Магнитоуправляемые герметизированные контакты

Электромеханические реле не лишены недостатков, таких, как громоздкость, инерционность, наличие подвижных деталей, механических контактов, которые являются причинами отказов. Когда появились бесконтактные электронные и ионные реле, то область применения контактной техники значительно сузилась. Однако электромеханические реле, по сравнению с бесконтактными, также имеют ряд преимуществ, к которым относятся: отсутствие токовой связи между управляющей и исполнительной цепями, допустимость значительных величин в цепи контактов как по току, так и по напряжению, очень малые потери мощности в контактном переходе, практически бесконечное отношение сопротивлений контакта в разомкнутом и замкнутом состояниях, высокая электрическая прочность и др. Поэтому общее количество потребляемых электромагнитных реле остается значительным.

Соревнование контактной релейной техники с бесконтактной дало толчок к совершенствованию традиционных электромагнитных реле и созданию новых контактных приборов, построенных на других технических решениях. Повыше­ние требований к надежности и сроку службы коммутационных устройств привело к созданию магнитоуправляемых герметизированных контактов (герконов). Коммутация электрической цепи в таком приборе происходит в инертной газо­вой среде или вакууме под воздействием внешнего магнитного поля. Первые герконы появились в конце 30-х годов, а в начале 70 –х. герконная техника достигла максимального развития. В настоящее время герконы широко используются почти во всех областях автоматики, особенно электронной.

Основное назначение герконов - коммутация электрических цепей, для которых особенно важны надежность и долговечность коммутирующего элемента. Герконы входят в состав современных электромагнитных реле, позиционных переключателей, датчиков и ряда других узлов.

По функциональному назначению все герконы можно разделить на конструкционные группы: работающие на замыкание (то есть имеющие пару разомкнутых контактов), на размыкание (с парой замкнутых контактов) и на переключение (с группой из трех контактов).

По конструктивно-технологическим признакам герконы подразделяются на две большие группы: с сухими контактами (сухие герконы) и с контактами, смачиваемыми ртутью (ртутные герконы), отличающиеся от сухих наличием капли ртути, которая смачивает контактирующие поверхности. Наличие ртути обеспечивает малое кон­тактное сопротивление и предотвращает "дребезг контактов" - их вибрацию при замыкании и размыкании. "Дребезг" приводит к неконтролируемому увеличению времени срабатывания геркона, появлению многократной коммутации при одиночном срабатывании.

Рисунок 11 - Конструкция ртутного геркона: 1-выводы, 2-неподвижные контакты; 3-баллон; 4-якорь; 5-ртуть; 6-выводы подвижного контакта	Рисунок 12 - Конструкция замыкающего геркона: 4-баллон; 2-подвижный контакт; 3-неподвидные контакт-детали

Наиболее распространенный замыкающий геркон представляет собой герметичный стеклянный баллон с двумя вваренными в него контактными сердечниками, внешние выводы которых служат для подключения прибора к электрической цепи (рис. 12). Каждый из сердечников выполнен в виде частично расплющенного отрезка упругой ферромагнитной проволоки. Контактирующие поверхности сердечников покрыты слоем благородного металла. Сердечники фиксированы в баллоне так, что между контактирующими поверхностями остается небольшой зазор. Внутреннее пространство баллона либо вакуумируют, либо заполняют инертным газом - азотом, водородом, аргоном или азотно-водородной смесью.

Для изготовления контактов используют пермаллоевую проволоку диаметром 0,6-1,3 мм, в качестве покрытия применяют золото, серебро, палладий, радий или сплавы на их основе. Такое покрытие повышает эрозийную стойкость контактов и снижает переходное сопротивление.

При воздействии на замыкающий геркон магнитного поля необходимой напряжённости, созданного постоянным магнитом или электромагнитом, силовые линии локализуются в магнитной цепи, образованной ферромагнитными контактными сердечниками. В результате этого контакты, упруго изгибаясь, притягиваются друг к другу и замыкаются. При уменьшении напряженности магнитного поля до определенного значения контакты под воздействием упругих сил возвращаются в первоначальное состояние и размыкаются. Таким образом, контактные сердечники в герконе выполняют сразу три функции: магнитопровода, упругого элемента и электрических контактов.

Работа размыкающих герконов отличается тем, что их сердечники под действием магнитного поля намагничиваются одноимённо и поэтому отталкиваются, размыкая электрическую цепь.

У переключающего геркона один из трёх контактов выполнен из немагнитного металла. Под действием магнитного поля магнитные сердечники притягиваются и замыкаются, а немагнитный, который были замкнутую с ближайшим ферромагнитным, обесточивается (рис.13).

Рисунок 13 - Конструкция переключающего геркона:

1-баллон; 2-подвижный – контакт; 3-неподвижные контакт-детали

Магнитные и электрические свойства герконов характеризуются рядом параметров, из которых восемь - наиболее важные:

1) магнитодвижущие силы срабатывания и отпускания, определяющие, при каких значениях напряжённости магнитного поля происходит замыкание и размыкание контактов геркона;

2) электрическое сопротивление геркона, измеренное между разомкнутыми контактами, которое называют сопротивлением изоляции;

3) сопротивление между замкнутыми контактами - сопротивление контактного перехода;

4) электрическая прочность геркона характеризуется пробивным напряжением, которое зависит в основном от давления и электрических свойств наполняющего газа, а также от величины зазора между контактами и состояния их поверхности;

5) максимальная мощность, коммутируемая герконом, определяется материалом покрытия сердечников, их толщиной и площадью контактирующих поверхностей;

6) электрическая ёмкость С между разомкнутыми контактами зависит от конфигурации и размеров сердечников;

7) технический ресурс - максимальное число срабатываний, при котором все основные параметры геркона остаются в допустимых пределах;

8) время срабатывания и время отпускания, характеризующие быстродействие геркона.

В настоящее время разработано несколько различных способов управления герконами. Самый распространенный и рациональный - управление постоянным магнитом, перемещающимся линейно или по дуге. Реже применяют управление постоянным магнитом с угловым перемещением, а также перемещением ферромагнитной шторки, шунтирующей поле постоянного магнита. Можно управлять герконом с помощью электромагнита. В этом случае геркон помещают внутрь цилиндрической катушки. Коммутация контактов геркона происходит при подаче напряжения на катушку электромагнита. Эта конструкция стала основой многочисленного класса герконовых реле.

Геркон обладает рядом преимуществ перед другими коммутационными уст­ройствами. Благодаря защите контактов от загрязнения и коррозии надежность его работы примерно в 100 раз выше, чем у обычных открытых контактов. Высокая надежность герконов обусловлена также большим сопротивлением изоляции (10⁹-10¹¹ Ом) и электрической прочностью; пробивное напряжение у некоторых типов этих приборов достигает нескольких десятков киловольт. По сравнению с обычными электромагнитными реле герконовые допускают в 10 раз большую частоту коммутации (до 1000 Гц) и в 10 раз меньшее время срабатывания (0,5-2 мс) и от­пускания (0,2-1 мс). Срок службы герконов может достигать 5·10⁹ срабатываний.

Герконы имеют преимущества и перед полупроводниковыми коммутирующими элементами - меньшую чувствительность к переходным процессам в коммутируемых цепях, меньшую подверженность влиянию нагрузки и отсутствие необходимости согласования с ней. Кроме того, в ряде случаев применения герконы не нуждаются в дополнительных источниках питания.

Однако при эксплуатации герконов необходимо учитывать и свойственные им особенности сравнительно малый коммутируемый ток, малое число контактных групп в одном баллоне, наличие "дребезга" контактов (у сухих герконов), определённую чувствительность к воздействию внешнего магнитного поля, хрупкость стеклянного баллона.