС втягивающей катушки и имеет место отброс всей подвижной системы, износ начинает возрастать (штриховая часть). При большой жесткости отброс контактов будет несколько меньшим, износ снизится.

При включении эл аппаратов в их контактных системах могут иметь место следующие процессы:

  1. вибрация контактов (дребезг)
  2. эрозия на поверхности контактов в результате образования эл разряда между ними

Дребезг контактов.

Процесс дребезга при соударении контактов может быть представлен следующим образом. В момент t = 0 произошло соприкосновение контактов (точка А), в цепи появился ток, напряжение на контактах упало до нуля и началось смятие материала и торможение контакта. В точке В подвижный контакт остановился. Началось упругое восстановление материала контактов и обратное движение подвижного контакта.

Если бы материал был абсолютно упругим, то контакт восстановился бы до первоначального, практически же будет наблюдаться некоторая остаточная деформация. В точке С упругое восстановление материала контактов прекратилось, но подвижный контакт по инерции продолжает отходить. Происходит разрыв контактов. Ток в цепи становится равным нулю, напряжение на контактах восстанавливается. Контакт отходит на расстояние x и под действием контактной пружины снова замыкается (точка D). Происходит повторное смятие материала и его восстановление, и так — несколько раз с затухающей амплитудой.

На рис.2 обозначено: хк — амплитуда колебаний контакта; хД — величина упругой деформации; х0 — остаточная деформация.

Рис.2. Дребезг контактов при замыкании

Если хк > хД, то произойдет разрыв цепи со всеми вытекающими последствиями. Такой дребезг является опасным.

При вибрации контактов происходит многократное образование электрической дуги, которое приводит к их сильному износу из-за оп­лавления и распыления материала контактов. В связи с износом контактов уменьшается усилие их нажатия во включенном положении, что приводит к повышению переходного сопротивления. При большом числе включении и отключений возможен быстрый выход контактов из строя.

Применяемые контактные материалы обладают достаточной упругостью, поэтому даже теоретически избежать дребезга контактов при их замыкании невозможно. В таком случае необходимо конструировать аппараты и их коммутирующие контакты так, чтобы дребезг контактов был неопасным.

Коэффициент восстановления для некоторых материалов

Поделочная сталь …………………. 0,5

Увеличение начального сжатия пружины или увеличение жесткости с контактной пружины ведут к снижению амплитуды дребезга. Увеличение тягового момента М, так же как и увеличение угловой скорости, ведут к повышению амплитуды дребезга.

Для снижения дребезга при замыкании применяют также искусственные меры, основанные главным образом на компенсации отбрасывающих усилий, возникающих при соударении контактов.

— При соответствующем подборе параметров системы (масса, жесткость пружин, скорость) можно достигнуть существенного снижения времени дребезга контактов и замыкания без дребезга.

  1. за счет увеличения начального нажатия и
  2. увеличения жесткости пружины,
  3. уменьшения массы подвижных контактов и скорости их замыкания.
  4. амортизация магнитной системы— между мостиковым контактом и ведущей траверсой помещается вкладыш из специального пористого материала (вроде пористой или губчатой резины). При ударном сжатии в момент касания контактов противодействующие усилия вкладыша весьма велики. Они препятствуют отбросу контактов. Дребезг снижается.
  5. Снижение износа при замыкании может быть достигнуто за счет примененияпараллельных контактов (многоступенчатая контактная система) . Здесь каждым из контактов включается часть тока. Вследствие разновременного размыкания контактов при их дребезге, на размыкающемся контакте не возникает дуги, что приводит к снижению износа.
  6. одновременность касания обоих контактов мостика. Достигнуть этого можно при самоустанавливающемся мостиковом контакте. Будучи зажат между двумя сферическими поверхностями, мостиковый контакт после некоторого числа включений принимает положение, при котором достигается одновременное касание контактов

Способы компенсации электродинамических сил в контактах

При коротком замыкании происходит не только резкое увеличение тока, но и увеличение переходного сопротивления контакта из-за ослабления контактного нажатия, вызываемого электродинамическими силами- электродинамического отброса. Возникающая при отбросе контактов дуга вызывает большое оплавление рабочих поверхностей и их сваривание при замыкании. В аппаратах на большие токи, в частности в автоматических выключателях, стремятся так выполнить контактную систему, чтобы компенсировать или ослабить действие электродинамических сил за счёт рычажных контактов, пружин, компенсаторов, удерживающих контакты за счёт усилий.

Для погасания дуги необходимо, чтобы при любом значении тока вольт-амперная характеристика дуги должна на всем своем протяжении лежать вьше характеристики U — iR (как это показано на рис. ) и не иметь с этой характеристикой ни одной точки соприкосновения. Следует иметь в виду, что под вольт-амперными характеристиками дуги здесь надо понимать динамические характеристики.

ВОЛ.б) Контакты во включенном состоянии.

Для каждого материала существуют определённые, характерные для него падения напряжения на контактах, при которых температура контактного пятна достигает значений, определяющих фазовое состояние материала. Так как температуре рекристаллизации соответствует напряжение размягчения материала U р , а температуре плавления.U пл

Для надёжной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе падение напряжения на переходном сопротивлении R конт. было меньше U р:: для расчета контактов на малые токи используется фор­мула :

I ном R конт ≤ (0,5…0,8) U р

Герконовые реле

Простейшее герконовое реле с замыкающими контактами состоит из двух контактных сердечников с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой), размещенных в стеклянном герметичном баллоне, заполненном либо инертным газом, либо чистым азотом, либо сочетанием азота с водородом. Давление внутри баллона герконового реле 0.4¸0.6*10^5 Па.
Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Стеклянный баллон герконового реле устанавливается внутри обмотки управления, питаемой постоянным током. При подаче тока в обмотку герконового реле возникает магнитное поле, которое проходит по контактным сердечникам через рабочий зазор зазор между ними и замыкается по воздуху вокруг катушки управления. Создаваемый при этом магнитный поток при прохождении через рабочий зазор образует тяговую электромагнитную силу, которая, преодолевая упругость контактных сердечников, соединяет их между собой.
Для создания минимального переходного сопротивления контактов, поверхности касания герконов покрывают золотом, радием, паладием или (на худой конец) серебром.
При отключении тока в обмотке электромагнита герконового реле сила исчезает, и под действием сил упругости контакты размыкаются.
В герконовых реле отсутствуют детали, подвергающиеся трению, а контакты сердечника многофункциональны, так как при этом выполняют одновременно функцию магнитопровода, пружины и токопровода.
Для уменьшения размеров намагничивающей катушки увеличивают допустимую плотность тока, используя для намотки теплостойкий эмалированный провод. Все детали изготавливаются штамповкой, а соединяются сваркой или пайкой. Для уменьшения зоны включенного состояния в герконах применяются магнитные экраны.
Пружины герконов не имеют предварительных натягов, поэтому включение их контактов происходит без периода трогания.
Если в герконах наряду с электромагнитом используется постоянный магнит, то герконы из нейтральных переходят в поляризованные.
В отличии от электромагнитных реле обычного типа, у которых контактное нажатие зависит от параметров контактных пружин, контактное нажатие герконовых реле зависит от МДС обмотки и увеличивается с ее ростом.

Из-за технологической погрешности коэффициента возврата герконовые реле имеют большой разброс от 0,3 до 0,9. С целью увеличения коммутационного тока и номинальной мощности герконовые реле имеют дополнительные дугогасительные контакты. Такие реле называются герметичные силовые контакты или герсиконы. Промышленностью выпускаются герсиконы от 6,3 до 180 А. Частота включений в час достигает 1200.
С помощью герсиконов осуществляется пуск асинхронных двигателей мощностью до 3 кВт.
Особый класс герконов – реле на ферритах, которые обладают свойством памяти. В таких реле для переключения в катушку необходимо подать импульс тока обратной полярности с целью размагничивания ферритного сердечника. Они называются герметизированные запоминающие контакты или гезаконы.

Преимущества герконовых реле
1. Полная герметизация контакта позволяет их использовать герконовые реле в различных условиях влажности, запыленности и т. д.
2. Простота конструкции, малая масса и габариты.
3. Высокое быстродействие, что позволяет использовать герконовые реле при высокой частоте коммутаций.
4. Высокая электрическая прочность межконтактного промежутка.
5. Гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепей управления герконовых реле.
6. Расширенные функциональные области применения герконовых реле.
7. Надежная работа в широком диапазоне температур (-60¸+120°С).

Недостатки герконовых реле
1. Низкая чувствительность у МДС управления герконовых реле.
2. Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует специальных мер по защите от внешних воздействий.
3. Хрупкий баллон герконовых реле, чувствительный к ударам.
4. Малая мощность коммутируемых цепей у герконов и герсиконов.
5. Возможность самопроизвольного размыкания контактов герконовых реле при больших токах.
6. Недопустимое замыкание и размыкание коатактов герконовых реле при питании переменным напряжением низкой частоты.

Герконовые реле, выпускаемые отечественными производителями

За десятилетие фактического простоя отечественной релейной промышленности рынок России заполнялся зарубежными герконовыми реле (преимущественно китайскими, тайваньскими, германскими), их использование стало привычным, их заложили в старые разработки и в то немногое, что сейчас появляется в системах автоматики, измерительной техники и т. п.
В основном герконовые реле конструктивно выполняются на базе геркона с обрезанными выводами, находящегося внутри обмотки управления, с герконом и катушкой, приваренными к выводам технологической рамки достаточно сложного контура, которые после опрессовки специальной пластмассой и вырубки перемычек на рамке образуют собственно реле (скажем, в стандартном корпусе DIP). Для защиты логической микросхемы от перенапряжений обмотка управления реле шунтируется демпфирующим диодом.
Извечная проблема поиска компромисса между двумя взаимоисключающими требованиями к таким реле — высокое контактное нажатие и чувствительность — здесь практически не решается из-за отсутствия обеспечения высокой магнитной проводимости для концентрации магнитного потока (создающего электромагнитную силу) в межконтактном зазоре геркона реле, то есть из-за невыполнения основного требования к конструкциям магнитной системы. Обрезка выводов геркона, резко снижающая параметры магнитной системы таких реле, практически не компенсируется введением магнитных экранов (10–15 % выигрыша против потери 60–70 % чувствительности и, соответственно, мощности управления).
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (ОАО «РЗМКП»), разработав реле РГК-41и РГК-48, частично устраняющие указанные недостатки (в основном за счет подбора геркона), в настоящее время начал выпуск простых каркасных герконовых реле открытого типа РГК-49, РГК-50 и реле, по нашему мнению, следующего поколения — РГК-53, в котором сконцентрированы основные достоинства герконов и устранены недостатки их размещения в реле.
Герконовые реле РГК-53, управляемые логической микросхемой серии ТТЛ, коммутировали в электрическую цепь с активной нагрузкой в режиме 6 В — 10 мА без отказов вплоть до 10 млн циклов коммутации. Герконовое реле РГК-53 будет незаменимо в аппаратуре, для которой особенно важны как габариты и масса реле, так и мощность, потребляемая управлением. Эти герконовые реле имеют определенные преимущества по сравнению со своими аналогами, выпускаемыми фирмами Китая и Тайваня, хотя и изготавливаются на одних и тех же герконах (например, МКА14103 производства РЗМКП).
При едином производственно-технологическом цикле «геркон–реле» имеется возможность оперативного вмешательства в технологический процесс изготовления собственно геркона как по вопросам качества и надежности, так и для специального отбора «релейных» герконов по информативным параметрам, используемым при изготовлении герконов спецназначения. Например, при подборе групп чувствительности для конкретного паспорта реле (практически не влияющего на внутризаводскую себестоимость конечного изделия) можно получить значительный выигрыш в габаритах (высоте) реле.

Геркон: технические характеристики, принцип работы, примеры применения

Любые механические контакты подвержены износу. Чтобы уменьшить влияние этого деструктивного фактора, в первой половине прошлого века было разработаны магнитоуправляемые коммутационные устройства, контактная группа которых помещалась в вакуумную колбу. В СССР такие элементы получили название «Геркон», по сокращению от «герметизированный контакт», в англоязычной технической документации принято название «reed switch».

Давайте рассмотрим принцип действия этих устройств, конструкцию, основные характеристики, достоинства и недостатки. В завершении статьи будет приведена пара полезных схем, где используются герконы.

Внешний вид и особенности конструкции

Данные устройства представляют собой контактную группу, изготовленную на основе ферримагнитного материала, которая помещается в стеклянную колбу. Из нее откачен воздух (созданы условия максимально приближенные к вакууму), как вариант возможно наполнение инертным газом. Внешний вид устройства и его обозначение на принципиальных схемах представлены ниже.

А) внешний вид геркона; В) обозначение на принципиальных схемах

С конструктивным исполнением, можно ознакомиться на рисунке 2.

Конструкция геркона

Обозначение:

  • А – выводы устройства.
  • В – стеклянная колба.
  • С – контактная группа.
  • D – инертный газ или вакуум.

Разновидности

Коммутационные устройства данного класса принято разделять в зависимости от устройства контактной группы на следующие виды:

  1. Элементы с нормально-разомкнутыми контактами (внешний вид такого устройства показан на рис. 1).
  2. Элементы с нормально-замкнутым контактом.
  3. С переключающимся контактом.

Помимо функциональных признаков, перечисленных выше, имеются и технологические, разделяющие герметичные коммутирующие устройства на две группы: сухие и ртутные. Отличительная особенность последних заключается в том, что внутри колбы содержится капля ртути. Она служит для «смачивания» контактной группы, это позволяет существенно снизить переходное сопротивление и вибрацию (дребезг) контактов при коммутации, что положительно отражается на качестве контакта.

Принцип действия

Срабатывание устройства (замыкание, размыкание или переключение контактов) требуется воздействовать на элемент магнитным полем, напряженность которого будет достаточной для коммутации. В качестве источника такого поля может выступать обычный или электромагнит.

Под воздействием силовых линий происходит намагничивание контактов и по преодолению порога упругости они коммутируют цепь.

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

Соответственно, как только на контактную группу перестанет действовать магнитное поле, она вернется в исходное состояние. То есть, функционально контакты помимо своего прямого назначения играют роль магнитопровода и упругого элемента.

Устройства с нормально-замкнутыми контактами действуют несколько иначе. Их ферримагнитные упругие элементы, попадая под воздействие магнитного, поля приобретают одинаковый заряд, что заставляет их отталкиваться, разрывая контакт.

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

Иногда в таких коммутаторах только один упругий элемент выполнен из ферримагнитного сплава, в результате приближения магнита он притягивается к нему, отключая цепь.

Подобный принцип задействован в герконах с переключающей группой контактов, в котором два из них изготавливаются из магнитного материала. Под воздействием магнита они притягиваются друг к другу, а немагнитный контакт остается в исходном положении. В результате происходит перекоммутация цепи.

Срабатывание переключающего геркона

Основные параметры

Свойства герметичных коммутаторов определяются механическими и электрическими параметрами. К первым относятся:

  • Nmax – число, указывающее максимально допустимое количество срабатываний без изменения основных характеристик.
  • Vcp – величина отображающая интенсивность поля необходимую для реакции устройства. В технической терминологии данную характеристику называют магнитодвижущей силой.
  • Vотп – величина соответствующая силе размыкания.
  • tcp — время, необходимое на срабатывание контактной группы.
  • tотп – интервал времени, необходимый на отпускание.
  • Последние два параметра наиболее значимые из механических характеристик, поскольку описывают скорость коммутации.
  • Теперь перечислим основные электрические характеристики:
  • RK – сопротивление между контактами в замкнутом состоянии.
  • RИЗ – сопротивление разомкнутых контактов.
  • UПР – напряжения пробоя, данная характеристика зависит как от предыдущего параметра, так и расстояния между группой контактов. Помимо этого на электрическую прочность влияет наполнение колбы.
  • Pmax – коммутируемая мощность.
  • CK – емкость, образуемая разомкнутыми контактами.

Как осуществляется управление?

Управлять герметичным коммутатором можно двумя способами:

  • используя постоянный магнит;
  • воздействуя катушкой, подключенной к постоянному источнику тока.

В первом варианте управление может осуществляться путем линейного или углового перемещения постоянного магнита. Также встречается способ, при котором поле перекрывается при помощи специальной шторки.

В качестве примера использования способа управления при помощи магнита можно привести датчики уровня, а также положения, охранную сигнализацию и т.д.

Второй вариант позволяет создать реле на основе геркона. В отличие от традиционной конструкции, такое устройство будет более надежным и долговечным, поскольку практически не содержит в себе подвижных механических элементов. Что касается небольшого количества контактных групп, то этот недостаток легко устраняется путем увеличения количества задействованных герконов.

Упрощенное изображение конструкции герконового реле

Примером применения данного способа управления может служить токовое реле на основе геркона. Оно представляет собой катушку, намотанную проводом толстого сечения, внутри которой размещается герметичный коммутатор. Данное приспособление может служить в качестве защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Чувствительность прибора легко регулировать путем линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

Плюсы и минусы

Любая конструкция помимо преимуществ не лишена недостатков. Зная сильные и слабые стороны устройства можно найти оптимальную сферу для его применения. Давайте рассмотрим, в чем заключается преимущества герметичных коммутаторов, к таковым свойствам можно отнести:

  • Высокую надежность коммутации. Она практически на два порядка превышает этот показатель у открытых контактных групп. Это достигается за счет высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (RИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (UПР), напряжение пробоя у некоторых моделей превышает 10 кВ.
  • Быстродействие также является неоспоримым преимуществом. Частота коммутации многих моделей приближается к 1 кГц. Что касается параметров, описывающих скорость коммутации, то они находятся в следующих диапазонах: tcp — от 0,4 до 1,8 мс, tотп – от 0,25 до 0,9 мс, что намного превышает подобные характеристики открытых контактных групп.
  • Долговечность, число срабатываний исчисляется миллиардами, ни одна открытая контактная группа даже близко не может приблизиться к этому рубежу.
  • Данный тип коммутаторов нетребователен к согласованию с нагрузкой.
  • Управление может производиться без использования электроэнергии.

Характерные недостатки:

  • Низкие показатели коммутируемой мощности.
  • Небольшое число контактов.
  • Дребезг при срабатывании (конструкции «мокрого» типа избавлены от этого недостатка).
  • Большие размеры для современной радиотехнической базы.
  • Недостаточная прочность стеклянной колбы.
  • Чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.

Несмотря на явное преобладание положительных качеств, данные устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми аналогами, такими как датчики Холла. Отсутствие дребезга, небольшие размеры и более высокая прочность сыграли решающую роль.

Примеры практического применения в быту

Как и было обещано в начале статьи, приводим пару полезных схем, в которых используются герконы. Начнем с универсального управления освещением в прихожей. Принцип работы заключается в следующем: при открытии входной двери автоматически включается свет, и спустя несколько минут выключается. При достаточном уровне освещения, свет в прихожей не включается.

Схема управления освещением прихожей

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 68 кОм, R2 – 33 кОм, R3 – 470 кОм, R4 – 10 кОм, R5 – 27 кОм.
  • Конденсаторы: С1 – 0,1 мкФ, С2 – 100 мкФ х 25 В, С3 – 470 мкФ х 25 В.
  • Стабилитрон и диоды: VD1 – КС212Ж, VD2 и VD3 – КД522 (1N4148), VD4 – КД209 (1N4004).
  • Транзисторы: VT1 и VT2 – ÌRF840.
  • SG1 – любой обычный герконовый датчик, например, 59145-030.
  • FR1 – фоторезистор, подойдет любого типа с сопротивлением на свету не ниже 8 кОм, в темноте – 120-180 кОм.
  • Триггер D1 – К561ТМ2 (СD4013).

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R1, для выбора оптимального времени задержки отключения освещения.

Теперь рассмотрим схему простой домашней сигнализации, где в также используется типовой герконовый датчик для двери.

Простая домашняя сигнализация

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R3 – 100 кОм, R4 – 33 кОм, R5 – 100 кОм, R6 – 1 кОм.
  • Конденсаторы: С1 – 100 мкФ х 16 В, С2 – 50 мкФ х 16 В, С3 0,068 мкФ.
  • Диоды и светодиод: VD1 и VD2 – КД522 (1Т4148), HL1 — АЛ307Б.
  • Транзисторы: VT1 – КТ829, VT2 – К361.
  • Микросхема: К561ЛА7.
  • S1 – герконовый датчик 59145-030.

В качестве сирены используется звуковой оповещатель АС-10.

Питание схемы осуществляется от аккумулятора 12 В, емкостью 4 А*ч.

Герконовые реле: что это такое, чем отличается, как работает

С определенного времени для улучшения надежности и работоспособности контактная система электромагнитного реле модернизируется внедрением герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконы). Такие приборы широко используются в различных датчиках и системах.

Герконы

Герконовое реле (РПГ), использующееся для коммутации электрических цепей, позволяет избавиться от недостатков, присущих электромагнитным устройствам:

  • ограниченный ресурс;
  • сложности во время коммутации нагрузок (высоковольтных и индуктивных);
  • недостаточное быстродействие.

Конструкция, виды и принцип действия

Устройство герконового реле отличается простотой. В основе элемента лежит электромагнитная катушка, поверх которой расположен защитный экран, защищающий контактную группу от влаги, окисления, пыли и магнитных полей. В герметичном стеклянном трубчатом корпусе, в вакуумной или аргоновой среде, находятся два гибких ферромагнитных проводника с плоскими металлическими контактами из пермаллоя, покрытого драгоценными металлами с высокой проводимостью (серебро и металлы платиновой группы). Детали производятся методом штамповки, а соединения осуществляются при помощи сварки или пайки. Вся конструкция при этом может быть помещена в кожух.

Устройство герконового реле

Принцип работы герконового реле основывается на взаимодействии сил, возникающих между магнитными телами. Когда контактные сердечники подвергаются воздействию магнитного поля, контакты внутри стеклянного баллона размыкаются или наоборот замыкаются. Зазоры существенно облегчают прохождение поля между элементами прибора. Таким образом, сердечники справляются с функциями токопроводящего элемента, пружины и детали, реагирующей на магнитное поле, источником которого, как правило, служит электрический или постоянный магнит.

Различаются герконы на несколько групп по типу используемого контакта:

  • замыкающий;
  • размыкающий;
  • переключающийся или комбинированный (одна группа срабатывает на размыкание, вторая – на замыкание).

Принцип работы герконового реле

В зависимости от конструктивного исполнения различают сухие (колбочка с инертным газом или вакуумом) и смоченные (наличие ртути на месте соприкосновения сердечников) разновидности. Капля ртути позволяет устранить дребезжание ферромагнитных сердечников.

Работа герконового реле во многом зависит от материалов, из которых оно изготавливается. При производстве герконовых реле используется четыре группы магнитов:

Конструкция герконового реле

  • неодимовые – отличаются наибольшей коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью, но плохо переносят эксплуатацию в средах с повышенным содержанием кислорода;
  • ферритовые – очень стойкие к коррозии и самые доступные, но вместе с тем хрупкие магниты;
  • самариевые – обладают отличной термической стабильностью и стойкостью к размагничиванию, но отличаются высокой ценой и еще большей хрупкостью, чем ферритовые аналоги;
  • изготовленные из сплава альнико (алюминий, никель, кобальт) – имеют лучшую термостойкость и сравнительно доступную цену, но наделены низкой коэрцитивной силой.

Плюсы и минусы герконовых реле

Среди преимуществ компонентов:

  • полная герметизация контактной группы;
  • значительная электрическая прочность промежутка между контактами;
  • оперативность функционирования;
  • компактность, легкий вес и простота конструкции;
  • гальваническая развязка цепей;
  • функциональность и отсутствие потребности в питании;
  • эффективная работа в разных температурных средах (от -60 до +120 °C).

Пробивное напряжение герконовых реле может достигать нескольких десятков киловольт. Срок службы таких изделий может доходить до 4-5 миллиардов срабатываний. Высокая надежность является одной из основных причин широкой области применения герконов.

Использование герконовых реле

Помимо достоинств существуют и некоторые недостатки герконовых реле: хрупкость стеклянной колбы, низкая чувствительность у МДС управления элементов, дребезжание, самопроизвольное размыкание при большом токе, восприимчивость к внешним магнитным полям, малая мощность коммутируемых цепей, а также недопустимое размыкание и замыкание сердечников при питании переменным напряжением низкой частоты.

Однако далеко не все недостатки являются неустранимыми. Например, несанкционированное срабатывание можно предупредить, прибегая к дополнительному экранированию корпуса реле.

Основные характеристики герконовых реле, обозначение на схемах

  • максимальная коммутируемая мощность;
  • электрическая износостойкость (количество циклов);
  • напряжение пробоя;
  • номинальное напряжение включающей катушки герконового реле – от 12 до 220 В;
  • допустимый уровень вибрации и напряжения;
  • время реакции и период отпускания;
  • магнитодвижущая сила срабатывания.

Следует учитывать, что между сердечниками возможно возникновение паразитной емкости, которая способна привести к выходу из строя электронных компонентов.

Герконовое реле на схемах обозначается доступно и понятно. Маркировка позволяет точно определить основные параметры (тип контактов, габариты, функциональные особенности и т. п.) и выбрать наиболее подходящие изделия.

Схемы подключения герконовых реле

Применение герконовых реле и советы по использованию

Несмотря на вытеснение датчиками Холла, герконовые приборы активно используются в разных системах и устройствах:

  • бытовые приборы и телекоммуникационные системы;
  • счетчики, концевые выключатели, тестирующие устройства и измерители;
  • медицинское и промышленное оборудование;
  • устройства, работающие под водой;
  • клавиатуры синтезаторов;
  • различные авиационные и космические системы;
  • радары, радиопередатчики, лазеры;
  • приборы безопасности и автоматики.

Применение герконовых реле

Современный рынок предлагает множество изделий, произведенных в РФ и за рубежом. Отдельные модели изделий применяются для защиты высоковольтных линий электропередач, что поспособствовало развитию проектирования релейного оборудования. Помимо герконовых реле существуют герсиконы, предназначающиеся для запуска электрических двигателей, мощностью до 45 кВт.

При монтаже компонентов рекомендуется избегать источников ультразвука и магнитного поля, а при пайке следует руководствоваться предписаниями инструкции производителя. Для защиты РПГ от разнообразных неблагоприятных факторов можно применять шунтирующие диоды, варисторы или подавляющие RC-цепи, подключенные параллельно нагрузке или геркону.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *