Герконовое реле принцип действия

ГЕРКОНОВЫЕ РЕЛЕ

Герконовое реле — устройство, используемое для коммутации электрических цепей.

В отличии от электромеханических реле, в которых коммутация происходит посредством механического воздействия на контактные группы, в герконовых реле исполнительным элементом является — один или несколько герконов.

В зависимости от назначения или класса устройства замыкание или размыкание контактов происходит при помещении контактной группы в магнитное поле.

Также незначительная напряженность управляющего магнитного поля и высокое быстродействие позволяют использовать данный вид реле для коммутации цепей управления электронных блоков высокочувствительных аппаратов.

Еще одним из преимуществ герконовых реле перед остальными релейными устройствами коммутации является защищённость контактной группы от воздействия влаги, пыли и других неблагоприятных факторов, которые могут привести к преждевременному износу и выходу реле из строя.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Принцип действия герконовых реле основан на свойстве некоторых ферромагнитных материалов менять свою ориентацию в пространстве под действием магнитного поля, а именно при возбуждении магнитного поля в катушке, подключенной к цепи управления, происходит намагничивание контактов геркона.

Вследствие этого происходит замыкание или размыкание контактной группы, находящейся в герметично запаянной колбе.

Большая распространенность и широкий спектр применения обуславливает значительные конструктивные отличия. Герконовые реле можно разделить на несколько групп по типу используемых контактов:

• устройства с нормально открытой (разомкнутой) контактной группой;
• с нормально закрытой (замкнутой) контактной группой;
• реле с комбинированной группой контактов, при чем коммутация может осуществляться как с помощью одного геркона с контактами разных типов, так и группой герконов.

По конструктивному исполнению реле герконовые коммутационные устройства также можно подразделить на:

Сухие — колба геркона заполнена инертным газом, также для увеличения допустимых токов контакты геркона могут помещаться в вакуум.

Смоченные — для предотвращения вибрации контактов на место их соприкосновения помещается некоторое количество ртути.

При проектировании цепей управления, содержащих герконовые реле или замене электромеханических реле на данный тип устройств следует обратить внимание на следующие характеристики:

1. Напряженность магнитного поля, вырабатываемого катушкой, при котором происходит коммутация контактов геркона.
2. Напряженность магнитного поля, при котором происходит обратная коммутация цепи.
3. Напряжение пробоя — значение напряжения при котором происходит пробой нормально открытой контактной группы геркона.
4. Время реакции — время между подачей сигнала на катушку и замыканием или размыканием контактов.
5. Период отпускания — время между снятием напряжения с катушки и возвращением контактов геркона в нормальное состояние.
6. Количество циклов коммутации — число замыкания и размыкания контактов при котором сохраняются заданные рабочие параметры устройства.
7. Коммутируемая мощность — максимально допустимая мощность, которую выдерживают контакты устройства без потери функционала.
8. Допустимое напряжение — максимально допустимое напряжение в управляемой цепи.
9. Допустимый уровень вибрации — при вибрации, превышающей допустимые производителем нормы возможно нарушение герметичности колбы геркона или самопроизвольное замыкание контактов.

Также при использовании герконовых реле в цепях, содержащих полупроводниковые элементы и микросхемы чувствительные к скачкам напряжения, следует учитывать, что в виду особенностей конструкции, между отходящими контактами геркона может образовываться паразитная емкость, приводящая к выходу из строя электронных компонентов.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕРКОНОВЫХ РЕЛЕ

Наиболее широкое применение герконовые реле получили в системах сигнализации и телеметрии. Они обеспечивают возможность коммутации нескольких независимых цепей с помощью одного устройства, что позволяет включать систему звукового или светового оповещения с одновременной подачей сигнала на пульт охраны.

При кажущейся простоте блокировать такую систему довольно сложно. При этом в ней отсутствуют элементы, которые можно вывести из строя направленным электромагнитным импульсом, в отличии от систем, основанных на полупроводниковых элементах.

Также на основе описываемого вида реле возможно построение простейших логических схем, для этой цели могут применяться герконы с эффектом памяти — их особенностью является сохранение положения контактов даже после снятия управляющего импульса, возврат же в нормальное положение производится подачей сигнала обратной полярности на катушку устройства.

Помимо низковольтной аппаратуры герконы применяются в цепях управления с рабочим напряжением несколько тысяч вольт, а отдельные устройства выдерживают напряжение до 100 кВ.

Отдельная разновидность высоковольтных герконов применяется в устройствах релейной защиты высоковольтных линий. В этом случае в конструкции предусматриваются дугогасительные и демпферные устройства, препятствующие появлению вибрации и дребезга контактной группы.

Таким образом использование герконовых реле открыло новую веху в приборостроении и проектировании релейного оборудования.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Герконы и герконовые реле

Наименее надежным узлом электромагнитного реле является контактная система. Существенным недостатком также является наличие трущих металлических деталей, износ которых приводит к снижению работоспособности реле.

Перечисленные недостатки привели к созданию герметических магнитно управляемых контактов, которые называются герконы.

Принцип действия герконов

Принцип действия герконов основан на использовании сил взаимодействия, возникающих в магнитном поле между ферромагнитными телами. При этом силы вызывают деформацию и перемещение ферромагнитных токопроводов электронов.

Магнитоуправляемый контакт (геркон) представляет собой электрический аппарат, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического размыкания или замыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов, пружин и участков электрической и магнитной цепей.

Использование герконов в технике. Герконовое реле

В настоящее время на базе герконов создано большое количество герконовых реле, кнопок, тумблеров, переключателей, распределителей сигналов, датчиков, регуляторов, сигнализаторов и т. д. Во многих отраслях техники для контроля положения подвижных деталей целессобразно использование герконовых датчиков, счетчиков готовой продукции. ,

Устройство простейшего герконового 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.

Герконовые реле на ферритах

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.

Достоинства 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).

Герконы, герконовые реле: способы управления, примеры использования

Герконы имеют ряд механических и электрических параметров, которые характеризуют их свойства. Эти параметры можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические параметры герконов

К механическим параметрам относится магнитодвижущая сила срабатывания. Этот параметр показывает, при каком значении напряженности магнитного поля происходит срабатывание и отпускание контакта. В технической документации это называется как магнитодвижущая сила срабатывания (обозначается Vср) и магнитодвижущая сила отпускания (обозначается Vотп).

Немаловажными параметрами геркона, в ряде случаев основными, является скорость его срабатывания и отпускания. Эти параметры измеряются обычно в миллисекундах и обозначаются соответственно как tср и tотп, которые в целом характеризуют быстродействие геркона. Герконы, имеющие меньшие геометрические размеры обладают более высоким быстродействием.

Максимальное число срабатываний, или попросту ресурс, также относится к группе механических параметров. Этот параметр оговаривает, при каком числе срабатываний все свойства геркона, как механические, так и электрические сохраняются в пределах допустимых значений. В технической документации обозначается как Nmax.

Электрические параметры герконов

Эти параметры такие же, как у обычных механических контактов. Сопротивление, измеренное между замкнутыми контактами называется сопротивлением контактного перехода и обозначается как Rк, а сопротивление, измеренное между разомкнутыми контактами есть не что иное, как сопротивление изоляции Rиз.

Электрическая прочность геркона. Этот параметр характеризует пробивное напряжение Uпр. Это напряжение в основном определяет качество изоляции между контактами, которое в свою очередь обусловлено качеством вакуума или заполнения колбы инертными газами. Кроме этого пробивное напряжение зависит от величины зазора между контактами и качества их покрытия.

Мощность, коммутируемая герконом определяется в основном его конструкцией: материалом и размерами контактов, а также типом покрытия контактных площадок. В технической документации этот параметр обозначается как Pmax.

Емкость, измеренная между разомкнутыми контактами обозначается как Cк. Она зависит лишь от геометрических размеров геркона и расстояния между разомкнутыми контактами.

Способы управления герконами

Их можно разделить на две большие группы: управление постоянным магнитом и управление при помощи катушки с током. Эти способы показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Различные способы управления герконами

Управление герконом при помощи постоянного магнита

Наиболее прост и распространен способ управления с линейным перемещением магнита. Здесь вполне уместно вспомнить охранную сигнализацию, где магнит укреплен на двери и заставляет срабатывать геркон, когда дверь закрыта.

Способ с угловым перемещением магнита используется намного реже, как правило, в тех случаях, когда другие способы применить по како й -либо причине невозможно.

Перекрытие магнитного поля шторкой использовалось в клавиатурах различных вычислительных устройств, вплоть до девяностых годов прошлого столетия, а может быть можно встретить где-нибудь и до сих пор.

Управление герконом при помощи катушки с постоянным током

Этот способ получил наибольшее распространение при создании герконовых реле. Конструкция этих реле достаточно проста: внутрь катушки с током просто помещается геркон, и при этом не требуется никаких дополнительных пружинок и рычагов, как у обычного реле. Единственный в этом случае недостаток это небольшое количество контактных групп.

Если катушку выполнить достаточно толстым проводом, способным пропустить большой ток, то можно получить герконовое токовое реле. Такие реле широко применялись в мощных источниках постоянного тока в качестве датчика системы защиты от перегрузок. Точная настройка уровня срабатывания такого датчика осуществляется резьбовым механизмом, позволяющем плавно перемещать геркон вдоль оси катушки.

Герконовые реле

Герконовое реле: а – схематическое изображение исходного состояния; б – схема замыкания контактов; в – внешний вид герметизированного магнитоуправляемого контакта

В исходном состоянии находящиеся внутри герметичной колбы 1 контакты 2 и 3 разомкнуты. При пропускании электрического тока I через обмотку 4 возникает магнитное поле с индукцией В, которое приводит к намагничиванию и замыканию контактов 2 и 3. После выключения тока контакты под действием силы упругости возвращаются в исходное положение.

Контакты герконового реле выполняют из пермаллоя, который покрывают металлами с высокой проводимостью, например золотом, серебром, родием или палладием. Для уменьшения скорости окисления контактов герметичную колбу заполняют аргоном, азотом, либо азотоводородной смесью под давлением 40 — 60 кПа.

В герконовых реле контактные сердечники многофункциональны, т. е. одновременно выполняют функции магнитопровода, пружины и токопровода.

П реимущества и недостатки герконов

Как и любая вещь герконы имеют свои недостатки и преимущества. Сначала поговорим, естественно, о преимуществах.

По сравнению с обычными коммутирующими контактами герконы имеют чуть ли не в 100 раз большую надежность по сравнению с обычными открытыми контактами. Эта надежность обусловлена более высоким сопротивлением изоляции (достигает десятков МегаОм), и большей электрической прочностью: пробивное напряжение у некоторых типов герконов достигает нескольких десятков киловольт.

Неоспоримым преимуществом герконов является их быстродействие: у некоторых моделей герконов частота коммутации достигает 1000Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 — 2,0мс) И (0,2 — 1,0мс) соответственно.

Срок службы некоторых герконов доходит до 4 — 5 млрд. срабатываний, что намного выше аналогичного показателя для обычных не защищенных контактов. Также к достоинствам герконов следует отнести легкий способ согласования с нагрузкой а также работа герконов без применения источников электрической энергии.

Недостатки герконов

На фоне достоинств недостатки, наверно, не так уж и велики. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того малое количество контактных групп в одном баллоне а для «сухих» герконов дребезг контактов. К недостаткам же можно отнести также хрупкость стеклянного баллона и в некоторых случаях высокую чувствительность к внешним магнитным полям.

Принцип действия и устройство магнитоуправляемого геркона

Время на чтение:

Для повышения надёжности работы различных устройств вместо реле применяют геркон. Это электромеханический прибор, который имеет два устойчивых состояния — открытое (для протекания электрического тока) и закрытое. Кроме того, такие устройства часто применяются при построении охранных систем, датчиков присутствия магнитного поля. Их используют в авиа- и автомобильном строении. При этом существует несколько типов приборов, отличающихся контактными группами.

История изобретения

Советский ученый Петербургского университета В. И. Коваленко, проводя эксперименты с магнитным полем в 1922 году, создал магнитоуправляемые контакты. Это изобретение было зарегистрировано в Советском Союзе и получило патент под номером 466.

Его изобретение представляло собой сердечник из магнитомягкого материала, к которому через изоляторы крепились контакты, сделанные из ферромагнетика, обладающего высокой магнитной проницаемостью. После подачи тока в катушке возникало магнитное поле, намагничивающее контакты и приводя к их замыканию. Если же подача тока прекращалась, поле исчезало, а контакты размагничивались и размыкались.

На то время изобретение не получило практического применения из-за неудобности его использования и низкой надёжности. В 1936 году конструкция геркона была доработана инженерами американской компании Bell Telephone Laboratories. Ими было предложено рабочие контакты устройства поместить в герметично замкнутую колбу. Занимался этой разработкой Уолтер Эллвуд, который в итоге и создал модель устройства. Но из-за сложностей в изготовлении прибор опять же не получил широкого применения.

Использовать прибор начали лишь только в 1941 году, когда американская компания Western Electric известная своими техническими инновациями вместо шумных электромеханических реле в своей телефонной станции не стала использовать геркон.

В середине 60-х годов XX века в СССР массово проводилась телефонизация страны. На основании выводов Министерства связи СССР было решено, что в качестве коммутирующих элементов будет использоваться геркон. Так, на заводе «Красная заря», расположенном в Ленинграде, началось серийное производство устройств. Через шесть лет магнитоуправляемые герконы стали изготавливать и в Рязани, на металлокерамическом заводе.

В начале 1990 года объём производства в СССР достиг 230 млн штук в год, что соответствовало примерно четверти мирового рынка. Сегодня ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» остался единственным заводом, выпускающим такую продукцию на территории бывшего Советского Союза. В настоящее время ведутся разработки, направленные на снижение размеров, повышение быстродействия, чувствительности и стабильности герконов.

Суть устройства

Принцип работы устройства основан на замыкании или размыкании электрической линии, в которой он установлен, при воздействии на него магнитным полем. Таким образом, в зависимости от напряжённости магнитного потока, контакты прибора имеют два положения — замкнутое и разомкнутое. При этом природа возникновения магнитного поля значения не имеет. Например, это может быть как постоянный магнит, так и электромагнит.

При попадании под действие силовых линий в устройстве происходит намагничивание внутренних контактов. В результате на них, оказывается, действие, преодолевающее силу упругости, приводящее к притягиванию контактов друг к другу. Цепь замыкается. В случае если линия подключена к источнику питания через прибор начинает протекать электрический ток.

Такое состояние продержится до тех пор, пока магнитное поле не будет убрано. Как только силовые линии перестанут воздействовать, контакты сразу же разомкнутся. Для следующего замыкания необходимо опять вокруг устройства создать поле. Таким образом, геркон, по сути, является переключателем, положение которого зависит от силы магнитного потока, оказывающего на него воздействие.

По принципу работы приборы классифицируют на три типа:

1. Замыкающие — находятся в нормально разомкнутом состоянии. То есть в статичном положении их контакты между собой не соединены.
2. Размыкающие — в таких приборах при отсутствии магнитного поля контакты соединены между собой, то есть этот тип считается нормально замкнутым.
3. Бистабильные (трёхконтактные) — имеющие в своей конструкции три вывода. В нормальном состоянии (магнитное поле отсутствует) один контакт замкнут с другим. Как только появляется поле, нормально замкнутый контакт размыкается, а другой замыкается.

В зависимости от нормального положения контактов герконы применяются как для размыкания цепи, так и для замыкания или приключения линий. Поэтому они с успехом могут заменить собой механические реле.

Конструкция прибора

В термине «геркон» уже заложен принцип его конструкции. Это слово образовано из трёх начальных букв каждого из двух слов — «герметичность» и «контакт», что подчёркивает как его функциональность, так и назначение. Ведь работающий геркон на размыкание или замыкание — это, по сути, соединяющее устройство, представляющее собой контактную пару или группу, помещённую в герметичную колбу.

Бывает, что такой прибор называют герконовым шаром из-за похожести на него, хотя, конечно, это далеко не так. Конструктивно устройство представляет собой стеклянную оболочку вытянутой формы, герметично запаянную с двух сторон. В середине колбы создаются условия, приближённые к вакууму, при этом в некоторых устройствах внутренний объём заполняется инертным газом, например, чистый азот или его смесь с водородом. Использование газа помогает защитить контакты от обгорания.

Контакты же помещаются внутрь колбы. К ним припаиваются выводы, выходящие наружу прибора. В качестве материала для изготовления контактных групп используют ферромагнетик, например, сталь, никель с напылением стойкого металла — родия или рутения.

Следовательно, можно выделить три части конструкции:

• запаянная колба;
• контактные пластины;
• выводы.

Кроме того, внутренность геркона может быть заполнена парами ртути. Такой вид называется ртутным. Контактная поверхность смачивается каплей ртути, что позволяет снизить электрическое сопротивление контактных площадок, а значит уменьшить дребезг.

Изучая конструкцию геркона можно сделать вывод, что критически важным показателем надёжности срабатывания прибора будет качество изготовления колбы, а именно её герметичность в месте её контакта с выводами.

Технические характеристики

Герконы, как и любые электротехнические приборы, обладают различными техническими характеристиками. Перед тем как выбрать устройство именно их следует тщательно изучить. Основным параметром, характеризующим геркон, является время срабатывания. Оно определяется временным интервалом, в течение которого происходит реакция прибора на воздействующее магнитное поле, изменяющее его нормальное состояние. Обычно скорость переключения контактов не превышает 2 мкс.

Кроме времени реакции, параметры приборов определяют следующие характеристики:

1. Сила магнитного поля — обозначает чувствительность прибора, то есть минимальное значение силы, при которой положение контактов изменится. Зависит от размеров устройства и используемых ферромагнетиков.
2. Мощность коммутации — это допустимое значение энергии, которое может передать через себя устройство без ухудшения своих остальных характеристик. Определяется типом материалов, использующихся при изготовлении контактов и их сечения.
3. Наибольшее напряжений — определяет значение амплитуды сигнала, которое может выдержать устройство. При его превышении наступает пробой.
4. Ток переключения — значение номинального тока, на который рассчитана работа устройства.
5. Сопротивление контактов в замкнутом состоянии — чем это значение меньше, тем меньше теряет свою мощность сигнал, проходя через устройство.
6. Рабочая температура — интервал температуры, при котором заявленные производителем характеристики соответствуют действительным.
7. Частота переключения — определяет быстродействие срабатывания. Такая частота может достигать одного мегагерца.
8. Число коммутационных циклов — характеризуется числом срабатываний. Существуют модели, которые могут выдержать до 4 млрд переключений.
9. Ёмкость контактов — измеряется между разомкнутыми контактами и зависит как от размеров прибора, так и от расстояния между коммутируемыми площадками. Считается паразитным параметром.

Также немаловажной технической характеристикой геркона является его физический размер. Зависит он от габаритов баллона, а именно его длины и диаметра. По состоянию на 2017 год наименьшим герконом в мире считается изделие, производимое в США компанией Hermetic Switch Inc, длина его баллона составляет 4,01 мм.

Обозначение и маркировка

Герконы относятся к устройствам релейного типа. Поэтому правильное их обозначение указано в ГОСТ 2 .756−76 ЕСКД. На электрических схемах условно графическое изображение нормально разомкнутого геркона выглядит в виде окружности, в середине которой изображаются два последовательных отрезка. С левой стороны начиная с места разрыва, к отрезку чертится небольшой прямая линия, подходящая к нему под углом 120 . Окружность символизирует собой герметичность устройства, а отрезки — коммутационные контакты.

В нормально замкнутом же обозначении, выводы в окружности рисуются пересекающимися. Обозначение трёх контактного устройства выглядит по-другому. Всё так же рисуется окружность, но в ней, с одной стороны, изображаются два параллельных отрезка, а с другой — отрезок, расположенный по центру расстояния между ними. На нём же рисуется и переключающий контакт.

Согласно советским нормам на схемах и в литературе геркон подписывается буквой «К», после которой ставится порядковый номер изделия на схеме. В иностранном же обозначении используются две латинские буквы SF.

Стандарта же в маркировке изделий нет. Каждый производитель обычно на корпус геркона наносит своё заводское обозначение: например, КЭМ, TRA, АСМК, КА, КСК. Поэтому чтобы узнать к какому типу относится то или иное устройство, понадобится смотреть даташит производителя.

Достоинства и недостатки

Применение герконов, конечно же, не так широко распространено, как, например, электромеханических реле, но всё же, они не являются дефицитными деталями. Поэтому остро вопрос, где же взять геркон, среди радиолюбителей не стоит. К несомненным преимуществам размыкающих герконов, впрочем, как и замыкающих, относится:

• высока надёжность — она превышает показатели обычных реле использующих открытые контакты почти в 100 раз;
• быстродействие — скорость срабатывания по сравнению с электромеханическими реле может быть быстрее в два-три раза;
• отсутствие шума;
• гальваническая развязка — их последовательное подключение в линию позволяет создать электрическую развязку управляющих и коммутируемых цепей;
• возможность коммутировать даже слабые по уровню сигналы;
• небольшой размер;
• долговечность — устройство способно совершить миллиарды включений, что обусловлено отсутствием трения;
• способность их работать без источника электроэнергии.

Благодаря своим свойствам герконы нашли применение в разнообразных датчиках позиционирования, измерительных приборах (велосипедный спидометр), в автоматических подъёмниках, выключателях, ноутбуках (регистрируют открытие и закрытие крышки) и даже в компьютерных клавиатурах.

Но, несмотря на это, герконы также имеют недостатки. Главный из них — хрупкость, из-за неё приборы нельзя использовать в местах сильной вибрации. Кроме этого, в результате износа площадок контакты могут «залипать», а в случае больших токов (нагрева) самопроизвольно размыкаться.

Но, как видно, на фоне достоинств недостатки не так уж и велики. Очень часто, используя геркон, радиолюбители собирают собственную недорогую систему сигнализации или автоматический блок включения света.

Что такое герконовое реле?

В электронике одним из самых наименее надёжных узлов считается контактная система. В реле также присутствуют трущиеся металлические детали, износ которых ведёт к понижению работоспособности устройства. Это послужило причиной для создания герконов (герметических магнитоуправляемых контактов).

Принцип действия

Как устроено простейшее герконовое реле и где оно используется?

Герсиконы

Обычное герконовое реле обладает довольно большим разбросом, которые колеблется от 0,3 до 0,9 единиц. Чтобы увеличить номинальную мощность и коммутационный ток специально используют дугогасительные контакты. Реле с такими «надстройками» и называют герметичными силовыми контактами (или герсиконами). Используются они, как правило, чтобы запускать асинхронные двигатели мощностью до 3 кВт. Особо среди них выделяются реле с ферритами, обладающими свойством памяти.

Преимущества герконовых реле

1. Возможность использования при любой влажности или запыленности благодаря полной герметизации контакта.
2. Малые габариты, масса и простая конструкция.
3. Высокая скорость работы, что делает возможным использование устройств при значительной частоте коммутации.
4. Широкие области применения.
5. Межконтактный промежуток имеет высокую электрическую плотность.
6. Работает в широком спектре температур (примерно начиная с -60 до +120 градусов).

Недостатки

Но для полноты картины необходимо сообщить не только о позитивных моментах работы, но и о негативных:

1. Магнитно-движущая сила обладает низкой чувствительностью управления.
2. Чувствительность к ударам баллона реле.
3. Восприимчивы к внешним магнитным полям. Требуют специальных мер защиты.
4. Коммутирование цепи возможно только малой мощности.
5. При большом токе возможно самовольное размыкание контактов.
6. «Неадекватная» работа при использовании переменного напряжения низкой частоты.

Отечественные устройства

Следует отметить, что со времени распада Советского Союза рынок успели заполонить зарубежные устройства (тайванские, китайские и немецкие). Но Рязанским заводом металлокерамических приборов была выпущена удачная серия РКГ. Причем стоит отметить, что некоторые реле могут похвастаться параметрами, которые отсутствуют у зарубежных образцов. Так, в первую очередь необходимо вспомнить о РГК-53, где получилось сконцентрировать основные преимущества и одновременно устранить недостатки устройств. При этом герконовое реле обладает хорошими показателями нагрузки, количеством циклов, габаритами, массой и малой потребляемой мощностью. Другие образцы хотя и обладают меньшим совершенством, являются серьезными конкурентами зарубежным образцам, не уступая им по качеству, а во многом и будучи выше них на целую голову.

Онлайн помощник домашнего мастера

Герконы – принцип работы, основные характеристики и особенности применения. 95 фото устройств и их монтажа

• Оборудование

Принцип работы этого коммуникационного устройства, название которого расшифровывается как «герметичный контакт», можно объяснить следующим образом. Геркон – миниатюрная цилиндрическая стеклянная колбочка, в противоположные концы которой впаяны два контакта, обладающие ферромагнитными свойствами: подвижный и неподвижный. Колба либо вакуумирована, либо наполнена инертным газом, дабы продлить срок их службы.

Если поднести к ней магнит, то подвижный контакт соприкоснется с неподвижным и цепь замкнется. При этом вы услышите характерный щелчок. Если магнит убрать — контактны вновь разомкнутся. Вместо постоянного магнита можно использовать и соленоид. Так работает нормально разомкнутый или замыкающий геркон — одна из самых популярных его разновидностей.

Краткое содержимое статьи:

Свойства герконов

Основные свойства этих устройств, на которые следует обратить внимание при чтении статьи:

• Магнитоуправляемость;
• Герметичность;
• Компактность;
• Дискретный режим работы.

В настоящее время герконы вытесняются датчиками Холла — твердотельными полупроводниковыми устройствами. Далее представлены фото герконов широкого потребления.

Классификация

По принципу работы

• Нормально разомкнутые герконы (под действием внешнего магнитного поля замыкают цепь);
• Нормально замкнутые (наоборот, размыкают цепь);
• Переключающие (выполняют роль магнитоуправляемого переключателя).

По наличию ртути

• Сухие (безртутные);
• Ртутные.

Последние содержат небольшие количества ртути, которая смачивает соприкасающиеся контактные поверхности. Этим достигается снижение сопротивления и защита от дребезга контактов.

По наполнению колбы

• Наполненные инертным газом;
• С вакуумным наполнением.

Главные технические характеристики герконов

• Рабочее напряжение;
• Предельный ток коммутации;
• Напряжение пробоя;
• Время срабатывания и отпускания;
• Паразитная емкость;
• Сопротивление в режиме коммутации;
• Ресурс;
• Значения напряженности магнитного поля, соответствующие обоим режима.

Наибольшая роль в обеспечении длительной работы геркона отводится месту примыкания контактов к колбе. При отсутствии герметичности устройство быстро выходит из строя.

Преимущества

• Значительный ресурс, обусловленный защитой контактов от окисления кислородом воздуха и крайне незначительным трением в процессе работы (более триллиона циклов);
• Миниатюрность (выигрывают в компактности у реле тех же характеристик);
• Можно осуществлять коммутацию слабых сигналов;
• Практически не искажают сигнал шумами;
• Скорости срабатывания выше, чем у реле;
• Высокое напряжение пробоя;
• Герметичность конструкции;
• Отсутствие необходимости в обслуживании;
• Цепи управления и коммутации независимы друг от друга и гальванически развязаны.

Недостатки

В некоторых случаях магнитное управление может играть отрицательную роль, ведь система становится чувствительна к паразитным магнитным явлениям. В таких случаях устройство приходится экранировать.

Другая положительная сторона — герметичность, оборачивается недостатком в виде хрупкости колбы. Герконы неустойчивы к сильным вибрациям.

При нагреве подвижного контакта выше точки Кюри происходит утрата намагниченности, что приводит к размыканию цепи, причем процесс принимает неустойчивый характер.

Коммутация имеет конечную скорость, что довольно критично для быстродействующих устройств.

Порой встречается залипание контактов. Этому есть два объяснения: деформация контактов при пропускании через них постоянного тока, приводящая к тому, что они цепляются друг за друга (один разрушается — другой восстанавливается), и их взаимное притирание.

Дребезг контактов

Отдельно стоит упомянуть и такое неприятное для цифровой техники (где, в основном, и используются герконы) явление как дребезг контактов. После замыкания наблюдается серия бесконтрольных актов потери и приобретения контакта.

Справедливости ради следует отметить, что такое поведение характерно для большинства механических коммутационных аппаратов. Подключив геркон напрямую к синхронному входу можно получить непредсказуемые результаты.

Меры, направленные против дребезга контактов:

• Добавка ртути (что чревато ее утечкой при разбитии колбы);
• Подключение через специальные электронные схемы;
• Использование демпфирующих фильтров (в отдельных случаях);
• Программные средства.

Последние реализуются следующими способами:

• Временная задержка;
• Подсчет вторичных коммутаций в течение определенного интервала времени;
• Вычисление длительности текущего состояния.

Очевидно, что подключить геркон своими руками — не самая легкая задача, если вы не владеете основами электротехники и электроники.

Применение

Герконы нашли применение в разнообразных устройствах позиционирования. К неподвижной части прикрепляют датчик на основе геркона, а к подвижной — магнит.

Сфера применения герконовых датчиков:

• Системы охранной сигнализации, контроля доступа;
• Снаряжение для работы под водой;
• Промышленные клавиатуры;
• Измерительные приборы (например, велосипедные спидометры);
• Взрывозащищенные устройства;
• Медтехника;
• Автоматическое грузоподъемное оборудование (лифты);
• Ноутбуки и нетбуки (датчик поднятия крышки). Для ремонта ноутбука можно обратиться к специалистам сервисного центра MOTechnologic.

Особые виды герконов

Герконовые реле — устройства, состоящие из геркона и управляющего соленоида. К ним также можно отнести герсиконы, гезаконы и геркотроны. Первые предназначены для силовых цепей, вторые имеют эффект памяти, а третьи разработаны для высоковольтной техники.

Изобретение герконов

Еще в 20-х годах минувшего столетия советским ученым Коваленковым было предложено реле с контактами, управляемыми магнитным полем. В середине 30-х некоторыми советскими и американскими учеными практически одновременно выдвинута идея о помещении подобного реле в запаянную стеклянную колбу. В 41м году началось производство герконов в США. Применялись они для телефонной связи.

В СССР производство началось гораздо позже: лишь в конце 50-х годов в Ленинграде. Также, как и в США, применение герметичным контактам нашли в оборудовании телефонных станций. С 65-го года герконы стали производить на рязанском заводе металлокерамических приборов (РЗМКП). По состоянию на 2015 год он является одним из крупнейших производителей этих устройств во всем мире.

Герконовое и поляризованное реле, устройство и принцип работы.

Наименее надёжным 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 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 контактами (герконами).

Простейшее герконовое реле с замыкающим контактом изображено на рис.8, а. Контактные сердечники (КС) I и 2 изготавливаются из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (пермаллоя) и вварива­ются в стеклянный герметичный баллон 3. Баллон запол­нен инертным газом — чистым азотом или азотом с не­большой (около 3 %) добавкой водорода. Давление газа внутри баллона составляет (0,4—0,6) • 10 5 Па. Инертная среда предотвращает окисление КС. Баллон устанавлива­ется в обмотке управления 4. При подаче тока в обмотку возникает магнитный поток Ф, который проходит по КС 1 и 2 через рабочий зазор d между ними и замыкается по воздуху вокруг обмотки 4. Упрощенная картина магнитно­го поля показана на рис.9. Поток Ф при прохождении через рабочий зазор создает тяговую электромагнитную силу Р_Э, 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).

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

На основе герконов могут быть созданы также реле с размыкающими и переключающими контактами. В гер­коне с переключающим контактом (рис.10, а) неподвиж­ные КС 1, 3 и подвижный 2 размещены в баллоне 4. При появлении сильного магнитного поля КС 2 притягивается к КС 1 и размыкается с КС 3. Один из КС переключающего геркона (например 2) может быть выполнен из не магнитного материала (рис.10, б). Герконовое реле (рис.10, в) имеет два подвижных КС 1,2, два неподвижных КС 5,6 и две обмотки управления 7, 8. При согласном включении обмоток замыкаются КС 1 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.10, 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. Одним из способов устранения влияния вибраций является исполь­зование жидкометаллических контактов. В переключаю­щем герконе (рис.11, а) 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,б между КС 2, КС 3 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.

Конструкция герконового реле, показанная на рис.12, 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 полей, создаваемых расположенными рядом электротехни­ческими устройствами. Конструкция (рис.12, 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.12, б, в). При этом увеличивается магнитная проводимость и снижа­ется МДС срабатывания. С целью увеличения эффектив­ности экрана паразитный зазор е (рис.12,6) стараются уменьшить либо увеличить его площадь (рис.12, в). Ре­гулирование значений МДС срабатывания и отпускания в условиях серийного производства может производиться за счет либо изменения зазора е (рис.12,6), либо изме­нения положения магнитного шунта (рис.12, г), либо i осевого

смещения геркона в обмотке. Герконы могут быть установлены как внутри (рис.13, а), так и снаружи управляющей обмотки (рис.13,6).

Условия работы герконов в многоцепевых герконовых реле характеризуются следующими особенностями. Во-пер­вых, даже герконы одного типа и из одной партии имеют технологический разброс по МДС срабатывания и МДС отпускания.

Рис.12. Конструктивные выполнения герконовых реле.

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.13,б) предпочтительнее, чем с внутренним, так как обеспечивает меньшее взаимное влияние соседних герконов. Число герконов в одном реле может достигать 12 и более. По перечисленным причинам разные контакты многоцепевых герконовых реле замыкаются и размыкаются неодновременно, что является Рис.13. Многоцепевые герконовые реле.

их недостатком по сравне­нию с электромагнитными реле обычного типа.

Герконовые реле разнообразны по конструкции и на­значению. На рис.14 показан принцип действия герконового реле тока. В реле контроля большого тока ис­пользуется компоновка, по­казанная на рис.14. Кон­тролируемый ток I 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 и рас­стояния х между шиной и герконом.

Наименьший ток срабатывания имеет место при = 90°. При =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 F_y) соз­дать дополнительное поляризующее магнитное поле за счет специальной обмотки (МДС F_n) или постоянного маг­нита, то герконовое реле становится поляри­зованным. Если

то под действием МДС F_n кон­такты геркона замкнутся. Для размыкания контактов МДС обмотки управления F_y должна быть меньше F_n и иметь об­ратный знак. Если продолжать увеличивать F_y, то при оп­ределенном ее значении произойдет повторное замыкание контактов геркона. В общем случае можно написать

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

Для отпускания геркона имеем

Поляризованные реле имеют значительно большую чувствительность по сравнению с неполяризованными. Мощность срабатывания их в 10-50 раз меньше, чем у неполяризованных реле. Поляризованные реле имеют высокую термическую стойкость и допускают продолжительное протекание тока до 20-30-кратного по отношению к току срабатывания. Вследствие малого хода якоря, легкости подвижной системы, малых постоянных времени катушек время срабатывания поляризованных реле может быть 2-3 мс. Разрывная способность контактов достигает 10-30 Вт. Поляризованные реле допускают большую частоту срабатывания и имеют высокую механическую и коммутационную износостойкость. Приме­няются они как реле защиты, автоматики и связи, реже — как реле управления электроприводами.

Реле могут выполняться с последовательной, параллельной или мостиковой магнитной цепью, с поляризацией от постоянного магнита или электромагнита.

В отличие от неполяризованных реле, у которых якорь может находиться только в двух положениях притянутом отпущенном), поляризованные реле могут выполняться с якорем, занимающим как два, так и три положения.

На рис.15изображено поляризованное реле типа ТРМ,применяемое в схемах телеграфии и в устройствах автоматики. Реле состоит из двух сердечников с катушками 7, двух П-образных постоянных магнитов 6, якоря 5, контактной системы — неподвижных 3 и подвижных. 2 контактов, основания 9, штепсельного разъема 10 и чехла 8.

Магнитная цепь реле построена по дифференциальной схеме и имеет нейтральную регулировку. Якорь укреплен на оси, вращающейся во втулках, запрессованных в корпусе. Контактная система (2 и 3) состоит из двух неподвижных стоек с микро­метрическими контактными винтами 4, позволяющими производить регулировку зазоров между контактами, и подвижных контактов, прикрепленных к двум плоским пружинам 1.

В поляризованных реле контакты приводятся в дей­ствие поляризованным электромагнитом, в котором на якорь действуют два потока: поляризующий, создавае­мый постоянным магнитом, и поток, создаваемый ка­тушкой, по которой проходит управляющий ток.

Отличительной особенностью поляризованного элек­тромагнита является изменение направления силы, дей­ствующей на якорь, при изменении направления тока в катушке. На рис.16, а показана поляризованная система, получившая большое применение благодаря своей чув­ствительности и быстродействию. На том же рисунке да­на примерная картина потоков в системе. Потоки постоянного магнита в зазорах d₁ и d₂ равны.

Рис.16. Поляризованное реле.

Следует отметить, что сила на­жатия подвижного контакта на неподвижный опреде­ляется разностью зазоров d₁ и d₂. Чем ближе зазор d₁ к зазору d₂, тем меньше сила, действующая на контакты.

Поляризованные реле могут иметь различное испол­нение контактной системы (рис.17). В первом испол­нении контакты регулируются так, как показано на рис.17, а. При подаче тока в направлении срабаты­вания размыкается левый и замыкается правый контак­ты. При отключении тока снова замыкается левый кон­такт (однопозиционная настройка с преобладанием). В случае, изображенном на рис.17,б система имеет двухпозиционную настройку. Положение контактов за­висит от полярности предыдущего импульса тока.

Если якорь укреплен на плоской пружине, как это по­казано на рис.17, в, то он находится в нейтральном положении. В зависимости от полярности тока замыкает­ся левый или правый контакт. После отключения тока якорь возвращается в нейтральное положение.

Рис.17. Исполнения контактной системы поляризованного реле.