Мдс срабатывания геркона что это

RU1787291C — Способ определени МДС срабатывани и МДС отпускани геркона — Google Patents

Publication number RU1787291C RU1787291C SU914929153A SU4929153A RU1787291C RU 1787291 C RU1787291 C RU 1787291C SU 914929153 A SU914929153 A SU 914929153A SU 4929153 A SU4929153 A SU 4929153A RU 1787291 C RU1787291 C RU 1787291C Authority RU Russia Prior art keywords mds main contacts control current release Prior art date 1991-04-17 Application number SU914929153A Other languages English ( en ) Inventor Вадим Николаевич Шоффа Сергей Владимирович Давыдов Виктор Николаевич Чичерюкин Сергей Валентинович Хромов Original Assignee Московский энергетический институт Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 1991-04-17 Filing date 1991-04-17 Publication date 1993-01-07 1991-04-17 Application filed by Московский энергетический институт filed Critical Московский энергетический институт 1991-04-17 Priority to SU914929153A priority Critical patent/RU1787291C/ru 1993-01-07 Application granted granted Critical 1993-01-07 Publication of RU1787291C publication Critical patent/RU1787291C/ru

Links

Abstract

Использование: относитс к области электротехники и может быть использовано дл определени характеристик срабатывани и отпускани герконов, содержащих основной и дугогасительный контакты, при их изготовлении и контроле. Сущность изобретени : способ включает в себ плавное увеличение тока управлени при срабатывании и плавное его уменьшение при отпускании, регистрацию состо ни основного и дугогасительного контактов и измерение тока управлени в момент срабатывани и отпускани этих контактов, причем в процессе изменени тока управлени осуществл ют регистрацию значени производной- переходного сопротивлени геркона в функции указанного тока управлени , МДС срабатывани дугогасительного контакта определ ют при по влении первого ненулевого значени указанной производной, МДС срабатывани основного контакта определ ют при по влении последнего экстремума производной, МДС отпускани основного контакта определ ют при по влении первого ненулевого значени указанной производной, а МДС отпускани дугогасительного контакта определ ют при по влении последнего экстремума производной . 4 ил. (Л

Description

. Изобретение относитс к области электротехники и может быть использовано дл определени характеристик срабатывани и отпускани герконов повышенной коммутируемой мощности, содержащих основной и дугогасительный контакты (фиг.1) при их изготовлении и контроле.

Известен способ определени МДС срабатывани и МДС отпускани геркона, согласно которому плавно увеличивают ток управлени при срабатывании и плавно его уменьшают при отпускании, регистрируют при этом состо ние контактов и измер ют значени указанного тока в момент замыкани контактов при срабатывании и размыка- нй их при отпускании. Момент замыкани и размыкани контактов фиксируют соответственно по по влению или исчезновению тока нагрузки через контакты геркона. Значени МДС срабатывани и отпускани вычисл ют путем умножени полученных соответствующих значений токов управлени на число витков управл ющей обмотки. Недостаток данного способа заключаетс в том, что он не может быть распространен на герконы повышенной коммутируемой мощности, которые имеют две пары контактов — основную и дугогасиXJ со

ельную. Это св зано с тем, что при увелиений тока управлени сначала замыкаетс угогасительна . пара контактов данного еркона, затем — основна , а при уменьшеии указанного тока процесс размыкани происходит в обратном пор дке. Поскольку рабочим вл етс такое состо ние геркона, при котором основна контактна пара замкнута ,, то за МДС срабатывани этого геркона принимают такое значение МДС обмотки правлени , которое минимально необхоимо дл замыкани указанной пары. Однако ток нагрузки может протекать через геркон и в том случае, когда замкнутой бует одна дугогасительна пара, поэтому указанный выше способ и не решает задачи по определению МДС срабатывани герко- на повышенной коммутируемой мощности. Кроме того, по той же причине этот способ не дает возможности определить значение МДС отпускани основной контактной пары , а значит, не позвол ет найти нижнее значение допустимого диапазона изменени рабочей МДС обмотки управлени .

Известен способ определени МДС срабатывани и МДС отпускани геркона, содержащего основной и дугогасительный контакты, включающий в себ плавное увеличение тока управлени при срабатывании и плавное его уменьшение при отпускании, регистрацию состо ни основного и дугогасительного контактов путем измерени их переходного сопротивлени , и измерение тока управлени в момент срабатывани и отпускани этих контакт с последующим умножением полученных значений на число витков обмотки управлени . МДС срабатывани дугогасительных контактов определ ют в момент изменени значени переходного сопротивлени от уровн разомкнутого состо ни (мегоомы) до уровн единиц ом; МДС срабатывани основных контактов определ ют в момент уменьшени переходного сопротивлени на один- два пор дка от предыдущего уровн (до дес тых-сотых долей ома); МДС отпускани основных контактов определ ют в момент изменени переходного сопротивлени от дес тых (сотых) долей ома до единиц ома, а МДС отпускани дугогасительных контактов определ ют, в момент изменени переходного сопротивлени от единиц ома до уровн разомкнутого состо ни . .

. Недостаток данного способа заключаетс в том, что он может быть реализован лишь дл тех герконов повышенной коммутируемой мощности, основной и дугогасительный контакты которых покрыты или выполнены из различных материалов, обладающих рко выраженным отличием в уровне переходного сопротивлени . Такое отличие наблюдаетс , например, при выполнении дугогасительных контактов из вольфрама, а основных из серебра. В этом

случае плавное, изменение тока управлени ведет к ступенчатому изменению уровн переходного сопротивлени при последовательном срабатывании или отпускании контактных пар, а это дзет возможность оп0 ределить соответствующие МДС их срабатывани и отпускани . Однако в р де случаев возникает необходимость выполнени контактных покрытий из различных материалов с близкими по значению уровн ми

5 переходных сопротивлений. Так, например, выполнение контактного покрыти основных контактов из никель-вольфрамового сплава взамен серебра способствует повышению устойчивости к залипанию геркона в

0 обесточенном состо нии (такой сплав уже слабо отличаетс по переходному сопротивлению от вольфрама). В этом случае замыкание или размыкание основной контактной пары не приводит к по влению сколько-ни5 будь заметного скачка в уровне переходного сопротивлени , а это не дает возможности достоверно определить МДС срабатывани и МДС отпускани указанной контактной пары.

0 Целью изобретени вл етс повышение достоверности определени МДС срабатывани и МДС отпускани герконов, содержащих основной и дугогасительный контакты.

Поставленна цель достигаетс тем, что при реализации способа определени МДС срабатывани и МДС отпускани геркона, содержащего основной и дугогасительный

0 контакты, включающего плавное увеличение тока управлени при срабатывании и плавное его уменьшение при отпускании, регистрацию состо ни основного и дугога- сительного контактов и измерение тока уп5 равлени в момент срабатывани и отпускани этих контактов, согласно изобретению в процессе изменени тока управлени регистрируют значени производной переходного сопротивлени геркона в фун0 кции указанного тока управлени , МДС сра- батывани дугогасительного контакта определ ют при вы влении первого ненулевого значени указанной производной, МДС срабатывани основного контакта оп5 редел ют при по влении последнего экстремума производной, МДС отпускани основного контакта определ ют при по влении первого ненулевого значени указанной производной, а МДС отпускани дугогасительного контакта определ ют при

по влении последнего экстремума производной .

Зависимость производной переходного сопротивлени геркона по току управлени от указанного тока позвол ет четко определить моменты срабатывани и отпускани основной и дугогасительной пар контактов с любым покрытием, следовательно, предложенный способ более достоверен по сравнению с прототипом.

В просмотренных источниках информации признаков, сходных с отличительными признаками за вленного способа, не обнаружено , что говорит о соответствии предложенного технического решени критерию существенные отличи .

Нафиг.1 показан конструкци геркона, содержащего основную I идугогасительную IJ контактные пары; на фиг. представлены экспериментальные зависимости производной переходного сопротивлени геркона по току управлени dR/dlynp от указанного тока lynp при плавном увеличении (фиг.2) и последующем уменьшении (фиг.З) последнего дл геркона типа МКА-52202 с дугогасительными контактами, выполненными из вольфрама, и с основными контактами , покрытыми никель-вольфрамовым сплавом.

На фиг.4 представлена одна из возможных схем, позвол юща реализовать предлагаемый способ.
Способ может быть реализован следующим образом.

В катушку управлени (фиг.4), внутри которой расположен исследуемый геркон 2 (фиг.4), подают ток управлени , плавно увеличивают его от нулевого значени и измер ют при этом соответствующие значени производной переходного сопротивлени геркона в функции указанного тока. Сказанное можно осуществить любым из известных способов, например, подключив контакты геркона к источнику тока, измер падение напр жени на них и дифференциру последнее с помощью стандартного дифференцирующего звена 3 (фиг.4), В момент по влени первого ненулевого значени упом нутой производной (точка А на фиг.2), которое можно зафиксировать с помощью регистрирующего прибора 4 (фиг,4) (например, графопостроител ), измер ют по амперметру 5 значение тока управлени и по нему вычисл ют МДС срабатывани дугогасительных контактов (И на фиг.1). В процессе дальнейшего увеличени тока управлени по регистрирующему прибору 4 (фиг.4) контролируют поведение исследуемой производной и в момент по влени последнего экстремума (точка Б на фиг.2) по

амперметру 5 (фиг.4) фиксируют значение упом нутого тока, по которому вычисл ют МДС срабатывани основных контактов (I на фиг.1). После некоторого дальнейшего

5 увеличени тока управлени начинают его плавное снижение, продолжа контролировать поведение исследуемой производной. При по влении первого ее ненулевого значени (точка В на фиг.З) измер ют ток управ0 лени и по нему определ ют МДС отпускани основных контактов, а при по влении последнего экстремума производной в процессе последующего уменьшени тока управлени измер ют значение тока и по

5 нему определ ют МДС отпускани дугогасительных контактов (точка Г на фиг.З).
Сущность физических процессов, происход щих при таком измерении, заключаетс в следующем.

Увеличение тока управлени от нулевого значени до момента замыкани .дугогасительных контактов не вызывает изменени сопротивлени геркона в разо5 мккутом состо нии, которое практически равно бесконечности, поэтому значение dR/dlynp до указанного момента равно нулю . В момент первого касани дугогасительных контактов переходное сопротивление

0 геркона резко уменьшаетс , что приводит к по влению ненулевого значени dR/dlynp, по наличию которого и можно определить МДС срабатывани дугогасительных контактов . В механическом отношении указан5 ное срабатывание означает, что подвижна контакт-деталь геркона помимо заварки приобретает дополнительную точку опоры на дугогасительную контактную пару, при этом последующее увеличение тока управ0 лени приводит к постепенному увеличению прогиба подвижной контакт-детали в направлении неподвижной контакт-детали относительно двух точек опоры до момента срабатывани основных контактов. Увели5 чение упом нутого прогиба и уменьшение рассто ни между основными контактами происходит при фиксированном положении конца подвижной контакт-детали в месте заварки, в то врем как ее противополож0 ный конец в месте контактировани дугогасительных контактов постепенно перемещаетс относительно места контактировани неподвижной контакт-детали.

5 Сказанное приводит к тому, что при плавном увеличении тока управлени от момен- та первого замыкани дугогасительных контактов до момента замыкани основных . контактов переходное сопротивление геркона из-за посто нного изменени положе- ни точек контактировани дугогасительной

контактной пары мен етс , увеличива сь или уменьша сь в зависимости от состо ни поверхности, наличи микровыступов, трещин , пленок и т.п. Чередующиес увеличени и уменьшени значени переходного сопротивлени геркона при увеличении тока управлени привод т к тому, что производна dR/dlynp регул рно мен ет знак, и этот процесс нетрудно фиксировать с помощью какого-либо регистрирующего прибора (например, графопостроител , осциллографа и т.п.). Замыкание основных контактов при увеличении тока управлени приводит к прекращению относительного перемещени контактных поверхностей ду- погасительной пары, и стабилизации.переходного сопротивлени геркона, вследствие чего dR/dlynp принимает нулевое значение. Следовательно, момент последнего экстремума величины dR/dlynp соответствует срабатыванию основных контактов , а измеренное при этом-значение тока управлени позвол ет определить МДС- срабатывани основных контактов геркона . .-.. . .

Физические процессы, происход щие при плавном уменьшении тока управлени и позвол ющие определить МДС отпускани основных и дугогасит-ельных контактов, аналогичны указанным выше, но происход т в обратном пор дке.

Экспериментальна проверка показала , что точность измерени МДС срабатывани и МДС отпускани герконов, имеющих существенное отличие в переходных сопротивлени х основной и дугогасительной контактных пар, по предлагаемому способу соответствует точности прототипа, а дл случа , когда разница между переходными сопротивлени ми указанных контактных пар незначительна, точность предлагаемого способа не мен етс , в то врем как измерение по прототипу неосуществимо,

Таким образом, предложенный способ позвол ет определить МДС срабатывани и МДС отпускани геркона с покрыти ми основой и дугогасительной контактных пар,

выполненными из любого требуемого материала не зависимо от того, существует или нет разница в уровне переходного сопротивлени упом нутых контактных пар. Следовательно , предложенный способ

обладает повышенной достоверностью дл герконов, имеющих несущественное отличие в уровне переходных сопротивлений основной и дугогасительной контактных пар, и по крайней мере не худшей достоверностью , чем в прототипе, дл тех герконов. у которых упом нутое отличие существует. Формула, изобретени — Способ определени МДС срабатывани и МДС отпускани геркона, содержаще

го основной -и дугогасительный контакты, включающий плавное увеличение тока управлени при срабатывании и плавное его уменьшение при отпускании, регистрацию состо ни основного и дугогасительного

контактов и измерение тока управлени в момент срабатывани и отпускани этих контактов, о т пинающийс тем, что, с целью повышени достоверности. в процессе изменени тока управлени регистрируют значени производной переходного

сопротивлени геркона в функции указан ного тока управлени , МДС срабатывани
дугогасительного контакта определ ют при
по влении первого ненулевого значени

указанной производной, МДС срабатывани основного контакта определ ют при по- влении последнего экстремума производной, МДС отпускани основного контакта определ ют при по влении первого ненулевого значени указанной производной , а МДС отпускани дугогасительного контакта определ ют при по влении последнего экстремума производной .

Герконы

Электрические параметры герконов следует измерять при нормальных климатических условиях, в режимах и условиях, установленных в технических условиях на герконы конкретных типов.

При проведении измерений должны быть приняты меры к устранению влияния паразитных внешних магнитных и электри­ческих полей или к их уменьшению, а также не должна возникать вибрация гер­конов, вызывающая изменение параметров.

При измерении электрических параметров геркон должен управляться измерительной катушкой без ферромагнитных мате­риалов. Требования к измерительной катушке и положение геркона в ней должны соответствовать установленным в ТУ на герконы конкретных типов.

Измерение магнитодвижущей силы срабатывания, отпускания и коэффициента возврата

Погрешность измерения.за счет влияния внешних элек­трических и магнитных полей не должна превышать 0,5А и не должна быть более 2%.

МДС срабатывания определяют по значению тока, про­текающего через измерительную катушку в момент срабатывания геркона. МДС отпускания определяют по значению тока, проте­кающего через измерительную катушку в момент опускания гер­кона. Коэффициент возврата определяют как отношение МДС от­пускания к МДС срабатывания.

Момент срабатывания и опускания герконов под воз­действием управляющего магнитного поля определяют методом контроля состояния цепи геркона. При определении МДС срабатывания и МДС отпускания через контакт-детали геркона должен проходить постоянный ток

МДС срабатывания и МДС отпускания измеряют на установке:

МДС срабатывания и МДС отпускания геркона изме­ряют при плавном измерении тока в измерительной катушке. Ток в катушке повышают со скоростью не более 5 А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС насыщения; МДС насыщения равно 2,2 значения наибольшего МДС срабатывания для группы герконов. При МДС насыщения геркон выдерживают в течение времени t_H, равному не менее 20 мс.

Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС удерживания. Далее со скоростью не более 1 А-мс -1 до отпускания геркона. Момент отпускания фиксируют. Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5 А-мс -1 до нулевого значения. Геркон выдерживают без тока в катушке в течение времени не менее 20 мс.

Ток в катушке повышают со скоростью не более 5 А ; мс -1 от нулевого значения до значения, обеспечивающего МДС несраба­тывания. Переходят к скоросте не более 1 А-мс -1 до срабатывания геркона. Момент срабатывания фиксируют. При несрабатывании геркона тока в катушке повы­шают до максимального значения МДС срабатывания для данной группы герконов. Если последним измеряемым параметром является МДС, то ток в катушке скачком уменьшают до нулевого значения или про­должают измерение следующего параметра.

МДС (А) определяют по формуле: МДС = Iкат · Nкат

где Iкат — ток через катушку в момент фиксации срабатывания/отпускания; N — число витков измерительной катушки (5000).

Коэффициент возврата определяют по формуле:

Кв = МДС отп / МДС сраб

Относительная погрешность измерения МДС срабатывания и МДС отпускания не должна выходить за пределы ±1 А при из­мерении МДС до 20 А, ±2 А — от 20 до 80 А и ±5% —свыше 80 А с вероятностью не менее 0,95.

Измерение временных параметров

Временные параметры, определяют измерением интерва­лов времени в соответствии с временными диаграммами срабатывания и отпускания геркона.

Генератор прямоугольных импульсов тока должен обеспечивать на выходе одиночные импульсы или серию импуль­сов с длительностью фронтов, измеренных между уровнями 0,1 и 0,9 их амплитуды, не более 50 мкс на активной нагрузке и ампли­тудой, обеспечивающей в измерительной катушке рабочую МДС. Измеряют интервалы времени срабатывания и отпускания. При измерении времени дребезга не учитывают разрывы цепи менее 10 мкс.

Измерение электрического сопротивления

Сопротивление геркона измеряют при замкнутых кон­такт-деталях с помощью четырехпроводного подключения (токо­вого и потенциального) приборами непосредственного отсчета или методом вольтметра-амперметра на постоянном токе. Измерение сопротивления геркона проводят на уста­новке, электрическая структурная схема которой приведена ниже:

G — источник тока; PV1, PV2 — милливольтметры; R_K — калибро­ванный резистор; Е — испытуемый геркон.

Источник тока G должен удовлетворять следующем требованиям: обеспечивать ток в цепи гер­кона не более 0,1 А с погрешно­стью в пределах ±2,5%; иметь максимальное напряже­ние на разомкнутом герконе не более 6В.

Измерение влияния внешних электромагнитных полей

Измерительную катушку с герконом располагают в пространстве в трех взаимно перпендикулярных положениях и измеряют МДС срабатывания в каж­дом положении в двух направлениях (при втором измерении катушка распо­ложена так, что ее продольное поле повернуто на 180°).

Из полученных значений выбирают большее и меньшее. Разность между ними не должна превышать 0,5 А и быть не более 2%.

Принцип работы геркона

Геркон (сокр. герметизированный контакт) – электромагнитное устройство, управляемое магнитным полем.

Свою широкую распространённость герметизированный контакт приобрел благодаря своим защитным свойствам от вредной окружающей среды. Благодаря тому, что контакт герметизирован, его используют во взрывоопасных средах, там, где обычные контакты применять нельзя из-за возникающей искры.

Конструкция геркона

Конструктивно геркон состоит из двух ферромагнитных проводников, заключенных в герметичную стеклянную колбу.

Внутри стеклянной колбы (капсулы) может находиться инертный газ (например, азот). Благодаря азоту повышается предел максимально коммутируемого напряжения, появляется возможность использовать его в электрических цепях 220 В . Вместо инертного газа капсула может быть вакуумизирована. Это позволяет геркону работать при напряжении в тысячи вольт.

Проводящие контакты изготовлены из ферромагнетиков и могут иметь напыление из стойкого к эрозии металла: иридия, рутения или родия. Это напыление позволяет многократно увеличить количество срабатываний (до 5 миллиардов раз).

Существуют герконы со “смачиваемыми ” ртутью контактами. Ртуть обеспечивает надежность срабатывания контактов и уменьшает их дребезг. Но такие герконы требуют установки в правильном положении, так как в противном случае, капли ртути могут соединить контакты даже при отсутствии воздействия магнитного поля.

По типу срабатывания различают замыкающие, размыкающие и переключающие герконы.

Принцип работы

Принцип работы геркона прост, но есть свои нюансы. При воздействии магнитного поля (например, от постоянного магнита), контакты геркона поляризуются и срабатывают (замыкаются, размыкаются или переключаются). Надежность включения зависит от ориентации магнита, каким полюсом он будет повернут, и как он будет приближаться к геркону.

Где используют герконы?

Герконы используются повсюду, например, в вашем ноутбуке. Когда вы опускаете крышку, при касании о корпус, срабатывает геркон и ноутбук переходит в спящий режим.

Во второй половине 20-го столетия широкое применение получили герконовые реле. Они использовались там, где не требовались большие рабочие токи, обеспечивая при этом высокую производительность и долговечность. Чаще они использовались в телефонной связи, в системах подсчета, а также в лифтовой промышленности.

Герконы также используют как бесконтактные датчики в системах сигнализации на окнах и дверях, как датчики положения, концевые выключатели и т.д.

Как датчики положения герконы в настоящий момент используются редко, по тому что на смену пришли датчики Холла.

Основные параметры и характеристики

Коммутируемая мощность, Вт – максимально коммутируемая мощность, не вызывающая повреждение геркона.

Диапазон коммутируемых токов, А – значения постоянного или действительные значения переменного токов, в пределах которых, может работать геркон.

Магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания, А – величина характеристики магнитного поля, при которой происходит срабатывание геркона. Единицы измерения в системе СИ – Ампер-витки.

Магнитодвижущая сила (МДС) отпускания, А – МДС при которой происходит отпускание контактов геркона.

Время срабатывания, мс – время которое проходит от момента приложения магнитного поля до замыкания контактов.

Контактное сопротивление, Ом – сопротивление геркона в замкнутом состоянии.

Резонансная частота, Гц – частота колебаний геркона, при которой начинается вибрация контактов, что приводит к снижению напряжения пробоя.

Герконовые реле

Наименее надежным узлом электромагнитных реле яв­ляется контактная система. Электрическая дуга или искра, образующиеся при размыкании и замыкании контактов, приводят к их быстрому разрушению. Этому также способ­ствуют окислительные процессы и покрытие контактных поверхностей слоем пыли, влаги, грязи. Существенным не­достатком электромагнитных реле является и наличие трущихся механических деталей, износ которых также сказывается на их работоспособности. Попытки разместить контакты и электромагнитный механизм в герметизирован­ном объеме с инертным газом не приводят к положительным результатам из-за больших технологических и кон­структивных трудностей, а также из-за того, что контак­ты при этом не защищаются от воздействия продуктов износа и старения изоляционных материалов. Другим не­достатком электромагнитных реле является их инерцион­ность, обусловленная значительной массой подвижных де­талей. Для получения необходимого быстродействия при­ходится применять специальные схемы форсировки, что приводит к снижению надежности и росту потребляемой мощности.

Перечисленные недостатки электромагнитных реле при­вели к созданию реле с герметичными магнитоуправляе- мыми контактами (герконами).

Рис.11.1 Простейшее герконовое реле с симметричным замыкающим контактом

Рис. 11.2. Упрощенная картина магнитного поля геркона, управляемого обмоткой с током

1 и 2 через рабочий зазор б между ними и замыкается по воздуху вокруг обмотки 4. Упрощенная картина магнитно­го поля показана на рис. 11.2. Поток Ф при прохождении через рабочий зазор создает тяговую электромагнитную силу Рэ, которая, преодолевая упругость КС, соединяет их между собой. Для улучшения контактирования поверхно­сти’ касания покрываются тонким слоем (2—50 мкм) золо­та, родия, палладия, рения, серебра и др.

При отключении обмотки магнитный поток и электро­магнитная сила спадают и под действием сил упругости КС размыкаются. Таким образом, в герконовых реле от­сутствуют детали, подверженные трению (места крепления якоря в электромагнитных реле), а КС одновременно вы­полняют функции магнитопровода, токопровода и пружины.

В связи с тем что контакты в герконе управляются маг­нитным полем, герконьг называют магнитоуправляемыми контактами.

На основе герконов могут быть созданы также реле с размыкающими и переключающими контактами. В гер­коне с переключающим контактом (рис. 11.3, а) неподвиж­ные КС 1,3 и подвижный 2 размещены в баллоне 4. При появлении сильного магнитного поля КС 2 притягивается

Рис. 11.3. Переключающие герконы

к КС 1 и размыкается с КС 3. Один из КС переключаю­щего геркона (например, 2) может быть выполнен из не­магнитного материала (рис. 11.3,6). Герконовое реле (рис. 1.3, в) имеет два подвижных КС 1, 2, два неподвижных КС 5,6 и две обмотки управления 7, 8. При согласном включении обмоток замыкаются КС / и 2. При встречном включении обмоток КС 1 замыкается с КС 5, а КС 2 с КС 6. При отсутствии тока в обмотках все КС разомкнуты. Гер­коновое реле (рис. 11.3, г) имеет переключающий контакт 3 сферической формы. При согласном включении обмоток 7 и 8 контакт 3 притягивается к КС 1 и КС 2 и замыкает их. После отключения обмоток 7 и 8 и при согласном вклю­чении обмоток 9 и 10 контакт 3 замыкает КС 5 и КС 6.

Так как КС герконов выполняют функции возвратной пружины, им придаются определенные упругие свойства. Упругость КС обусловливает возможность их вибрации («дребезга») после удара, который сопутствует срабаты­ванию. Длительность такой вибрации достигает 0,25 мс при общем времени срабатывания 0,5—1 мс. Одним из способов устранения влияния вибраций является исполь­зование жидкометаллических контактов. В переключаю­щем герконе (рис. 11.4, а)

Рис 11.4 Ртутные герконы.

внутри подвижного КС 1 име­ется капиллярный канал, по которому из нижней части баллона 4 поднимается ртуть 5. Ртуть смачивает поверх­ности касания КС 1 с КС 2 или КС 3. В момент удара контактов при срабатывании возникает их вибрация. Из- за ртутной пленки на контактной поверхности КС 1 вибрация не приводит к разрыву цепи. В кон­струкции на рис. 11.4,6 между КС 2, КСЗ и ртутью 5 находится ферромагнитная изоляционная жидкость 6. При возникновении магнитного поля ферромагнит­ная жидкость 6 перемещается вниз, в положение, при котором поток будет наибольшим. Ртуть вытесняется вверх и замыкает КС 2 и КС 3. Следует отметить, что жидкометаллический контакт позволяет уменьшить переходное сопротивление и значительно уве­личить коммутируемый ток. На­личие ртути удлиняет процесс разрыва контактов, что уве­личивает время отключения реле.

Управление герконом можно осуществлять и с помощью постоянного магнита. Если постоянный магнит установлен вблизи геркона, его магнитный поток замыкается через КС, которые в результате этого находятся в замкнутом состоянии. Использование постоянного магнита совместно с управляющей катушкой позволяет создать герконовое реле с размыкающим контактом.

11.2. Основные соотношения параметров герконового реле с обмоткой

а) Электромагнитная сила в герконе. На упрощенной схеме замещения (рис. 1.5) магнитной цепи геркона, пока­занного на рис. 1.1, обозначены: —полная магнитная проводимость рабочего зазора с учетом потоков выпучи­вания; — проводимость пути магнитного потока по воздуху вне КС; — суммарная магнитная проводимость обоих КС; Ф —магнитный поток, созданный обмот­кой; F — МДС обмотки.

Рис.11.5. Упрощенная схема замещения магнитной цепи геркона. Рис.

11.6. Влияние смещения Z центра обмотки относительно цен­тра перекрытия КС на МДС сра­батывания геркона Fср.

Изменение магнитного потока вдоль КС показано на рис. 11.2. Вблизи рабочего зазора образуются заметные магнитные потоки выпучивания. В результате магнитный поток Ф в сечении КС уменьшается по мере приближения к зазору б. Наибольшего значения магнитный поток достигает при координате Z— Этот поток определя­ется уравнением

Для ненасыщенных КС проводимость велика и 1/ = 0.

При расчете электромагнитной силы, воздействующей на КС, можно воспользоваться формулой Максвелла либо энергетическим методом. Эта сила выражается че­рез конструктивные параметры уравнением

Где — магнитный поток в рабочем зазоре; а и b — раз­меры рабочего зазора (рис. 1.1,б); — коэффициент неравномерности поля в рабочем зазоре.

Иногда с целью регулировки МДС срабатывания центр рабочего зазора геркона и центр обмотки 0 смещается на расстояние Z (рис. 1.6).

где L — полная длина геркона; — периметр поперечно­го сечения КС; — внутренний диаметр обмотки управ­ления; — длина обмотки; — средняя длина витка обмотки; Q — площадь поперечного сечения обмотки.

Проводимость рекомендуется определять с учетом выпучивания по формуле [1.1]

Зависимость имеет вид гиперболы (рис. 11.7).

Противодействующая сила создается упругостью КС и оп­ределяется формулой

где с — эквивалентная жесткость КС, представляющая со­бой жесткость контактной системы, в которой один КС не­подвижен, а второй перемещается,

— жесткость первого и второго КС; начальный за­зор между концами КС; — текущее значение зазора. Для симметричного геркона и

Рис. 11.7. Тяговые и противодействующая характеристики геркона:

— МДС срабатывания и отпускания, .

На рис. 11.7 представлены электромагнитные тяговые и противодействующая характеристики гер­кона. При равновесное состояние определяется точкой А. При дальнейшем увеличении МДС, точки равновесия поднимаются. При МДС, равной МДС срабатывания , и зазоре (точка Б) происходит срабатывание и замыкание КС реле. Зазор называется зазором срыва КС переходят в конечное положение,

Рис. 11.8. Изменение тока управ­ления и тока в нагрузке при срабатывании геркона.

определяемое зазором , который определяется тол­щиной контактного покрытия и неровностями контактной поверхности. Разность между конечной электромагнитной силой и конечной силой пружины определяет контактное нажатие. Для надежного срабатывания необходимо, чтобы .

Минимальная МДС срабатывания реле имеет место, когда зазор между КС геркона расположен посередине обмотки. Зависимость от положения обмотки управления относительно рабочего зазора герко­на показана на рис. 11.6. Здесь — номинальная МДС срабатывания при Z=0. Следует отметить, что на чувствительность реле влияет также длина обмотки в определенных пределах значения при не­изменности сечения приводит к увеличению магнитного потока в рабочем зазоре геркона и уменьшению МДС сра­батывания.

Изменение тока управления обмотки и коммутируе­мого тока показаны на рис. 11.8. Обмотка управления включается в момент времени — Начало быстрого движе­ния КС (после прохождения зазора на рис. 1.7) обусловливает уменьшение скорости нарастания то­ка (точка а на рис. 11.8). В момент времени контак­ты касаются и вибрируют до момента времени . В интер­вале от до контакты не размыкаются, но ток меняет­ся из-за изменения контактного нажатия и вызванного этим изменения переходного сопротивления (шум контак­тов).

В отличие от электромагнитных реле обычного типа, у которых контактное нажатие зависит только от парамет­ров контактной пружины, контактное нажатие герконовых реле зависит от МДС обмотки и увеличивается с ее ростом.

Для размыкания контактов герконового реле необходи­мо, чтобы тяговая характеристика опустилась ниже точки В (см. рис. 11.7). Коэффициент возврата герконового реле равен — МДС отпускания.

Если увеличивается толщина немагнитного контактно­го покрытия , то МДС срабатывания не изменяется, так как начальный немагнитный зазор остается без из­менения, а МДС увеличивается, поскольку возраста­ет при этом коэффициент возврата увеличивается. По сравнению с обычными электромагнитными реле он значи­тельно выше и иногда доходит до 0,9. Из-за технологиче­ских погрешностей коэффициент возврата, как и другие характеристики герконовых реле, имеет довольно большой разброс и у одного и того же типа реле может колебаться от 0,3 до 0,9.

б) Время срабатывания герконового реле. После под­ключения обмотки реле к источнику напряжения ток начинает нарастать в соответствии с рис. 1.8. Движение КС геркона начинается практически сразу же после вклю­чения обмотки и длится до тех пор, пока зазор не достиг­нет значения зазора срыва (см. рис. 1.7). После достижения КС быстро замыкаются. Скорость переме­щения подвижного КС на участке намного выше, чем на участке Изменение воздушного зазора и связанное с этим изменение магнитной проводимости приводит к тому, что индуктивность обмотки изменяется на протяжении всего времени срабатывания и особенно резко — после прохождения точки срыва, т. е. после В результате увеличения индуктивности скорость нараста­ния тока и его значение уменьшаются (момент времени от до на рис. 1.8). Аналитический расчет времени сра­батывания герконового реле очень сложен. В основном он заключается в расчете времени изменения зазора от до . Для герконового реле, у которого длина КС одинако­ва, время с момента включения обмотки до первого каса­ния контактов можно определить с помощью уравнения

где m — эквивалентная масса подвижной части КС; А — постоянная, определяемая размерами, материалом и жесткостью КС.

Введение понятия эквивалентной массы вызвано различной траекторией движения для различных точек под­вижного КС. По опытным данным, это значение составляет 25 % перемещающейся массы подвижного КС.

11.3. Конструкция герконовых реле:

Конструкция герконового реле, показанная на рис. 1.9,а, имеет разомкнутую магнитную цепь. По этой при­чине большая доля МДС катушки расходуется на прове­дение магнитного потока по воздуху. Кроме того, такая конструкция подвержена воздействию внешних магнитных

Рис.11.9. Конструктивные выполнения герконовых реле

полей, создаваемых расположенными рядом электротехни­ческими устройствами. Конструкция по рис. 11.9, а может и сама явиться источником электромагнитных помех для этих устройств. Для устранения этого недостатка магнит­ная система герконового реле заключается в кожух (эк­ран) из магнитомягкого материала (рис. 11.9, б, в). При этом увеличивается магнитная проводимость и снижа­ется МДС срабатывания. С целью увеличения эффектив­ности экрана паразитный зазор е (рис. 11.9,б) стараются уменьшить либо увеличить его площадь (рис. 11.9, в). Ре­гулирование значений МДС срабатывания и отпускания в условиях серийного производства может производиться за счет либо изменения зазора е (рис. 11.9, б), либо изме­нения положения магнитного шунта (рис. 11.9, г), либо осевого смещения геркона в обмотке (рис. 11.6). Герконы могут быть установлены как внутри (рис. 11.10, а), так н снаружи управляющей обмотки (рис. 11.10,6).

Рис. 11.10 Многоцелевые герконовые реле:

а — герконы расположены внутри катушки, б — герконы нахо­дятся вне катушки

Условия работы герконов в многоцелевых герконовых реле характеризуются следующими особенностями. Во-пер­вых, даже герконы одного типа и из одной партии имеют технологический разброс по МДС срабатывания и МДС отпускания Во-вторых, из-за неравномерности магнитного Поля первым срабатывает геркон, находящийся в области с большей напряженностью поля. В-третьих, срабатывание одного геркона приводит к магнитному шунтированию Других, в результате МДС срабатывания второго геркона после срабатывания первого увеличивается. В этом отно­шении конструкция с внешним расположением герконов (рис. 11.10,6) предпочтительнее, чем с внутренним, так как обеспечивает меньшее взаимное влияние соседних гер- конов. Число герконов в одном реле может достигать 12 и более. По перечисленным причинам разные контакты мно­гоцелевых герконовых реле замыкаются и размыкаются неодновременно, что является их недостатком по сравне­нию с электромагнитными реле обычного типа.

Герконовые реле разнообразны по конструкции и на­значению. На рис. 1.11 показан принцип действия герконового реле тока.

Рис. 11.11. Реле тока на герконе

В реле контроля большого тока ис­пользуется компоновка, по­казанная на рис. 11.11. Кон­тролируемый ток 1 проходит по шине 1, Магнитное поле этого тока замыкается вокруг шины и по КС геркона 2. Ток срабатывания геркона может регулироваться за счет изменения угла а и рас­стояния х между шиной и герконом. Наименьший ток срабатывания имеет место при а=90°. При а = 0 геркон не срабатывает при любом значении тока, так как магнит­ный поток в направлении продольной оси КС равен нулю.

Если кроме основного поля управления (МДС ) соз­дать дополнительное поляризующее магнитное поле за счет специальной обмотки (МДС ) или постоянного маг­нита (рис. 11.12), то герконовое реле становится поляри­зованным. Если , то под действием МДС , кон­такты геркона замкнутся. Для размыкания контактов МДС обмотки управления должна быть меньше и иметь об­ратный знак. Если продолжать увеличивать , то при оп­ределенном ее значении произойдет повторное замыкание контактов геркона. В общем случае можно написать

где МДС поляризации , может быть положительной (совпадать по знаку с ) или отрицательной. В послед­нем случае

Для отпускания геркона имеем

Рис 11.12 Характеристики поляризованного герконового реле

Влияние поляризующего поля на МДС срабатывания и отпускания показано в табл. 11.1.

Зависимость и от (рис. 11.12) представлена Прямыми ABC и DEF.

11.4. Управление герконом с помощью постоянного магнита:

Управлять состоянием геркона можно с помощью не только магнитного поля, создаваемого катушкой управле­ния, но и поля постоянного магнита. Такой способ широко используется в современных слаботочных аппаратах управления (тумблеры, переключатели, кнопки, командоаппараты) и контрольно-измерительной аппаратуре (сиг­нализаторы положения, конечные выключатели, датчики). Состояние геркона изменяется при приближении или уда­лении от него постоянного магнита. При приближении по­стоянного магнита на расстояние (см. рис. 1.6) его маг­нитный поток начинает замыкаться по КС. Под воздейст­вием усилия, созданного этим потоком, КС сблизятся и зазор между ними уменьшится от до (точка А).

При дальнейшем уменьшении х усилие, создаваемое по­стоянным магнитом, увеличится и характеристика под­нимется. При КС замыкаются. Для обеспечения за­паса по усилию координата берется меньше . Мини­мальное контактное нажатие при равно .

Отпускание геркона происходит при увеличении коор­динаты х до значения .

Постоянный магнит может подходить к геркону так, что его ось намагничивания будет параллельна оси МК. В этом случае геркон реагирует на тангенциальную состав­ляющую индукции поля постоянного магнита (рис. 11.13, а). Изменение при перемещении магнита показа­но на том же рисунке. Срабатывание геркона наступает в точках . Таким образом, при движении магнита в направлении, указанном стрелкой, возможно трехкратное срабатывание (точки ) и отпускание (точки ) Первое срабатывание происходит в точке .

Рис. 11.13. Влияние тангенциальной (а) и нормальной (б) составляющих магнитного поля магнита на работу геркона

Если ось намагничивания магнита перпендикулярна оси МК (рис. 1.13,6), то при движении магнита в указанном стрелкой направлении происходит двукратное срабатыва­ние геркона, который реагирует на нормальную составляю­щую напряженности поля.

Для устройств, управляемых постоянным магнитом, ос­новными параметрами являются:

а) координата срабатывания , определяющая рас­стояние между магнитом и герконом в момент срабаты­вания;

Рис. 11.14. Дифференциал хода d и зона включенного состояния геркона

б) координата отпускания , определяющая расстоя­ние между магнитом и герконом при отпускании;

в) дифференциал хода d, представляющий собой раз­ность координат

г) зона включенного состояния , составляющая

Перечисленные выше характеристики поясняются рис.

В точке А геркон 1 срабатывает, а в точке Б — от­пускает при реверсивном перемещении управляющего эле­мента— постоянного магнита N (рис. 1.14, а) и при отсутствии реверса (рис. 1.4,6). Величины d и в большинст­ве случаев должны быть минимальны, так как большая величина d увеличивает зону нечувствительности контроль­но-измерительной аппаратуры. При большом количестве герконов они могут быть установлены по окружности (рис.а). Постоянный магнит 1 укреплен на вращающемся рычаге и поочередно замыкает герконы 3, 2, 4. Для уменьшения зоны включенного состояния Лаг герконы помещены в магнитные экраны 5. Влияние толщины экрана на работу геркона показано на рис. 11.15, б.

Рис. 11.15.Работа герконов в многоконтактных переключателях:

а — расположение герконов и постоянного магнита; б — зависимость зоны вклю­ченного состояния (угла ) от толщины экрана

Рис. 11.16. Управление герконом с помощью ферромагнитного экрана:

а — геркон 1 срабатывает при удалении экрана 4 от постоянного магнита 2; б — геркон 1 срабатывает при приближении к постоянным магнитам 2 и 3 экра­на 4; в —геркон 1 срабатывает при удалении экрана 4 из зазора между герко­ном и постоянным магнитом 2

Следует отметить, что при наличии постоянного магни­та управление герконом может производиться за счет пе­ремещения ферромагнитного экрана (рис. 11.16)

11.5. Герконовые реле с памятью:

Простейшее герконовое реле с магнитной памятью по­казано на рис. 1.17, а. Два элемента магнитной памяти (ЭМП) 1 и 1′ примыкают к КС геркона 3. ЭМП выполня­ются из так называемых реманентных материалов. Эти ма­териалы характеризуются прямоугольностью петли гисте­резиса, достаточно высокой остаточной индукцией и боль­шой магнитной энергией. В отличие от магнитотвердых сплавов, используемых для изготовления постоянных маг­нитов, реманентные материалы обладают очень малым вре­менем перемагничивания, находящимся в пределах 10— 50 мкс. Остаточный магнитный поток, создаваемый ЭМП, может быть использован для удержания герконов в замк­нутом состоянии после обесточивания обмоток управления. Реле с магнитной памятью часто называют ферридами. При появлении управляющего импульса и согласном включении обмоток 2 и 2′ создаваемый ими магнитный поток проходит через КС и оба ЭМП, которые намагничиваются. После прохождения импульса КС притягиваются за счет потока остаточной индукции ЭМП. Для отключения реле в обмот­ку 2 подается импульс тока той же полярности и амплиту­ды, а в обмотку 2′ — той же амплитуды и обратной поляр­ности. За счет разности МДС обмоток происходит размаг­ничивание ЭМП и уменьшение магнитного потока в зазоре между КС, и они размыкаются. Для надежного управле­ния длительность импульса тока срабатывания берется равной 100—300 мкс.

Рис. 11.17. Герконовые реле с магнитной памятью

Для уменьшения минимально необходимого импульса МДС отпускания устанавливается магнитомягкий шунт 4 в зоне рабочего зазора геркона (рис. 11.17,6). При подаче разнополярных импульсов в обмотки 2 и 2′ магнитный по­ток замыкается через КС, магнитный шунт 4 и ЭМП, ми-

Рис. 11.18. Зависимости длительности импульса МДС срабатыва­ния (а), количества электричества Q и потребляемой энергии А(б) от амплитуды МДС .

нуя рабочий зазор геркона. При подаче импульса на сра­батывание реле происходит намагничивание ЭМП, сбли­жение КС. После их соударения начинается вибрация кон­тактов, которая длится 0,5—2,5 мс. Общее время срабаты­вания реле с памятью 1—З мс. У гезаконов (рис. 11.20) оно меньше (1—2 мс).

Амплитуда импульса МДС срабатывания зависит от его длительности (рис. 1.18, а). Чем больше амплитуда , тем меньше потребная длительность импульса . На рис. 11.18,б представлена зависимость энергии А и ко­личества электричества Q от амплитуды МДС. Здесь

— количество электричества, необходимое для сра­батывания реле при заданной амплитуде МДС; — энергия, затраченная источником питания при срабатывании реле. Для каждого реле с памятью существует оптимальное значение амплитуды импульса , при котором энергия А и количество электричества Q имеют минимальное значе­ние. Эти величины особенно важны при питании феррида от маломощного источника (конденсатора или аккумуля­тора).

Длительность импульса отпускания зависит от ам­плитуды и длительности импульса срабатывания. Чем больше и , тем больше остаточная индукция. Для отпускания реле требуются большие значения и длительности импульса .

Герконовое реле с магнитной памятью и переключающи­ми контактами (рис. 1.19) имеет два ЭМП 1 и и две обмотки управления и . При согласном включении об­моток и подаче на них импульсов одинаковой полярности

Рис. 11.19 Mногоцепевое герконовое реле с магнитной памятью

магнитный поток, созданный ЭМП 1 и проходит через КС герконов и , и они замыкаются. По КС герконов и магнитный поток не проходит, так как в месте их расположения магнитные потоки от ЭМП 1 и 1′ встречны. После прохождения управляющего импульса герконы и остаются замкнутыми, а и — разомкнутыми. При лодаче на обмотку импульса того же знака, а на обмот­ку такого же импульса обратного знака происходит из­менение направления намагничивания ЭМП При этом магнитные потоки проходят через рабочие зазоры герко­нов и и не проходят через рабочие зазоры герконов и , которые размыкаются благодаря упругим свойствам КС.

В герконовом реле, показанном на рис. 11.19,6, возмож­ны 16 комбинаций замкнутых и разомкнутых герконов в за­висимости от того, какие обмотки включены. Например, ес­ли все обмотки включены так, что создаваемые ими потоки направлены от центра к периферии, то все герконы будут разомкнуты.

Реле с магнитной памятью могут быть построены на базе специальных герконов, в которых ЭМП частично или полностью расположены внутри баллона. Такие герконы иногда называются гезаконами (герметичными запоминаю­щими контактами). Возможные исполнения гезаконов по­казаны на рис. 11.20. Для исполнения по рис. 11.20, а кон­тактные сердечники 1 и 2 изготавливаются из реманентных материалов 35КХ12, 35КХ15, 40КНБ (сплавы кобальта и хрома) и выполняют функции ЭМП. Соединительные пластины 6 соединяют выводы геркона с КС 1 и 2.

Рис. 11.20. Конструкция гезаконов:

1, 2, 8—контактные сердечники; 3 — баллон; 4, 5—выводы; 6 — соединительная пластина; 7 — постоянный магнит; 9, 10 — ЭМП

В исполнении по рис. 11.20,6 из реманентного материала выполнен только КС 2. На баллоны гезаконов устанавливаются две обмотки управления. При согласном включении обмоток КС намагничиваются и замыкаются. Для размыкания необхо­димо при последующем включении изменить полярность импульса в одной из обмоток, что приводит к размагничи­ванию КС.

В случае рис. 11.20, в управление происходит от одного источника разнополярных импульсов. Через вывод 1 замы­кается поток поляризующего постоянного магнита 7. При подаче управляющего импульса, создающего магнитное по­ле, согласное с магнитным полем постоянного магнита, эти поля складываются и КС замыкаются. При подаче встречного импульса КС размагничиваются и размыка­ются.

Переключающий гезакон (рис. 11.20, в) имеет две об­мотки управления. При согласном включении обмоток КС

1 и 2 намагничиваются согласно и КС 8 притягивается к КС 2. При изменении полярности импульса в одной из обмоток меняется направление намагниченности одного из КС и КС 8 притягивается к КС 1.

В гезаконе на рис. 1.20, г ЭМП выполнены в виде тру­бок 9, 10, надеваемых на КС 1 и 2. При согласном вклю­чении обмоток управления трубки ЭМП 9 я 10 намаг­ничиваются согласно и КС замыкаются. Для отключе­ния геркона в одной из обмоток надо поменять полярность импульса.

11.6. Герконы с большой коммутационной способностью:

С целью увеличения коммутируемого тока и коммути­руемой мощности в конструкцию герконов можно ввести дугогасительные контакты (рис. 11.21, а). В стеклянном корпусе 6 укреплены подвижный КС 1 и неподвижный КС 2. Пластина 5, выполняющая функцию дугогасительно- го контакта, упирается в КС 1, благодаря чему создается ее упругая деформация. При включении вначале замыкают­ся дугогасительные контакты 3 и 4, причем контактное на-

Рис. 11.21. Силовые герконы

жатие на них появляется сразу благодаря предварительной упругой деформации пластины 5. При этом снижается виб­рация контактов 3 я 4. Затем замыкаются главные кон­такты 1 и 2. При отключении вначале размыкаются глав­ные контакты / и 2, а затем дугогасительные 3 и 4. Дугогасительные контакты выполняются из эрозионно-стойкого материала (вольфрама и др.).

В другом варианте конструкции силового геркона (рис. 11.21, б) функции главных контактов выполняются КС 1 и 2. Отверстие 7 в КС 2 приводит к быстрому насыщению ма­териала. При этом магнитный поток из КС 2 переходит в перемычку 1 и КС 1 притягивается к КС 2. Сначала за­мыкаются дугогасительные контакты 3, 4, затем главные 1 и 2.

В настоящее время разработаны и внедрены так назы­ваемые герсиконы (герметичные силовые контакты). На рис. 1.22 показан контактор на основе герсикона типа КМГ-12. Токоведущая цепь герсикона состоит из токопод- водов 1 и 2, гибкой связи 3, подвижного контакта 4 и регу­лируемого неподвижного контакта 5. Электромагнитный узел состоит из сердечника 6, обмотки 7, полюсов 8, 9, на­бора ферромагнитных пластин 10 и упора 11. Пластины 10 крепятся к полюсу 8 с помощью винта 12. Коммутирующая часть аппарата находится внутри герметичного керамиче­ского корпуса 13, заполненного инертным газом. Нажатие контактов регулируется в процессе сборки путем измене­ния положения неподвижного контакта 5. После регулиров­ки контакт 5 пропаивается.

Рис. 1.22. Герсиконовый контактор

Герсиконы типа КМГ-12 выпускаются на номинальный ток 6,3, включаемый ток до 180, отключаемый ток 63 А, максимальная мощность двигателя, который может запус­каться в режиме АС-3 при напряжении 380 В, равна 3 кВт при частоте включения до 1200 в час. Механическая и ком­мутационная износостойкость при мощности двигателя 1,8 кВт составляет 107 циклов. При постоянном токе 1 А и напряжении 220 В коммутационная износостойкость до­стигает 3-Ю6 циклов. Время срабатывания не более 20 мс. Как показали исследования, максимальный ток герсиконов может быть доведен до 100 А при напряжении 380 В. Высо­кая надежность и простота конструкции делают герсиконы весьма перспективными для применения в коммутационных электрических аппаратах.

11.7. Расчет обмоток герконовых реле:

Важнейшим параметром геркона, который приводится в его паспорте, является МДС срабатывания Fcp, по значе­нию которой можно определить параметры обмотки. Рас­четная МДС обмотки

Где — коэффициент запаса, учитывающий тех­нологические разброс параметров геркона, допустимые ко­лебания питающего напряжения и изменение сопротивле­ния обмотки при нагреве; — коэффициент, учитывающий взаимное влияние совместно установленных герконов. По

опытным данным, , где n — число герконов в реле.

Рассмотрим случай, когда обмотка питается от источ­ника напряжения.

где — удельное сопротивление материала провода об­мотки в горячем состоянии; — средняя длина витка об­мотки; U — напряжение источника.

Удельное сопротивление находим по формуле:

Для медного провода = 0,0175 Ом м при темпе­ратуре °С; — температура окружающей среды, °С, — допустимое превышение температу­ры обмогки, °С; =0,004 1/°С. средняя длина витка

где — внутренний диаметр обмотки;

— диаметр баллона геркона; — зазор между балло­ном и каркасом; — толщина каркаса катушки управ­ления; — радиальная толщина обмотки.

Согласно рекомендациям для получения мини­мальной МДС срабатывания площадь сечения обмотки Q нее радиальная толщина — выбираются по соотношениям

где d —диаметр стержня КС; L — длина геркона.

Ориентировочно длина обмотки . Най­денный диаметр округляется до стандартной величины.

Число витков обмотки

Коэффициент заполнения обмотки медью берется по табличным данным для принятого .

Расчет превышения температуры обмоток для устано­вившегося режима ведется по формуле

где — коэффициент теплоотдачи (): — поверхность охлаждения обмотки; Р — мощность выделяемая в обмотке,

Диаметр провода проверяем из условий нагрева в установившемся режиме

После выбора проводим поверочный расчет F и с учетом коэффициента заполнения . Если обмот­ка работает в режиме кратковременного включения, то до­пустимое время включения

где — допустимое превышение температуры; Т — посто­янная времени нагрева обмотки.

где с — удельная теплоемкость материала провода [для ме­ди ]; G — масса провода, кг; — плот­ность материала провода, (для меди ).

11.8. Преимущества и недостатки герконов. герконы, выпускаемые отечественной промышленностью:

[1]. Благодаря полной герметизации герконы обладают

следующими преимуществами: возможность работы в ус­

ловиях повышенной влажности, запыленности и т. п. при низком переходном сопротивлении в замкнутом положении (0,01—0,001 Ом) и малом падении напряжения на кон­тактах;

2. Простота конструкции, малые масса и габариты, что позволяет автоматизировать их производство и снизить стоимость изготовления;

3. Высокое быстродействие (время срабатывания и от­пускания 1—3 мс), что позволяет использовать герконы при частоте коммутаций до 1000 в секунду;

4. Отсутствие трущихся деталей и сложных кинематиче­ских пар обеспечивает надежную работу герконов в тече­ние 106—108 циклов;

5. Высокая электрическая прочность междуконтактного промежутка;

6. Гальваническая развязка цепей управления и комму­тируемых цепей;

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

9. Надежность работы в широком диапазоне температур (от —60 до +120 °С);

10. Удобство согласования с современными изделиями микроэлектроники.

Возможность работы от кратковременных импульсов (но не менее 10 мкс) и малая энергия, потребляемая при таком управлении, позволяют широко использовать герконы как выходные (усилительные) элементы в серии полупроводни­ковых элементов «Логика И».

Герконы имеют следующие недостатки:

1. Сравнительно низкая чувствительность по МДС управ­ления;

2. Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует специальных мер по защите от их воздействия;

3. Хрупкость стеклянного баллона, чувствительность к ударам и вибрациям, что требует специальных мер по амортизации места установки герконов;

4. Значительное время вибрации контактов, которое мо­жет составлять до половины времени срабатывания;

5. Малая мощность коммутируемых цепей;

6. Возможность самопроизвольного размыкания кон­тактов при больших токах;

7. Недопустимое размыкание и замыкание контактов при питании обмотки током низкой частоты;

8. Значительный технологический разброс параметров.

Преимущества и недостатки герконов предопределили их область применения. Они широко используются в схе­мах автоматики и защиты как логические элементы, преоб­разователи неэлектрических величин в электрические, как электромеханические усилители сигналов между полупро­водниковыми устройствами и силовыми электрическими ап­паратами.

В табл. 11.2 приведены технические данные герконов отечественного производства. В таблице приведены макси­мально допустимые значения коммутируемого тока , напряжения и мощности При уменьшении ком­мутируемого тока значение допустимого напряжения уве­личивается (U= /I), но не должно превышать значе­ния , определяемого электрической прочностью рабо­чего зазора. При уменьшении напряжения коммутируемый ток увеличивается, но не должен быть больше значе­ния

Параметры коммутируемых цепей приведены для чисто активной нагрузки. При смешанной нагрузке RL коммута­ционная способность геркона ухудшается и должна огова­риваться заводом-изготовителем для данного значения по­стоянной времени нагрузки T=L/R.

Таблица 11.2 Основные технические данные герконов

Общие сведения. В электрических аппаратах широ­ко применяются операционные усилители (ОУ). ОУ (рис. 12.1) имеет интегральное исполнение и содержит входной дифференциальный усилитель, промежуточный усилитель и эмиттерный повторитель. Входной дифферен­циальный каскад содержит два транзистора, на входы ко­торых подаются сигналы и . Выходное напряже­ние каскада является разностью потенциалов на коллек­торных нагрузках этих транзисторов. Такой каскад имеет высокое входное сопротивление и позволяет получить са­мые разнообразные характеристики вход-выход. Питание ОУ осуществляется от источника с напряжением ± относительно заземленной шины. В дальнейшем подвод пи­тания к ОУ на рисунках не показывается.

Входной усилитель имеет инвертирующий и неинвертирующий входы. Выход ОУ реагирует на разность потенциалов, приложенных ко входам и Если заземлить и подать положительное при­ращение напряжения на , то на выходе появится поло­жительное приращение сигнала. При подаче на инверти­рующий приращения напряжения на выходе происходит отрицательное приращение сигнала вход положительного. Наличие двух каналов позволяет использовать ОУ для ре­шения различных логических задач.

Выходные характеристики ОУ показаны на рис. 12.2. Характеристика каждого канала снимается при заземлен­ном втором входе ОУ. На линейном участке характеристики ОУ имеет большой коэффициент усиления по напряжению , доходящий до 10 5 и выше при боль­шом входном сопротивлении.

Применение на выходе ОУ эмиттерного повторителя снижает выходное сопротивление и делает возможным

подключение нагрузки с малым сопротивлением. Из-за влияния температуры и разброса парамет­ров элементов ОУ при нулевом входном сигнале наблюдается не­большой разбаланс , ко­торый можно устранить с по­мощью смещения.

Для защиты от больших вход­ных сигналов на входе ОУ включаются два встречно-параллельно включенных диода или стабилитрона.

Применение ОУ. В инвертирующем усилителе (рис. 12.3) с помощью резистора введена отрицательная об­ратная связь. Поскольку ОУ имеет высокий коэффициент усиления то входное напряжение = . Точка I имеет относительно земли нулевой потенциал и изолирована от нее (кажущаяся земля). Входное сопро­тивление .

Таким образом, коэффициент усиления равен отноше­нию . Если , то ОУ работает как инверти­рующий повторитель . Выходное напряжение рав­но входному с обратным знаком. При этом выходное сопро­тивление усилителя близко к нулю.

Обратная связь обеспечивает независимость от раз­броса параметров элементов схемы и его стабильность при колебаниях температуры.

В неинвертирующем усилителе (рис. 12.4) отрицатель­ная обратная связь вводится по инвертирующему входу, асигнал подается на неинвертирующий вход. Поскольку , то входное напряжение

При и усилитель работает как повторитель,

Схема инвертирующего сумматора (рис. 12.5) является развитием схемы рис. 12.3. На входе включается n рези­сторов, равных по величине.

Рис. 12.4. Рис. 12.5

Выходное напряжение равно сумме входных напряжений с обратным знаком, умноженной на коэффициент усиле­ния ОУ.

Схема неинвертирующего сумматора основывается на схеме рис. 12.4.

Схема интегратора (рис. 12.6) получается из схемы рис. 12.3 заменой резистора конденсатором С.

где Т = RC — постоянная интегрирования; -выход­ное напряжение при t = 0.

Изменение входного и выходного напряжения показано на рис. 12.6, б.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.083 с) .