Как работает герконовое реле: принцип действия выключателя, описание, сферы применения размыкающего коммутатора

Содержание

принцип действия выключателя, описание, сферы применения размыкающего коммутатора

В электронных агрегатах и радиотехнике активно используются устройства коммутации и контакты. Но такие детали считаются ненадёжными, так как частая эксплуатация оборудования изнашивает их. Из-за этого специалисты часто используют герконовое реле, которое представлено в виде магнитоуправляемого герметического контакта. Для более длительной эксплуатации на них установлены качественные выключатели.

Краткое описание

В современном мире герконы практически не используются, так как в массовую продажу поступили более универсальные датчики Холла. Но всё же встречаются ситуации, когда без такого реле просто не обойтись. А всё дело в том, что устройством просто управлять, и его можно устанавливать в схему любого оборудования. Когда же мастеру нужно добиться высокой степени надёжности и долговечности от агрегата, тогда без геркона просто не обойтись.

Сегодня такое реле можно встретить в различных датчиках и аналогичных устройствах. Функциональные возможности принято делить

на три основные категории:

  1. Переключение.
  2. Замыкание.
  3. Размыкание.

Среди основных технических признаков можно выделить сухой и ртутный контакт. В последнем случае в стеклянном корпусе содержатся капли металла, которые особенно важны в процессе работы реле, так как улучшается качество контакта.

К тому же ртуть помогает избежать нежелательной вибрации, за счёт чего увеличивается время срабатывания установки. Именно поэтому специалисты всегда рекомендуют использовать этот тип контакта.

Характеристики устройства

Высококачественное герконовое реле состоит из двух контактов, которые изготовлены из специфического ферромагнитного сплава. Установлены они в прочной колбе, благодаря чему пользователь может всегда контролировать их работу. Если же к контактам поступает постоянный магнит, тогда происходит замыкание с формированием непрерывной цепи.

Из-за такой специфичности герконовый коммутатор стали называть концевым выключателем.

Промышленные производители маркируют такие агрегаты в строгом соответствии с итоговой сферой применения. К примеру: если на реле нанесена аббревиатура КЭМ, то оно относится к категории коммутационных электрических механизмов. Большая буква «А» означает, что устройство можно эксплуатировать в любых погодных условиях, а вот детали с пометкой «В» предназначены исключительно для помещений. Часто можно увидеть сокращение МКА, которое означает, что этот магнитный коммутатор идеально подходит для любых условий использования.

Для стандартного переключающегося агрегата уровень сопротивления находится в пределах 0.2 Ом. Качественный геркон на размыкание отличается тем, что этот показатель составляет 1 кОм. Такие данные позволяют мастерам существенно ускорить переключение имеющихся цепей. Все магнитные выключатели такого типа применяются для силовых сетей напряжения, так как они обладают более высокими показателями.

Магнитный размыкающий геркон активно используется в различных схемах, в компьютерной и охранной отрасли, а также контактных датчиках.

Разновидности моделей

Высококачественные герконовые реле принято делить на несколько категорий, которые отличаются между собой устройством контактной группы. Каждая разновидность обладает многочисленными положительными характеристиками, которые высоко ценятся как специалистами, так и домашними мастерами. В продаже представлено несколько видов герконов:

  • С переключающимся типом контактов.
  • Традиционные разомкнутые установки.
  • Специфические элементы с замкнутыми контактами.

Кроме основных функциональных признаков, специалисты выделяют и технологические параметры, которые разделяют коммутирующие герметичные агрегаты на сухие и ртутные.

Конструктивные отличия

Многофункциональный геркон представлен в виде герметичного баллона из стекла, внутри которого расположены чувствительные контакты. Эти элементы являются магнитными сердечниками, приваренными с торцовых сторон изделия. Все внешние части подключаются к имеющейся электросети.

Самыми востребованными сегодня считаются герконовые реле на замыкание. Контакты изготовлены из качественной ферромагнитной проволоки прямоугольной формы. Сердечники выпускаются из пермаллоя — материала, где основную роль играет мощность, а также размер геркона. В случае надобности покрытие может быть заменено на серебро, золото, родий.

Готовую колбу вакуумируют или же запускают в неё инертный газ, что предотвращает развитие коррозии в выключателе. В процессе изготовления специалисты также учитывают тот факт, что между сердечниками присутствует зазор определённого диаметра.

Принцип работы

Переключающий геркон с контактами замыкания укомплектован двумя сердечниками, которые отличаются повышенной магнитной проницаемостью. Эти два элемента расположены в герметичном стеклянном баллоне, который заполнен инертным газом либо газовой смесью.

В самой колбе присутствует давление мощностью 50 кПа. Особая инертная среда не позволяет контактам окисляться.

Баллон геркона помещается во внутренний отсек управляющей обмотки, которая подключена к источнику постоянного тока. В момент включения питания на ответственном реле формируется необходимое магнитное поле, которое проходит по сердечникам контактов, а затем по зазору и замыкается на управляющей катушке. Рабочий поток энергии создаёт тяговую силу, которая соединяет контакты между собой.

Дополнительное покрытие контактов серебром, золотом, палладием или же радием помогает снизить сопротивление контактов. После включения питания в катушке электромагнита исчезает усилие, а сами пружины работают по принципу размыкания. Стоит отметить, что в герконовом реле полностью отсутствуют поверхности, где детали были бы подвержены трению между собой. Сами контакты отличаются разнообразием функций, так как они могут выполнять всю работу проводника, магнитопровода и пружин.

Повышение плотности тока помогает уменьшить габариты катушки магнита в несколько раз. Провод в эмали активно используют для намотки. Все узлы геркона проходят через штамповку, а соединения выполняются сваркой или же пайкой. В этих агрегатах активно используются магнитные экраны, которые помогают снизить зоны состояния включения.

Слаженная работа реле обусловлена тем, что все пружины устанавливаются без дополнительного натяга, за счёт чего устройство готово к работе сразу после запуска. Вместо привычных электромагнитов могут применяться постоянные магниты, из-за чего герконы называют поляризованными. Для нажатия контактов реле требуется некое усилие, которое обусловлено наличием магнитной катушки. Такой эффект нельзя встретить в обычных электромагнитных агрегатах, где вся сила зависит от пружины.

Принцип действия герконового реле на размыкание отличается тем, что система реле под воздействием электромагнита намагничивает сердечники, которые поэтапно отталкиваются между собой и размыкают цепь. Те модели, которые относятся к замкнутому типу, оснащены тремя контактами, один из них покрыт металлом, а остальные — ферромагнитным составом.

Преимущества и недостатки

Каждый агрегат отличается как положительными, так и отрицательными характеристиками. Если пользователь знает все сильные и слабые стороны приобретённого изделия, он может подобрать ему наиболее подходящую сферу применения. Именно поэтому перед покупкой герконового реле

нужно изучить его преимущества:

  1. Высокая степень надёжности коммутации. Этот параметр практически в два раза превышает те показатели, которые характерны для открытых контактных групп. Такой эффект достигается за счёт высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (может исчисляться десятками Мом).
  2. Удобство применения. Этот параметр обусловлен тем, что все контакты изолированы от внешней среды, благодаря чему у пользователя нет необходимости беспокоиться об их чистоте. К тому же отсутствует механическая привязка к постоянному магниту.
  3. Длительный эксплуатационный срок. Число срабатываний реле исчисляется миллиардами, ни одна контактная группа не может сравниться с таким показателем.
  4. Быстродействие. У многих моделей частота коммутации приближена к 1 кГц.
  5. Управлять оборудованием можно без помощи электроэнергии.
  6. Такой тип коммутаторов совершенно нетребователен к выбору нагрузки.

Когда все положительные стороны изучены, можно ознакомиться и с недостатками. Если мастер обладает необходимым опытом работы, то он сможет устранить мелкие недочёты. Среди основных недостатков герконового коммутатора можно выделить следующие характеристики:

  • Относительно маленькое количество контактов.
  • Большие размеры, которые плохо сочетаются с современной радиотехнической базой.
  • Довольно низкие показатели коммутирующей мощности.
  • Вибрация при срабатывании (этот параметр не касается тех моделей, где в капсулу заправлены ртутные капли).
  • Повышенная чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.
  • Стеклянная колба может легко повредиться при ненадлежащем обращении.

Несмотря на значительное преобладание положительных характеристик, герконовое реле постепенно вытесняется другими аналогами полупроводникового типа (к примеру, датчик Холла). Решающую роль сыграла более высокая прочность конструкции, полное отсутствие дребезжания, а также небольшой размер.

Сферы применения

Высококачественные и многофункциональные герконовые выключатели считаются востребованными в системах охраны, где они используются в качестве реле. Такие устройства также монтируются в специальные датчики.

Не стоит забывать и о других сферах применения:

  • Мощное оборудование для подводного плавания.
  • Синтезаторы и клавиатуры.
  • Специализированное оснащение для автоматики и безопасности.
  • Узкопрофильная аппаратура в медицинских учреждениях.
  • Коммутационные аппараты.
  • Приспособления для снятия замеров и тестирования.

Правила управления герконом

В связи с тем, что такое оборудование используется не только в быту, но и во многих других отраслях, каждый пользователь должен знать, как с ним обращаться. Только в этом случае можно рассчитывать на качественную работу реле. Тем более что управлять герметичным коммутатором можно

двумя основными способами:

  1. Используя магнит постоянного типа.
  2. Воздействуя катушкой, которая подсоединена к постоянному источнику тока.

В первом варианте пользователь может задействовать угловое или же линейное перемещение постоянного магнита. Кроме того, часто встречается способ, когда специальная шторка перекрывает рабочее поле. Такой вариант можно встретить в универсальных датчиках уровня и положения, а также в охранной сигнализации.

Второй способ позволяет специалистам соорудить мощное реле на основе геркона. В отличие от известных традиционных конструкций, такой агрегат будет более надёжным, качественным и долговечным, так как в его схеме будут отсутствовать какие-либо подвижные элементы. А вот что касается небольшого количества контактных групп, то этот небольшой минус можно легко устранить, если использовать сразу несколько герконов.

В качестве примера применения такого способа управления можно смело назвать токовое реле. Этот агрегат представлен в виде мощной катушки, которая обмотана прочным проводом большого сечения. Во внутреннем отсеке обязательно располагается герметичный коммутатор.

Универсальность этого приспособления может использоваться в качестве надёжной защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Вдобавок мастер может регулировать чувствительность прибора за счёт линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

Как работает герконовое реле — Яхт клуб Ост-Вест

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Контактная система электрических аппаратов в процессе эксплуатации подвергается воздействию большого числа неблагоприятно влияющих факто­ров, поэтому является наименее надежным узлом. Герметизация электромагнитных реле (ЭМР) исключает воздействие внешней среды, но не устраняет выделение летучих веществ из изоляционных материалов катушек, траверс и других деталей самих реле, вызывающих отказы контактов. К тому же герметизация связана с большими конструктивными и технологическими трудностями [1,2].

Существенным недостатком ЭМР является и наличие трущихся механичес­ких деталей, износ которых так же уменьшает их работоспособность. Дру­гим недостатком ЭМР является их инерционность, обусловленная значи­тельной массой подвижных деталей. Для получения требуемого быстродейс­твия применяют специальные схемы форсировки, что приводит к снижению надежности и росту потребляемой мощности.

ЭМР представляют собой достаточно сложную конструкцию, содержащую в ряде случаев более сотни деталей, что затрудняет автоматизацию их про­изводства [3,4].

Перечисленные недостатки ЭМР привели к созданию реле с герконами.

Согласно ГОСТ 17499-72 (Контакты магнитоуправляемые. Термины и опре­деления. Введен 01.07.73г, с.1-12) магнитоуправляемым контактом называ­ется «контакт электрической цепи, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического замыкания или размыкания ее при воз­действии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов и участков электрических и магнитных цепей» [3].

Герконом или герметизированным магнитоуправляемым контактом называ­ется помещенный в герметизированный баллон магнитоуправляемый контакт.

Так как детали геркона реализуют функции контактов и участков элект­рических и магнитных цепей, они имеют название контактные сердечники (КС). Контактные сердечники могут быть неподвижными и подвижными. Часто КС выполняются гибкими – в этом случае они выполняют и роль возвратной пружины [3,5]

Герконы бывают замыкающими, размыкающими, переключающими и запоминающими. Существуют сухие (с твердыми контактами) и жидкометаллические (контакты смочены жидким металлом) герконы. Как те, так и другие быва­ют нейтральными и поляризованными. Большое распространение получили нейтральные замыкающие и переключающие герконы [3].

КОНСТРУКЦИИ ГЕРКОНОВЫХ РЕЛЕ

Простейшее герконовое реле (ГКР) с симметричным замыкающим контактом изображено на рис.1.

Рис.1. Простейшее герконовое реле с симметричным замыкающим контактом

Контактные сердечники 1 и 2 изготовляются из пермаллоя, имеющего вы­сокую магнитную проницаемость, и ввариваются в герметичный стеклянный баллон 3.

Баллон заполняется 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 4 возникает магнитный поток Ф, проходящий по КС 1 и 2 через рабочий зазор d между ними и замыкается вокруг обмотки 4. Упрощенная картина магнитного поля показана на рис. 2. Поток Ф при про­хождении через рабочий зазор создает тяговую электромагнитную силу Рэм которая, преодолевая упругость КС, соединяет из между собой. Для улучшения контактирования поверхности касания покрывают тонким слоем (2-50 мкм) золота, 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 нет деталей, подверженных трению, а КС одновременно выполняют функции магнитопровода, токопровода, контактной и возвратной пружин. На рисунке приведена механическая характеристика Pмех=f1(d) и стати­ческие тяговые характеристики Pэм=f2(d). При медленном увеличении магнитодвижущей силы (МДС) обмотки до значения F1 рабочий зазор dр между КС уменьшается от значения dн до d1. При дальней­шем медленном увеличении МДС КС сближаются до зазора срабатывания dср соответствующего МДС статического срабатывания Fср и определяемого точкой касания механической характеристики с тяговой характеристикой при Fср. С достижением dср КС быстро переходят к замкнутому состоянию при конечном рабочем магнитном зазоре dк. Резкий переход КС от зазора dср к dк называют «срывом» [1].

С уменьшением МДС до значения МДС возврата Fв КС разомкнутся и после цикла затухающих колебаний останутся на расстоянии dz между собой.

При дальнейшем снижении МДС до нуля в случае отсутствия магнитного и механического гистерезиса КС вернутся в свое первоначальное положение dн. В замкнутом состоянии при F>Fв КС воздействуют друг на друга с си­лой контактного нажатия

, (1)

где Рэм.к и Рмех.к электромагнитная и механическая силы при . Для надежного срабатывания необходимо иметь

. (2)

График зависимости МДС срабатывания от смещения Z центра обмотки относительно центра перекрытия КС приведен на рис.4. Минимальная МДС срабатывания, реле имеет место при расположении зазора между КС геркона посередине обмотки. Fср.ном – номинальная МДС срабатывания, имеющая место при отсутствий смещения Z центра обмотки относительно центра перекрытия КС, т.е. Z=0. Уменьшение в опреде­ленных пределах длины обмотки при неизменности сечения приводит к увеличению магнитного потока в ра­бочем зазоре геркона и уменьшению МДС срабатывания [3].

Рис. 4. Влияние смещения Z центра обмотки относительно центра перекрытия КС на МДС срабатывания геркона.

Изменение тока управления Iу обмотки и коммутируемого тока Iк при срабатывании геркона показано на рис.5. Обмотка включается в момент времени t. Начало быстрого движения КС (после прохождения зазора d=dср на рис.3.) обуславливает уменьшение скорости нарастания тока Iу (точка а). Изменение воздушного зазора d 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 d=dср.В результате резкого увеличения ин­дуктивности после dср скорость нарастания тока и его значение умень­шаются (интервал времени от ta до t1). В момент времени t1 контакты касаются и вибрируют до момента времени t2. В интервале от t2 до t3 контакты не размыкаются, но ток Ik меняет­ся из-за изменения переходного сопротивления, вызванного изменением контактного нажатия. Контактное нажатие герконовых реле увеличивается с ростом МДС обмотки. Коэффициент возврата герконовых реле

(3)

Увеличение толщины немагнитного контактного покрытия не влияет на ве­личину МДС срабатывания Fср, т.к. начальный немагнитный зазор dн при этом не изменяется, а МДС Fотп увеличивается, поскольку возрастает dк что приводит к увеличению коэффициента возврата kв [1,3]. По сравнению с обычными ЭМР у герконовых реле kв значительно выше и доходит до 0. 9. Из-за технологических погрешностей kв, 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.

К временным параметрам герконового замыкающего реле относятся время срабатывания tср и время возврата tв [3].

В зависимости от предъявляемых к реле требований под tср может пони­маться разное время, но как минимум оно принимается равным времени первого замыкания геркона – t3=t1 т.е. tср1=t3, составляющее для герконов обычно от 10 -4 до 10 -3 сек.

Чаще всего во время tср кроме t3 включают также время дребезга при срабатывании tдр.ср – процесса размыканий и замыканий электрической цепи, вызванных чередующимися соударениями и отскоками КС, следующими за их первым замыканием, т.е.

. (4)

Под временем возврата tв в зависимости от требований, предъявляемых к реле, также может пониматься длительность разных процессов. Например

, , и др. (5)

где tp – время с момента отключения обмотки от источника напряжения до первого размыкания КС,

tраз – время разрядных процессов при отсутствии повторных замы­каний КС,

tдр.в – время наблюдаемого в ряде случаев дребезга при возврате.

Конструкция простейшего ГКР имеет разомкнутую магнитную цепь и его магнитопровод составляет только КС (рис.6,а).

Рис. 6. Конструктивные схемы выполнения герконовых реле.

Недостатки такой конструкции:

1) требуется большая МДС, т.к. зна­чительная ее доля затрачивается на проведение магнитного потока по воздуху;

2) подвержена воздействию внешних магнитных полей, создаваемых други­ми близко расположенными электромагнитными устройствами, а также само устройство может являться источником помех.

Эти недостатки устраняются помещением ГКР в кожух (экран) из магнитомягкого материала (рис.6,б,в). При этом увеличивается маг­нитная проводимость для рабочего потока Ф и снижается МДС срабатыва­ния. Для увеличения эффективности экрана паразитный зазор е стараются уменьшить или увеличить его площадь.

В условиях серийного производства регулирование значений МДС срабаты­вания и отпускания может произво­дится либо изменением зазора е, ли­бо изменением положения магнитного шунта (рис. 6,г), либо осевым смещением геркона в обмотке.

Существуют многоцепевые ГКР, имеющие до 12 и более герконов, управ­ляемых одной обмоткой [1].

Особенности условий работы многоце­певых ГКР:

1) большой технологический разброс по МДС срабатывания и отпускания герконов;

2) неодновременность срабатывания герконов из-за неравномерности маг­нитного поля;

3) магнитное шунтирование сработав­шим герконом других, приводящее к увеличению МДС срабатывания еще не сработавших герконов.

В некоторых конструкциях герконы устанавливаются снаружи обмотки уп­равления. Это обеспечивает меньшее взаимное влияние соседних герконов.

Рис. 8. Реле тока на герконе.

В реле контроля большого тока используется следующая компоновка (рис. 8). Контролируемый ток I проходит по шине и создает вокруг шины магнит­ный поток Ф, который и используется для управления герконом. Ток сраба­тывания ГК может регулироваться путем:

1) изменением угла a;

2) изменением расстояния х между герконом и шиной.

Наименьший ток срабатывания имеет место при a=90 о , а при a=0 о геркон не срабатывает при любом токе I.

Часто для усиления магнитного потока шины между ГК и шиной устанавливают магнитный шунт, имеющий участок уменьшенного сечения как показана на рис. 9. При опреде­ленном токе этот участок насыщается и увеличивается поток выпучивания, замыкающийся через КС геркона, и замыкает его. Такие реле выпускают­ся для постоянного и выпрямленного тока.

Управлять состоянием герконов можно с помощью не только магнитного поля, создаваемого катушкой управления, но и поля постоянного магнита (рис. 10). Это широко применяется современных слаботочных аппаратах управления (тумблеры, переключатели, кнопки, командоаппараты) и контрольно-изме­рительной аппаратуре (сигнализаторы положения, конечные выключатели, датчики).

Рис. 10. Управление герконом с помощью ферромагнитного экрана.

При приближении постоянного магнита к геркону увеличивается магнит­ный поток, замыкающийся между контактными сердечниками, и при опреде­ленном расстоянии срабатывания Хср создается тяговое усилие между КС, достаточное для их замыкания, т.е. срабатывания. Для создания требуемого контактного нажатия делают рабочее расстояние Хр 7 циклов. При постоянном токе 1А и напряжении 220В коммутационная износостойкость достигает 3*10 6 циклов. Время срабатывания не более 20 мс.

Максимальный ток герсиконов может быть доведен до 100А при напряже­нии 380В. Высокая надежность и простота конструкции делают герсиконы весьма перспективными для применения в коммутационных аппаратах [1].

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9242 – | 7358 – или читать все.

Устройства коммутации, или контакты применяют в радиотехнике и электронных устройствах. В электромагнитном реле контакты – это ненадежная конструкция, имеются трущиеся детали из металла. Они изнашиваются, работоспособность реле снижается. Герконы – это магнитоуправляемые герметические контакты. Выключатели на герконах были придуманы для качественной эксплуатации, повышения срока службы. Первые устройства на основе герконов возникли в прошлом веке в 30-е годы, а изобретен геркон был в 1922 году.

В современное время герметические контакты применяются не слишком широко, их постепенно вытесняют датчики Холла. Но есть места, где геркон не имеет конкурентов, он простой в использовании, имеет сухой контакт, гальваническую развязку. До сих пор магнитоуправляемый контакт используется в электронике. Герконы устанавливают там, где нужна долговечность коммутации, надежность работы. Они входят в разные датчики, реле, позиционные выключатели.

Виды
Как и все контактные группы, герметические контакты разделяются на виды по функциям:
  • Замыкающие.
  • Переключающие.
  • Размыкающие.
По технологии изготовления и конструкции, герконы разделяются на группы:
  • Сухие.
  • Ртутные.

Сухие магнитные контакты работают как обычные. В ртутных образцах внутри корпуса из стекла расположены контакты с капелькой ртути. Капля ртути нужна для смачивания контактов в работе, улучшения контакта, уменьшить сопротивление перехода, устранить дребезг контактов.

Дребезг – это вибрация контактной группы при срабатывании на замыкание или размыкание. При одной сработке возникает ложная коммутация сигнала передачи, повышается время срабатывания. Если дребезг окажется в усилителе звука при включении сигнала, то произойдет искажение звука, работа усилителя нарушится. При использовании геркона в цифровых микросхемах необходимо подавлять дребезг фильтрами RS триггеров или RC цепочек. Герконовые контакты используют в схемах микроконтроллеров, в которых дребезг герконов устраняют с помощью программ, что уменьшает скорость работы системы.

Устройство

Конструкция магнитоуправляемого контакта выполнена из стеклянного баллона. В баллоне расположены контакты, изготовленные из магнитных сердечников, которые приварены с торцов колбы. Наружные элементы магнитных сердечников подключены к сети питания. Это видно на схеме.

  1. Колба стеклянная.
  2. Контакт переключения.
  3. Стационарный контакт.

Наиболее распространены замыкающие герметические контакты. У них контакты из проволоки прямоугольного сечения, с ферромагнитными свойствами. Также сердечники могут быть выполнены из пермаллоевой проволоки. Это зависит от размера и мощности герконового датчика. Покрытие контактов выполняют также из родия, золота и т.д.

В колбу закачивают инертный газ, либо создают вакуум. Это не позволяет развиваться коррозии и ржавчине в датчике геркона. При производстве герконов необходимо учитывать, что имеется промежуток между сердечниками.

Работа геркона

Простое реле с контактами замыкания имеет в составе два сердечника с контактами, имеющие повышенную магнитную проницаемость. Они находятся в герметичном баллоне из стекла, с инертным газом, либо смесь газов. Создается давление в баллоне 50 кПа. Среда инертности не дает окисляться контактам.

Баллон геркона ставится внутри управляющей обмотки, подключенной к постоянному току. При включении питания на реле образуется магнитное поле, проходящее по сердечникам контактов, по зазору и замыкается по управляющей катушке. Магнитный поток создает тяговую силу, соединяющую контакты друг с другом.

Чтобы сопротивление контактов сделать наименьшим, касающиеся поверхности покрыты серебром, радием, палладием и т.д. При выключении питания в катушке электромагнита геркона усилие исчезает, пружины размыкают контакты. В герконовых реле нет поверхностей трения деталей, контакты имеют много функций, выполняют работу магнитопровода, проводника и пружины.

Чтобы уменьшить габариты катушки магнита, повышают плотность тока. Применяют провод в эмали для намотки катушки. Детали геркона штампованные, соединения производятся пайкой или сваркой. В герконах используются магнитные экраны для снижения зоны состояния включения.

Пружины в герконовых реле установлены без дополнительного натяга, они включаются сразу, не тратя время на старт. Вместо электромагнита могут применяться также постоянные магниты. Такие герконы называются поляризованными. Усилие нажатия контактов герконового реле обуславливается магнитной силой катушки, в отличие от обычных электромагнитных реле, у которых усилие зависит от пружин.

На размыкание геркон работает по-другому. Система магнитов реле при действии электромагнитной силы намагничивают сердечники одноименно, которые отталкиваются между собой и размыкают цепь.

У геркона с переключением один из 3-х контактов замкнутый, выполнен из немагнитного металла. Остальные два контакта сделаны из ферромагнитного состава. Под действием магнитного поля разомкнутые контакты замыкаются, а замкнутый немагнитный размыкается. Хотя магнитное поле есть всегда, как поле Земли, но такого поля не хватает для срабатывания геркона, поэтому им пренебрегают.

Применение герконов
Герконовые датчики и выключатели используют:
  • Медицинские приборы и аппараты коммуникации.
  • Аппараты для подводников.
  • Синтезаторы и клавиатуры.
  • Тестирующие приборы, измерители.
  • Приборы автоматики и безопасности.

В охранных системах датчики на герконах применяют в качестве реле. Охранный датчик включает магнит и геркон. Простейшее герконовое реле состоит из обмотки и геркона.

Достоинствами реле на герконах можно назвать:
  • Небольшие габариты, простое устройство.
  • Защита от влаги, подгорания контактной группы.
  • Нет трущихся частей.

Такие датчики на герконах широко применяются, но в них имеются и недостатки, такие как подверженность к механическим повреждениям. Это большой минус для применения во многих системах.

В системах сигнализации герконы незаменимы. Установить датчик не составляет большого труда. Когда дверь закрыта, то контакт геркона замкнут. При открывании двери магнит, закрепленный на косяке, отходит от геркона, магнитная сила снижается, цепь питания размыкается. Это служит сигналом для срабатывания схемы оповещения.

Похожая ситуация с применением геркона в лифтах. Чтобы определить расположение кабины лифта, используют герконы. С помощью магнитов и геркона просто управлять оборудованием освещения. В счетчиках учета электроэнергии также присутствуют герконы.

Советы по использованию
При использовании герконовых реле или датчиков можно дать несколько советов, которые учитывают нюансы применения таких устройств:
  • При монтаже герконов по возможности избегайте источников ультразвука, он может отрицательно влиять на электрические параметры датчика, изменять их.
  • Находящийся рядом источник магнитного поля также может менять характеристики и свойства магнитного выключателя.
  • Герконовые реле и датчики боятся ударов и механических повреждений. Инертный газ внутри датчика при ударе может выйти вследствие нарушения герметичности резервуара с газом. Это выведет геркон из строя.
  • При осуществлении пайки необходимо руководствоваться предписаниями инструкции производителя герконового датчика.
Герсиконы

Реле на герконах имеет широкий разброс коэффициента возврата по причине погрешности технологии изготовления. Чтобы повысить номинальную мощность и ток коммутации в герконовые реле встраивают вспомогательные контакты для погашения дуги.

Такие реле получили название герсиконов, или силовых герметичных контактов. Промышленное производство выпускает герсиконы на силу тока до 180 ампер. У них частота коммутации достигает до 1200 включений в час. Герсиконами запускают асинхронные электродвигатели с номинальной мощностью до 3000 Вт.

Ферритовые герконовые реле

Это особый класс реле на герконах с ферритовыми сердечниками. Они имеют функцию памяти. Чтобы сделать переключение в герконах такого типа, нужно подать токовый импульс обратной полярности для того, чтобы размагнитить сердечник из феррита. Их называют запоминающими герметичными контактами, или гезаконами.

Назначение геркона. Герконы – это реле с герметичными магнитоуправляемыми контактами. Они широко используются в схемах автоматики и зашиты как логические элементы, преобразователи неэлектрических величин в электрические, как электромеханические усилители сигналов между полупроводниковыми устройствами и силовыми электрическими аппаратами.

Принцип действия и устройство геркона. Простейшее герконовое реле (ГР) с замыкающими контактами изображено на рисунке 4.2.1, а.

Рис. 38. Простейшее герконовое реле с симметричным замыкающим контактом

Контактные .сердечники (КС) 1 и 2 изготавливаются из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (пермаллоя) и ввариваются в стеклянный герметичный баллон 3. Валлон заполнен инертным газом – чистым азотом или азотом с небольшой (около 3%) добавкой водорода. Давление газа внутри баллона составляет (О, 4-5-0, 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 8 между ними и замыкается по воздуху вокруг обмотки 4. Упрощенная картина магнитного поля показана на рисунке 39. 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, серебра и др.

Рис. 39. Упрощенная картина магнитного поля геркона управляемого обмоткой с током

При отключении обмотки магнитный поток и электромагнитная сила спадают и под действием сил упругости КС размыкаются. Т. о, в ГР 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, герконы называют магнитоуправляемыми контактами.

На основе герконов могут быть созданы также реле с размыкающими и переключающими контактами.

Рис. 40. Переключающие герконы

В герконе с переключающими контактами (Рис. 40, а) неподвижные КС 1, 3 и подвижные 2 размещены в баллоне 4. При появлении сильного магнитного поля КС2 притягивается к КС1 и размыкается с КСЗ. Один из КС переключающего геркона (например 2) может быть вполне из немагнитного материала (рис. 40,б).

Герконовое реле (рис. 40,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 КС1 замыкается с КС5, а КС2 с КС6. При отсутствии тока в обмотках все КС разомкнуты. ГР (рис. 40,г) имеет переключающий контакт 3 сферической формы. При согласном включении обмоток 7 и 8, контакт 3 притягивается к КС1 и КС2 и замыкает их. После отключения обмоток 7 и 8 при согласном включении обмоток 9 и 10 контакт 3 замыкает КС5 и КС6.

Т.к. КС герконов выполняют функции возвратной пружины, то им придают определенные упругие свойства. Упругость КС обуславливает возможность их вибрации («дребезга») после удара, который сопутствует срабатыванию. Длительность такой вибрации достигает 0,25 мс при общем времени срабатывания 0,5-1,0 мс. Одним из способов устранения влияния вибрации является использование

Рис. 41. Ртутные герконы

В переключающем герконе (рис. 41, а) внутри подвижного КС имеется капиллярный канал, по которому из нижней части баллона 4 поднимается ртуть 5. Ртуть смачивает поверхности касания КС1 с КС2 или КСЗ. В момент удара контактов при срабатывании возникает их вибрация. Из-за ртутной пленки на контактной поверхности КС1 вибрация не приводит к разрыву цепи. В конструкции на рис. 41,б между КС2 и 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 контакты КС2 и КСЗ.

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 в близи геркона, его магнитный поток замыкается через КС, которые в результате этого находятся в замкнутом состоянии. Использование постоянного магнита совместно с управляющей катушкой позволяет создать ГР с размыкающим контактом.

Герконовый датчик

Герконовые датчики получили широкое применение в системах охранных сигнализаций. Это недорогой, простой в установке и эффективный в эксплуатации охранный извещатель, реагирующий на открытие металлических дверей, ворот, люков и других движущихся конструкций.

 

Применение дверных герконов

Геркон для металлической двери

Дверные (накладные) извещатели магнитоконтактного типа реагируют на размыкание/замыкание подвижных элементов, защищающих непосредственный доступ в здание склада, гаража, дачи. Благодаря внутреннему расположению, незаметному для глаз размеру и безотказному принципу работы, магнитоконтактные герконы обеспечивают надёжную защиту удалённых объектов. С их помощью можно, легко и без значительных вложений, организовать систему охраны не только в частных домах и загородных пристройках, но и в коммерческих структурах – небольших магазинах, палатках, торговых точках. Врезные и накладные магнитные охранные извещатели устанавливаются не только на стальные двери и ворота коттеджей, но и на витринные рулонные жалюзи (шторы) бутиков, сейфы www.goodsafe.ru в офисах и квартирах.

 

Как работает магнитоконтактный извещатель – геркон?

Устройство и принцип работы накладных и врезных охранных контактных извещателей для металлических дверей ворот, основано на наличии постоянного электросигнала в цепи охранной сигнализации, проходящего через 2 реле прибора. Стандарт порога срабатывания варьируется от расстояния 30-50мм между рабочими элементами магнитодетекторов. Т.е. при открытии двери или окна на зазор, превышающий эти значения, контрольная панель сигнализации получает уведомление о разрыве контактов между магнитными реле.

Точечные извещатели выполняются в миниатюрных размерах и конструктивно состоят из 2-х блоков магнитных реле, запаянных в пластиковый корпус. В случае если в помещении планируется установка пожарно-охранной системы сигнализации, корпус исполняется во взрывозащищенном варианте, с классом защиты IP 54 и выше. Датчики открытия для металлических дверей покрываются двойной изоляцией, что предотвращает ложные срабатывания, в пластиковом корпусе прессуются соединительные провода и готовятся крепежные отверстия. Существуют переключающиеся и нормально разомкнутые типы герконов.

Испытания герконовых переключателей и реле на надёжность

1 часть

Для многих применений в области переключения герконовые реле остаются наилучшим решением, в особенности если требуются такие характеристики, как маленький размер, хорошая изоляция в выключенном состоянии, очень низкое сопротивление во включённом состоянии и способность выдерживать электростатический разряд (ЭСР).

Герконовые реле также могут быть наилучшим решением для тех областей применения, где требуются превосходные радиочастотные характеристики, поскольку низкая электроёмкость и регулируемое комплексное сопротивление этих реле позволяют получать устройства, способные коммутировать сигналы в ГГц-диапазоне. Однако герконовые реле с неизбежностью воспринимаются как механические устройства в мире, который становится все более полупроводниковым, и поэтому критически важно понять их надёжность в полевых условиях. Знание того, сколько циклов переключения они выдержат при тех или иных условиях электрической нагрузки, является важным вопросом при принятии решения о том, является ли герконовое реле наилучшим вариантом выбора для конкретного применения. Поэтому программа жёстких испытаний является жизненно важным инструментом обеспечения заказчиков технической поддержкой, а также непрерывного повышения качества изделий Coto.

Что такое надёжность?

Надёжность может быть определена как вероятность того, что устройство или система будут соответствовать спецификации. Её можно оценить только приблизительно и никогда нельзя определить точно. Приблизительную оценку можно дать путём проверки количества отказов отдельных изделий, взятых из репрезентативной выборки. Получение этих приблизительных оценок требует использования статистического анализа.

Надёжность реле лучше всего определяется в терминах количества циклов срабатывания в требуемом режиме до того, как оно откажет. Такие количественные показатели, как MTBF (среднее время между отказами) или MTTF (среднее время до отказа) менее полезны, поскольку срок службы реле в значительной степени зависит от того, скольким циклам переключения оно подверглось, а не просто от длительности эксплуатации. Таким образом, MCBF (среднее число циклов до отказа) является полезным показателем надёжности реле, который и используется корпорацией Coto Technology для оценки надёжности. Однако оценка и опубликование MCBF для реле не показывают полной картины. Сколько образцов использовалось для составления оценки? Каковы были условия электрической нагрузки? Каковы доверительные пределы для MCBF? Более продуктивным вопросом пользователя реле может быть: «Я не могу позволить, чтобы мои реле работали, пока половина из них не откажет, чтобы я смог понять, насколько точна была ваша оценка MCBF. Сколько рабочих циклов я могу ожидать от этих реле, пока одно из тысячи не откажет, и насколько вы уверены в этой оценке?». Надлежащим образом спланированные и реализованные испытания на надёжность могут ответить на вопросы такого рода и многие другие вопросы. Является ли реле одного типа более надёжным, чем реле другого типа? Становится реле более надёжным по мере старения или оно проявляет признаки изнашивания, как это происходит у людей? Какое количество отказов я могу ожидать от новых, только что извлечённых из коробки реле? Если реле откажет на плате, на которой находятся ещё 15 реле, что наиболее рентабельно — заменить только отказавшее реле или все реле одновременно? Точные оценки статистики надёжности позволяют объективно ответить на такие вопросы, а не «полагаться на чутье».

Что такое отказ?

Герконовые переключатели или реле, в конечном счёте, отказывают одним из трёх способов. Они не размыкаются, когда должны это делать (обычно это называется «залипанием»), они не замыкаются, когда должны это делать («пропуск»), либо их сопротивление статического контакта постепенно ползёт вверх до неприемлемого уровня. При лёгких нагрузках отказ может не происходить, пока не будет выполнено несколько миллиардов циклов замыкания. Первые два указанных механизма можно дополнительно подразделить на «мягкие» и «жёсткие» отказы. Мягкий отказ регистрируется, когда переключатель оказывается пропущенным или залипшим через несколько миллисекунд после активации или деактивации катушки, но затем, если проверить его через некоторое короткое время (обычно полсекунды), обнаруживается его избавление от проблемы. Если восстановление после начального мягкого отказа не происходит ко времени выполнения второй проверки, отказ классифицируется как устойчивый, или «жёсткий».

Отказы в виде пропуска и залипания могут быть определены через сопротивление, измеренное через некоторое время после того, как активацией катушки возбуждения будет выполнено замыкание переключателя либо деактивацией катушки будет выполнено размыкание. Отказ в виде пропуска вызывается тогда, когда сопротивление больше заданного порогового значения при замкнутом переключателе. И наоборот, отказ в виде залипания возникает тогда, когда сопротивление меньше заданного порогового значения при разомкнутом переключателе. Эти пороговые значения сопротивления и временная привязка измерений зависят от применения. Coto обычно использует 1 Ом для мягких отказов в виде пропусков и половину сопротивления нагрузки контакта для мягких отказов в виде залипания, измеряемых через одну миллисекунду после активации или деактивации катушки возбуждения. Эти параметры измеряются для каждого испытательного цикла переключения. Поскольку даже один мягкий отказ может быть проблематичным в таких критических применениях, как автоматизированная тестовая аппаратура (ATE), Coto регистрирует отказы оценки «ожидаемого срока службы» как первый, мягкий отказ из-за за-липания, пропуска или избыточного сопротивления контакта. Это намеренно консервативный критерий. Сравнение с данными по надёжности, опубликованными другими изготовителями реле, затруднено, потому что у них могут быть менее строгие критерии отказа или другие способы представления статистических данных по надёжности.

Как можно оценить надёжность?

Исходные данные для приблизительной оценки надёжности герконового реле получают, взяв репрезентативную выборку образцов и заставляя их циклически срабатывать до отказа, подсчитывая при этом число циклов до отказа. После того как эти основные исходные данные будут получены, их нужно проанализировать, чтобы можно было определить соответствующие статистические параметры надёжности. Цель состоит в том, чтобы найти моделирующую функцию, которая точно согласуется с имеющимися данными и которую можно использовать для интерполяции или разумной экстраполяции для определения количественных оценок MCBF и других статистических параметров надёжности.

Как многие другие статистические оценки, точность прогнозирования надёжности увеличивается пропорционально квадрату числа образцов; разумное и целесообразное количество испытываемых реле для типового испытания равно 16 или 32. Для получения прогноза надёжности не обязательно испытывать реле до момента, когда они все откажут. Испытание на долговечность можно приостановить после того, как откажет определённая доля реле, — как правило, испытание должно проводиться до тех пор, пока не откажет хотя бы 50% реле. Набор данных такого типа называется «цензурированным справа», а информация о реле, которые остались в исправном состоянии после приостановки испытания, является полезной и поэтому не отбрасывается. Это можно понять интуитивно; если 32 реле испытывались в течение 100 млн циклов и половина из них сохранила работоспособность, то вероятно, что MCBF равна, по меньшей мере, 100 млн. Оценивание MCBF исходя всего из 16 реле даст значительно более низкую оценку.

Широко распространённым статистическим распределением для моделирования данных по надёжности является распределение Вейбулла [1]. Ссылка [2] полезна для руководства по применению анализа Вейбулла. При наличии заданного числа циклов до отказа для серии испытываемых реле параметры этого распределения могут быть согласованы с данными по отказам с помощью регрессии методом наименьших квадратов. Как правило (но не всегда), прогнозируемое согласование с помощью распределения Вейбулла лучше, чем полученное с использованием других статистических распределений, что приводит к улучшенным оценкам параметров надёжности. Получают два параметра, одним из которых является параметр вероятностной шкалы Вейбулла, из которого можно легко вывести MCBF. Этот параметр иногда называют греческой буквой «эта» (η). Вторым параметром является угол наклона регрессионной прямой Вейбулла, или «бета» (β) Вейбулла. После того как будут определены параметры регрессии Вейбулла, для прогнозирования таких параметров, как MCBF, ожидаемый срок службы до отказа 1% деталей, оценка прогнозируемого выхода из строя в период приработки или в начальный период эксплуатации и характеристики износа, а также других релевантных данных по надёжности, можно использовать эмпирическое уравнение. Хотя может показаться, что проведение 100 млн циклов испытания на долговечность может занять слишком много времени, можно использовать ускоренное тестирование срока службы. Время скоростного переключения герконовых реле позволяет включать и выключать их с частотой до 200 Гц, таким образом, выполнение 100 млн циклов заняло бы 4,8 дня, а возможно, и меньше, если испытание было приостановлено до того, как отказали все реле.

Взаимосвязь между испытаниями на надёжность и параметрическим тестированием

Coto Technology проводит до двенадцати электроиспытаний на каждом реле и переключателе, которое выходит с их заводов. Эти неразрушающие испытания называются параметрическим тестированием, поскольку результаты измерений представляют собой такие параметры изделий, как напряжение втягивания и отпускания, статическое и динамическое сопротивление контакта, время открытия и закрытия и т. д. В противоположность этому, испытания на надёжность являются, как правило, разрушающими и занимают длительное время и поэтому могут применяться только к репрезентативным выборкам изделий. Изделия испытываются при различных нагрузках по току и напряжению, включая, при необходимости, профили пусковых токов. Зачастую мы подстраиваем эти нагрузки под специальные технические требования наших заказчиков. Размеры выборок и число испытательных циклов выбираются так, чтобы они позволяли точно оценить MCBF и другие статистические параметры надёжности, при этом зачастую предусматриваются размеры выборок, насчитывающие 64 или 128 образцов для испытаний, и несколько миллиардов циклов в течение многих недель.

Типовой пример анализа и интерпретации данных по долговечности

Показанные на рисунке 1 графики регрессии Вейбулла были созданы на основании испытания на долговечность 64 Coto реле категории ATE по сравнению с таким же числом имеющихся в продаже конкурирующих деталей. Испытание проводилось при частоте 200 Гц с использованием резистивной нагрузки при 5 В, 10 мА. Оно продолжалось, пока не отказали все 128 образцов, при выполнении примерно одного миллиарда циклов в течение 55 дней непрерывного испытания. MCBF для каждого типа реле можно приблизительно оценить, исходя из пересечения каждого эмпирического графика надёжности с ординатой 50% ненадёжности, либо точно определить численными методами. Приблизительная величина MCBF для конкурирующего реле составляет 66 млн циклов по сравнению с 450 млн для реле Coto. Пунктирными линиями показаны 90% доверительные пределы для каждого графика — поскольку они не перекрываются ни в одной точке, образцы явно имеют значительно отличающиеся уровни надёжности при доверительном уровне 90%.

Рисунок 1. Графики Вейбулла данных испытаний долговечности реле

Другим полезным статистическим параметром надёжности является ожидаемый срок службы до отказа 1%; графики показывают, что приблизительно оценённый 1%-ный срок службы находится между 1 и 4 млн циклов для конкурирующего реле по сравнению с диапазоном от 30 до 70 млн для реле Coto. Объяснением этой большей разницы в надёжности служит более крутой наклон графика Вейбулла для образца Coto, указывающего на более явную характеристику износа, чем случайные отказы, демонстрируемые конкурентом. Поскольку затраты на нахождение, снятие и замену отказавшего реле могут значительно превосходить реальную закупочную цену детали, более крутые наклоны Вейбулла и более высокое среднее значение MCBF снижают затраты на техобслуживание и замену и дают меньше дорогостоящих отказов на этапе приработки и в начальный период эксплуатации.

Как не ошибаться при помощи неправильной статистики — опубликование достоверных и полезных данных по ожидаемой долговечности

Неправильное использование статистики породило знаменитое высказывание английского премьер-министра Бенджамина Дизраэли: «Есть три вида лжи: ложь, наглая ложь и статистика». Определённо неправильно примененные статистические данные могут непреднамеренно привести к завышенной оценке надёжности. Компания Coto старается предоставлять данные по надёжности объективно и точно с помощью программных инструментов, удовлетворяющих отраслевым стандартам.

В каталоге Coto «ожидаемый срок службы» является синонимом MCBF, или среднего числа циклов до отказа. Поскольку доверительные пределы, связанные с оценками MCBF, обычно достаточно широкие, оценки долговечности округляются до соответствующего числа значащих цифр во избежание подразумеваемой сверхточности. Данные по надёжности реле даются только для резистивных нагрузок при 1 В, 10 мА или 1 В, 1 мА. Данные по долговечности переключателей даются при нескольких различных нагрузках, в зависимости от применения. За данными по долговечности при других нагрузках обратитесь в корпорацию Coto Technology. У нас есть обширная база данных по испытаниям на долговечность, и мы, вероятно, сможем спрогнозировать надёжность при других условиях нагрузки или организовать специальное испытание на долговечность, отвечающее вашим требованиям.

Демонстрация надёжности изделий для определённого числа циклов переключения

Если нужно только приблизительно оценить надёжность реле после определённого числа циклов переключения, вместо определения MCBF существует другой подход к испытаниям. Предположим, что нам нужно быть в состоянии заявить с 90%-ной уверенностью, что надёжность определённого реле составляет не менее 99% после 100 млн циклов. Иначе говоря, мы хотим иметь достаточную уверенность в том, что после этого числа циклов откажет менее 1% реле. Путем переупорядочения уравнения Вейбулла в данном случае можно показать, что, если 44 реле подвергнуть испытанию в течение 300 млн циклов и все они останутся работоспособными, требование 99% надёжности будет продемонстрировано с 90%-ной уверенностью1. Это испытание займет примерно 17 дней при частоте 200 Гц. Время испытания можно менять в обмен на изменение числа испытываемых реле; если испытание было продлено до 370 млн циклов (22 дня), а число испытываемых реле было уменьшено до 32, требуемая надёжность была бы продемонстрирована, если бы все 32 реле сохранили работоспособность. Это число тестируемых устройств (DUT) очень удобно, поскольку это максимальное число реле, которое может вместить одна система Coto для испытаний реле на долговечность.

Интенсивности отказов и показатели FIT

MCBF можно также выразить как интенсивность отказов; одно является обратной величиной другого. Таким образом, реле, MCBF которого равно 250 млн циклов, имеет среднюю интенсивность отказов 4×10-9 отказов за цикл. Иначе говоря, если интенсивность отказов постоянна, существует вероятность четыре случая на миллиард, что реле откажет в любом данном цикле переключения. Однако интенсивности отказов редко бывают постоянными; освоенное изделие будет иметь β >1 и увеличивающуюся интенсивность отказов по мере приближения к концу срока своей службы. Поскольку интенсивности отказов реле обычно очень низкие, удобно определить показатель числа отказов за определённое время (FIT) как число отказов, которое можно ожидать за один миллиард (109) циклов срабатывания. Обратите внимание, что показатели FIT предполагают, что интенсивность отказов постоянна во времени (то есть бета=1). Но так бывает редко, и сочетание η и β Вейбулла является гораздо более полезной мерой надёжности.

Надёжность релейных систем

Оценка надёжности системы для оборудования, использующего множество реле

Рассмотрим систему, содержащую 2000 одинаковых реле. Система отказывает, если отказывает одно из 2000 реле. В конструкции системы нет избыточности или резервирования. Если известна надёжность отдельного реле, можно ли оценить наиболее вероятное число циклов до отказа системы? Ответ положительный, но результат может быть неожиданным, в особенности для реле с низким MCBF или пологими наклонами β. Это тот случай, когда использование чрезвычайно высоконадёжных реле является жизненно необходимым. Одним подходом к оценке надёжности системы является использование имитационного моделирования методом Монте-Карло. Ненадёжность отдельного реле задаётся формулой (1):

если tr — это ожидаемое число циклов до отказа, а оценки η, β уже имеются исходя из испытаний долговечности, случайные величины tr можно вывести из выражения

где RND — случайное число, равномерно распределенное в интервале 0-1.

Для системы с 2000 реле вычисление tr 2000 раз и сортировка для нахождения наименьшего значения даёт оценку того, когда система откажет с наибольшей вероятностью (поскольку мы делаем допущение, что она отказывает, когда отказывает первое реле). Повторение имитации большое число раз позволяет вывести распределение циклов до отказа для множества систем. В таблице 1 показаны результаты такой имитации для различных значений η и β.

Таблица 1. Оценка числа циклов системы до отказа 1% систем
для различных значений ресурсной характеристики (эта)
и параметра формы (бета) распределения Вейбулла.
Числа базируются на имитации одной тысячи систем,
каждая из которых содержит 2000 реле, где предполагается,
что отказ одного реле вызывает отказ системы

Эта (η) Бета (β)
(млн) 0,5 1 1,5 2 3,44
1000 0 4 335 295 883 2 299 897 31 781 920
500 0 2 717 232 301 1 171 054 14 759 612
250 0 1 117 70 223 620 461 6 868 718
100 0 619 28 872 225 721 2 578 993
50 0 253 19 092 98 634 1 435 337
Число циклов системы до отказа 1% систем

Ожидается, что герконовое реле Coto высшего качества имеет ресурсную характеристику хотя бы миллиард циклов при переключении электрических нагрузок низкого уровня. Оно также будет иметь β Вейбулла от 1,5 до 4. Видно, что для реле с ресурсной характеристикой 1000 млн (1 млрд) циклов оценка числа циклов системы до отказа 1% систем находится между примерно четырьмя тысячами циклов для β=1 и почти 300 тысячами циклов для β=1,5 и превышает два миллиона циклов для β=2. Ясно, что небольшое увеличение β создаёт очень большую разницу в ожидаемой надёжности системы. А поскольку MCBF высоко коррелирована с ресурсной характеристикой η, таблица также показывает, что установление надёжности реле на основании одного только MCBF является недостаточным; важно задать как MCBF (или ресурсную характеристику), так и параметр формы распределения β Вейбулла, если нужно выполнить обоснованные оценки надёжности системы.

Очевидно, что не все системы сконструированы так, что если любое одно реле из очень большого их числа отказывает, то система выходит из строя. Различные стратегии, такие как конструкция с резервированием, могут уменьшить потенциальную проблему. Стоит отметить, что резервирование, основанное на параллельном использовании реле в критически важных местах, может при определённых условиях повысить надёжность системы. Однако параллельная работа реле в попытке увеличить способность переключения нагрузок не является хорошей стратегией, поскольку одно реле всегда замыкается раньше другого и контакты такого реле несут полную нагрузку переключения. Имитация систем, имеющих стратегии избыточности или компоненты (в том числе реле) с разными уровнями надёжности, выходит за рамки данного официального документа. Имеющееся в продаже программное обеспечение, такое как BlockSim (от Reliasoft Inc.), существенно помогает в прогнозировании надёжности сложных систем.

Что означает β Вейбулла?

Сообразительный читатель может заинтересоваться, почему в верхней ячейке последнего столбца таблицы 1 стоит значение β, равное 3,44. Оказывается, распределение Вейбулла с β=3,44 весьма близко к нормальному распределению со знакомой симметричной колоколообразной кривой. Нормальное распределение может точно моделировать интенсивности отказов таких расходных элементов, как картриджи принтеров и лампы накаливания, которые быстро изнашиваются после определённого числа циклов. Однако герконовые реле имеют более сложные механизмы отказов, чем картриджи принтеров, и их значения β, как правило, ниже и находятся в диапазоне от 1,5 до 2. Иными словами, они проявляют характеристики износа после длительного периода эксплуатации.

Стратегии профилактического техобслуживания

Что лучше — заменять реле по одному, когда они отказывают, или заменять их группами по графику профилактического техобслуживания независимо от того, отказали они или нет? Статистические параметры надёжности позволяют осуществлять аналитический подход к решению проблемы на основании концепции, называемой «Минимизация затрат на единицу времени» (CPUT). Этот метод учитывает как затраты на профилактическое техобслуживание (ПТО), так и расходы на незапланированное (внеплановое) техобслуживание, ВПТО. Он широко распространён в индустрии ATE (автоматизированное тестовое оборудование), где затраты на обнаружение и ремонт отказавшего реле на месте эксплуатации в десять или сто раз выше затрат на ремонт во время установки линии. Замена реле стоимостью 5$ США, когда отказ обнаруживается во время испытаний при изготовлении, может стоить 500$ США на месте эксплуатации. Если это отказавшее реле установлено на плате вместе со, скажем, 15 другими, рентабельно ли заменить их все одновременно во время ремонта на месте эксплуатации, даже если 15 из 16 могли не отказать? Возможно, это покажется удивительным, но ответ часто бывает положительным. В данном примере установим затраты на ПТО как 16 реле×5$/реле=80$. Также давайте допустим, что затраты на ВПТО для обнаружения и замены того самого одного отказавшего реле составляют 500$ США. Во-первых, давайте подсчитаем надёжность 16-элементной платы, считая её системой, которую нужно заменить, когда отказывает одно или несколько отдельных реле. Для системы, которая отказывает, если отказывает одно реле, путём манипулирования уравнением распределения Вейбулла можно показать, что надёжность после t циклов системы, содержащей n реле, будет следующая:

где Rs (t) — надёжность системы при t циклах, Rr (t) — надёжность отдельного реле при t циклах, n — число реле в системе.

Параметр масштаба (эта) для системы можно определить исходя из параметра масштаба отдельных реле с помощью следующего выражения:

Исходя из уравнения (4), 16-релейная система, использующая реле с ресурсной характеристикой (η) 1000 млн циклов и β Вейбулла, равной 1,5, будет иметь ресурсную характеристику 157 млн циклов и MCBF 142 млн циклов. β системы остаётся такой же, на уровне 1,5. Имея эти оценки параметров Вейбулла 16-релейной системы, мы почти готовы рассчитать период профилактического техобслуживания, который сводит к минимуму CPUT. Чтобы привести пример предельного случая, давайте сначала предположим, что ПТО выполняется через каждый миллион циклов системы и все реле заменяются; в данном случае затраты на ПТО за 1 млн циклов составят 80$, плюс дополнительное ожидание небольшой вероятности незапланированного отказа, стоящего 500$. Оказывается, что CPUT будет 80,15$ на 1 млн циклов. Ясно, что это будет излишне агрессивная и неэкономичная политика ПТО, хотя события ВПТО не будут происходить почти никогда. Это было бы всё равно, что покупать новый «Роллс-Ройс» взамен старого, когда наполнится пепельница. Однако путём расчёта CPUT для этого примера с использованием увеличивающихся периодов между ПТО можно показать, что явно минимальные затраты CPUT в размере 2,89$ возникают, когда число циклов между ПТО устанавливается на уровне 81 млн. Иными словами, стратегия ПТО стоит 2,89$ на 1 млн циклов системы.

Если не сломано, почини

Теперь взглянем на ожидаемые расходы на техобслуживание, если ПТО не выполняется, а каждое отдельное реле просто заменяют, когда оно отказывает. Мы знаем, что MCBF системы составляет 142 млн циклов, и мы подсчитали, что затраты на внеплановое техобслуживание составляют 500$ за одно событие. Поэтому ожидаемые затраты на 1 млн циклов системы будут 500$/142=3,52$ на 1 млн циклов. По сравнению с этим работа согласно стратегии ПТО с 81 млн циклов сэкономит почти 25% от затрат на техобслуживание! На самом деле экономия будет даже выше, поскольку после каждого 81 млн циклов запускается новая плата системы, на которой все реле новые и каждое из них имеет период стабильной эксплуатации до того, как они начнут изнашиваться. С другой стороны, если следовать стратегии ВПТО, значительная часть незаменённых реле будет находиться в фазе износа и они будут более склонны к преждевременному отказу, чем новые реле, заменённые согласно стратегии ПТО «замени их все».

Теперь рассмотрим плату системы с 64 реле одного и того же типа и стоимости. Предположим, что β Вейбулла равна 2. Ресурсная характеристика системы при β=2 составляет 125 млн циклов. Замена всех реле по графику ПТО стоит 5$×64=320$. Допустим, что затраты на ВПТО составляют, как и раньше, 500$. В этом случае оптимальный интервал ПТО равен 201 млн циклов, при этом CPUT составляет 4,42$/млн циклов. С другой стороны, CPUT для стратегии ВПТО составляет 500$/125=4$/млн циклов. В этом случае дешевле просто ремонтировать отдельные реле при их отказе. Нужно, чтобы β распределения Вейбуйлла была значительно выше, прежде чем стратегия ПТО сможет оказаться рентабельной.

Воздействия β Вейбулла на стратегию ПТО

В предыдущих примерах использовались небольшие значения β — от 1,5 до 2. Экономия при стратегии ПТО может значительно увеличиваться для реле с более высоким значением β. Для 16-релейной системы при значении β, равном, например, 2, минимальное значение CPUT, равное 1,47$/млн циклов, получается для интервала ПТО 112 млн циклов. Это составляет экономию (1,47$-3,52$)/3,52$=58% по сравнению со стратегией ВПТО («если сломано, почини»). В этом случае «если не сломано, не чини» не является правильным утверждением. Значение CPUT ниже, потому что MCBF системы теперь около 250 млн циклов, а кривая износа имеет более крутой наклон, позволяя увеличить интервал между ПТО. Это ещё нагляднее показывает жизненно важную необходимость рассмотрения как MCBF, так и значения β Вейбулла при анализе надёжности реле. Если изготовитель не публикует оба фактора или не делает их доступными, потенциальный пользователь реле должен запросить их, прежде чем выбирать изделие. Тот, кто отвечает за качество, будет либо иметь эти показатели у себя в досье, либо готов провести испытание на долговечность для их демонстрации.

Имейте в виду, что стратегия ПТО неэффективна, если значение β Вейбулла равно единице или меньше единицы. В этом случае отказы имеют случайный характер или их число снижается со временем и характеристики износа не имеется. В этом случае CPUT никогда не принимает минимального значения и от принятия стратегии ПТО нельзя получить экономию. К счастью, у реле хорошего качества никогда не бывает β <=1.

Стратегии профилактического техобслуживания — резюме

Для систем, содержащих сравнительно малые количества реле со значением β Вейбулла > 1, замена всех реле по графику профилактического техобслуживания может снизить затраты по сравнению с тем, чтобы просто чинить отдельные реле, когда они отказывают. Точка безубыточности зависит от числа реле в системе, значения β Вейбулла используемых реле, сметной стоимости замены реле и сметной стоимости починки отдельных отказавших реле на внеплановой основе. Компания Coto работает над всеобъемлющей моделью, которая позволит пользователям реле выполнять эти расчёты и придумывать оптимальные стратегии ПТО.

Априорный прогноз надёжности реле

Описанные до этого методы прогнозирования надёжности реле являются чисто эмпирическими и опираются на статистические оценки с использованием репрезентативных выборок реле. Но реле — сравнительно простые устройства. Можно ли предсказать, сколько времени прослужит реле, зная, как оно устроено и какую электрическую нагрузку оно будет переключать, опираясь исключительно на физику этого устройства? Никто пока не преуспел в этом, несмотря на простоту герконового реле. В качестве примера рассмотрим взаимозависимость между сроком службы реле и электрической нагрузкой, которую оно переключает. Если в каждом цикле переключения возникает электрическая дуга, можно ожидать, что каждая дуга может удалять небольшое количество контактного материала с контактов, пока контакт окончательно не выгорит и переключатель не откажет. Действительно, существуют некоторые признаки этого явления, возникающего в герконо-вых реле, переключающих сравнительно высокие напряжения и токи, поскольку измеряемые значения β Вейбулла для этого рода нагрузки обычно высокие и приближаются к значению 3,44, типичному для расходуемых элементов. Более того, испытания в компании Coto показали, что значение MCBF переключателей, работающих под нагрузками с высоким напряжением и сильным током, примерно пропорционально толщине драгоценного металла, нанесённого на контакты, поддерживая модель расходного материала. Однако экстраполяция оценок долговечности на более низкие нагрузки представляет большую трудность. Например, взаимозависимость между долговечностью переключателя и электрической нагрузкой не является простой монотонной функцией даже для переключателей для класса одинакового размера, с контактной пластиной одинаковой конструкции, с одним и тем же покрытием и одинаковой чувствительностью на ампер-виток. Например, срок службы герконового реле, переключающего нагрузку 5 В, 10 мА, может быть в 100 раз больше срока службы при 12 В и 4 мА, хотя переключаемая мощность почти одинакова2. Такие аномалии чрезвычайно затрудняют прогнозирование долговечности.

Существуют некоторые доказательства того, что в качестве «предсказателей» долговечности реле могут использоваться параметрические измерения, выполняемые после изготовления герконового реле. Например, чувствительность на ампер-виток герконового переключателя очень сильно коррелирует с долговечностью — удвоение АВ (ампер-виток) может утроить долговечность, а утроение АВ может в двенадцать раз увеличить долговечность при определённых нагрузках.

Причинами таких существенных улучшений долговечности при повышении АВ являются больший зазор переключателя, снижающий вероятность перемыкания, и увеличение упругих сил при повышенном АВ, которые стараются развести контактные пластины переключателя при отключении тока катушки и ослаблении магнитного поля. Отношение втягивания к отпусканию является связанным параметром; его высокое значение указывает на хорошее «срабатывание защёлкивания», что также даёт повышенную долговечность контактов.

Другие параметрические измерения, такие как динамическое сопротивление контактов (ДСК, измерения сопротивления контактов, выполняемые, когда контакты реле только что замкнулись, но продолжают вибрировать), являются «предсказателями» окончательной надёжности реле, однако было мало публикаций, в которых устанавливалась бы степень корреляции. Однако компания Coto регулярно измеряет ДСК всех поставляемых ею реле, поскольку ДСК является хорошим показателем таких параметров качества реле, как чистота контактов, целостность герметичного уплотнения, наличие внутренних напряжений и добротность внутренних соединений.

Было также заявлено, что измерение магнитострикционного перекручивания в новых реле может дать прогноз потенциальной долговечности реле [3]. Измерения сопротивления контактов выполняются вблизи точки отпускания, где магнитный поток, создаваемый катушкой, взаимодействует с потоком, создаваемым током нагрузки контакта. Сторонники этого метода заявляют, что это взаимодействие вызывает перекручивание контактных пластин и что измерения сопротивления контактов, выполненные таким способом, коррелируют с окончательным отказом контактов. Относительная ценность этого метода по сравнению с другими методами динамических измерений впоследствии оспаривалась известным американским специалистом Гускиора (Gusciora) [4].

Окончание следует

Литература

  1. Weibull W. «A Statistical Distribution of Wide Applicability», J. Appl. Mech.18:293-297 (1951).
  2. Dodson B. Weibull Analysis, Milwaukee WI: American Society for Quality, 1994 (ISBN 0-07389-295-X).
  3. Sutherland E. F. «Predicting Early Failure of Dry Reed Contacts», Proc. 25th Annual Relay Conference, Oklahoma State University, April 26/27, 1977.
  4. Gusciora R. H. «A Statistical Study of Contact Attributes and Reed Relay Life», Proc. 27th Annual Relay Conference, Oklahoma State University, April 24/25, 1979.

1 Чтобы использовать этот метод испытаний, нужно сделать допущение для беты Вейбулла. В данном примере значение беты было принято равным 1,5. Будь значение беты выше, число испытываемых реле должно было бы быть меньше. Например, при бета=2 понадобилось бы только 14 испытываемых реле.

2 Полагают, что нагрузка напряжением 12 В вызывает образование «усов» из расплавленного драгметалла в результате действия электростатических тяговых сил. Эти «усы», в конце концов, перекрывают зазор переключателя и вызывают залипание, поскольку ток 4 мА слишком слаб, чтобы выжечь «усы». Однако при 5 В, 10 мА электростатические силы меньше (в меньшей степени вызывают образование «усов»), а больший ток может выжечь «усы», которые все же образуются.

Что такое реле и зачем оно нужно

Приветствую друзья!

Мы с вами изучили уже многие «кирпичики» электроники — полупроводниковые диоды, полевые и биполярные транзисторы, резисторы, конденсаторы.

Когда знаешь, как работает составные части — легче понять, как работает устройство целиком.

Сегодня мы еще уменьшим хаос в наших головах и разберемся, как устроено и как работает реле.

Приготовьтесь испытать радость познания!

 Что такое электромагнитное реле?

Cразу отметим, что из всего многообразия реле мы рассмотрим лишь электромагнитные реле. А из множества электромагнитных реле рассмотрим те, которые наиболее широко применяются в околокомпьютерных устройствах.

Электромагнитное реле (далее — реле) – это устройств, позволяющее посредством небольших токов управлять большими токами.

Мы уже сталкивались ранее с подобными устройствами. Да, когда изучали биполярные и полевые транзисторы. Так, в биполярном транзисторе небольшой ток базы управляет гораздо большим (в десятки и сотни раз) током коллектора.

Отметим, что транзисторы, в отличие от реле, гораздо более быстродействующие приборы, и могут управлять более высокочастотными сигналами. Но реле в целом более надежная штука, чем полупроводниковый транзистор.

В электромагнитном реле, в отличие от биполярного транзистора, управляющая цепь гальванически развязана от силовой, что, в общем случае, является преимуществом.

 Как устроено электромагнитное реле?

Электромагнитное реле — это электромеханическая система, состоящая, в самом простом случае, из катушки с проводом (обмотки), помещенной на металлический сердечник и подвижной части (якоря), соединенного с пружинящими контактными пластинами. Работа его  основана на принципе электромагнитной индукции.

При подаче напряжения на обмотку по ней протекает ток, возникает электромагнитная индукция, намагничивающая сердечник из магнитомягкого материала.

Магнитомягкий материал представляет собой специальный сплав на основе железа, который быстро намагничивается и быстро теряет намагниченность при исчезновении электромагнитного поля.

При определённой величине тока в обмотке сила притяжения сердечника превышает силу упругости пружины якоря — и якорь притягивается к сердечнику.

С якорем соединены механические элементы с гибкими контактами, которые при притяжения якоря к сердечнику замыкаются или размыкаются, в зависимости от конкретной конструкции.

Одно реле может иметь несколько групп контактов.

Для уменьшения переходного сопротивления рабочие части контактов покрывают благородными металлами (золото, палладий) или сплавами на основе серебра, кадмия и других металлов. Вид покрытия контактов влияет на стоимость реле в целом.

Для защиты обмотки и контактов от внешних воздействий вся конструкция очень часто помещается в закрытый корпус. На корпус наносится маркировка.

Герконовые реле

Существует такая разновидность электромагнитных реле как герконовое реле.

Геркон — это сокращение от слов «герметизированный контакт».

В обычном реле в большинстве случаев контакты работает в окружающем воздухе, в котором содержатся водяные пары, пыль и кислород, способствующий окислению рабочих поверхностей.

В герконах же контакты находятся в герметичной стеклянной капсуле, которая может быть заполнена осушенным воздухом, инертным газом или вакуумом.

Капсула с контактами помещается внутри обмотки.

Следствием этого является гораздо больший ресурс работы, превышающий на порядок ресурс обычных контактов.

Так, обычно реле должно обеспечить порядка 100 000 срабатываний контактов.

Герконовое же может обеспечить миллион срабатываний и более.

Впечатляющая разница, не так ли?

Капсула с контактами может быть заполнена ртутью для уменьшения электрического сопротивления.

 Обозначение реле схемах

Теперь давайте перейдем к практике и посмотрим, как электромагнитные реле обозначаются в схемах.

В отечественной технической литературе обмотка реле обозначается прямоугольником, контакты —  соединенными или разъединенными короткими отрезками линий. Если реле имеет две обмотки, то в прямоугольнике изображаются две косые линии. Герконовые контакты обводят кружком, символизирующим капсулу, в которую они помещены. Возле обмотки реле наносится его порядковый номер в схеме (К1, К2, К3 и т.д.)

Изображения контактов реле могут располагаться как вблизи от изображения обмотки, так и в других  местах схемы. Чтобы не было путаницы, контакты реле также обозначают буквенно-цифровыми символами. Если есть несколько реле, обозначенных как К1, К2, К3, то контакты обозначают, соответственно, К1.1, К2.1, К3.1 и т.д.

Если у какого-то реле несколько групп контактов, то изменяется последняя цифра – К1.1, К1.2, К1.3 и т.д.

В иностранной технической литературе обмотка реле может обозначаться как катушка индуктивности (чем она по факту и является) с буквенным обозначением RY, Relay.

Контакты реле

Как уже видно из обозначений, контакты реле могут быть в исходном состоянии (без подачи напряжения на обмотку) замкнутыми или разомкнутыми. Соответственно, они называются нормально замкнутыми (Normally Closed, NC) или нормально разомкнутыми (Normally Open, NO).

Очень часто контактная группа содержит и нормально замкнутый, и нормально разомкнутый контакт.

Это при подаче напряжение на обмотку контакты как бы меняются местами: нормально замкнутый становится разомкнутым, а нормально разомкнутый замыкается.

Такую совокупность нормально замкнутого и нормально разомкнутого контакта называют переключающим контактом.

В англоязычной литературе для описания контактов используются специальные аббревиатуры:

SPST (Single Pole, Single Throw) — один полюс, одно направление. Другими словами – это один нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт.

SPDT (Single Pole, Double Throw) — один полюс, два направления. Это комбинация нормально замкнутого и нормально разомкнутого контакта. Иными словами – переключающий контакт. При этом один из полюсов (контактов) называется общим (СOM), а другие – NC (с которым COM замкнут) и NO (с которым COM разомкнут).

DPST (Double Pole, Single Throw) — два полюса, одно направление. Это две группы контактов, комбинация из двух переключателей SPST, которые переключаются одновременно.

DPDT (Double Pole, Double Throw) — два полюса, два направления. Это также две группы контактов, комбинация из двух переключателей SPDT, которые переключаются одновременно.

Нормально разомкнутые контакты могут именоваться SPNO (Single Pole, Normally Open), DPNO (Double Pole, Normally Open), нормально закрытые  — SPNC (Single Pole, Normally Closed), DPNC (Double Pole, Normally Closed).

В даташитах для обозначения контактов реле используются и другие обозначения:

  • Form A – нормально разомкнутый контакт,
  • Form B – нормально замкнутый контакт,
  • Form C – переключающий контакт.

Перед буквой может стоять цифра, обозначающая количество групп контактов.

Так, например, 1А обозначает одну группу  из одного нормально разомкнутого контакта, 2В – две группы, каждая из которых имеет один нормально замкнутый контакт, 3С – три группы, каждая из которых имеет один переключающий контакт.

Где применяются электромагнитные реле?

Электромагнитные реле широко применяются в источниках бесперебойного питания (ИБП, UPS).

С помощью производится переход с сетевого питания на батарейное и обратно.

Сколько я видел бесперебойников самых различных моделей – везде были релюшки!

В моделях с автотрансформатором они коммутируют обмотки, обеспечивая нужное напряжение на выходе при изменении его на входе.

Заканчивая первую часть статьи, отметим: если вы слышите щелчки в вашем ИБП — это переключаются реле. Обычно их там несколько штук.

Продолжение следует.

Можно еще почитать:

Как устроен ИБП.


Герконовое реле: принцип действия и устройство

Коммутационные устройства или контакты широко используются в различных электрических или радиотехнических приборах. Для повышения эксплуатационных свойств техники, для продления срока службы и повышения надежности соединений применяют специальные герметизированные магнитоуправляемые контакты, которые называют герконовые реле.

Приспособления состоят из сердечника, выполненного из магнитомягкого материала, к которому через изолирующие прокладки присоединяются контакты. При пропускании через катушку тока в сердечнике возникает магнитное поле, которое воздействует на контакты и вызывает их замыкание. После прекращения подачи электротока через катушку происходит размыкание контактов.

Несмотря на использование различных устройств, сегодня герконовое реле во многих случаях остается вне конкуренции благодаря простоте применения, свойствам сухого контакта, гальванической развязке от элементов питания. Его до настоящего времени используют в разнообразных устройствах и схемах.

Герконовое реле просто незаменимо, если необходимо обеспечить долговечность и высокую надежность коммутирующих элементов. Герконы входят в состав различных датчиков, позиционных переключателей и электромагнитных реле.

По функциональным особенностям герконы подразделяются на переключающие, замыкающие и работающие на размыкание. По конструкционным технологическим параметрам устройства делятся на две категории: с ртутными и сухими контактами. Последняя разновидность практически ничем не отличается от обычных контактов. Ртутные элементы имеют внутри стеклянного герметического корпуса каплю ртути. Это необходимо для смачивания контактов во время работы, что позволяет улучшить качество соединения за счет снижения переходного соединения, а также помогает избавиться от дребезжания контактов.

Герконовое реле издает вибрацию или дребезг при замыкании или размыкании контактов. Это приводит при однократном срабатывании к множественной коммутации сигнала и значительному повышению времени срабатывания. При работе таких устройств в цифровых микросхемах принимают меры по подавлению побочных эффектов, используя триггеры или RC–цепочки. В современных микроконтроллерных платах дребезг, который создает герконовое реле и другие контакты, подавляется с использованием программных методов. Однако это в целом снижает быстродействие системы.

Любые герконы в своей конструкции представлены в виде стеклянного баллона, в середине которого расположены контакты. Эти элементы выполнены, как магнитные сердечники, которые вварены по торцам в баллон. Наружные концы сердечника необходимы для подключения устройства к внешней электроцепи.

Наибольшее распространение получили герконовые датчики, контактная группа которых работает на замыкание. В таких устройствах каждый контакт изготовлен из упругой ферромагнитной проволоки, расплющенной до прямоугольной формы. Для уменьшения переходного сопротивления и для повышения коррозионной стойкости поверхности контактов покрывают золотом, родием, палладием или серебром и их сплавами.

Герконовое реле: принцип действия

Несмотря на широкое использование электромагнитных реле, их конструкция имеет ряд серьезных недостатков. Среди них в первую очередь следует отметить ненадежность контактной системы, а также трущиеся металлические детали, при износе которых снижается общая работоспособность прибора. В результате, были созданы герметические магнитоуправляемые контакты – герконовое реле, принцип действия которого позволил избавиться от минусов, присущим электромагнитным устройствам.

Характеристики герконовых реле

Геркон это устройство состоящее из двух контактов, изготовленных из ферромагнитного сплава. Они размещены в специальной колбе, позволяющей осуществлять контроль за их работой. В случае приближения к контактам постоянного магнита, происходит замыкание с образованием непрерывной цепи. В связи с этим герконовое реле известны как концевые выключатели.

Все герконы маркируются в соответствии с областью применения. Например, обозначение КЭМ относится к коммутации электрических механизмов, буква «А» означает возможность работы в любом климате, буква «В» предполагает работу устройства только в помещениях. МКА является магнитным коммутатором для любых климатических условий.

Сопротивление стандартно переключающего путевого геркона составляет примерно 0,2 Ом. У геркона, работающего на размыкание этот показатель составляет как минимум 1 кОм. Эти показатели позволяют существенно ускорить переключение цепей. Магнитные выключатели этого типа применяются для силовых цепей напряжения и обладают улучшенными показателями. Размыкающие магнитные герконовые переключатели применяются во многих схемах, в основном для компьютерных или охранных систем, контрольных датчиков и многих других устройств.

Принцип действия герконового реле

В работе нормально замкнутого геркона используется принцип взаимодействия сил, возникающих между магнитными телами. В электромагнитном поле появляются и передаются импульсы, начинают двигаться электроны, вызывающие перемещение и деформацию токопроводящих контактов.

Изменение положения и состояния магнитного концевика в конкретном устройстве или в цепи, приводит к размыканию контактов. Дальнейшей изменение их положения происходит под действием других подвижных элементов – кнопок, концевых пружин, дисков и т.д. Таким образом, происходит поочередное включение и выключение контактов.

Данный принцип работы стал основой функционирования промежуточного герконового реле, действующего на замыкание. Его конструкция состоит из двух сердечников и герметичного прочного стеклянного баллона, наполненного газом или газовой смесью. Сам баллон находится под постоянным действием электрического тока. Газы препятствуют окислению металлических сердечников.

При подключении к такому геркону постоянного тока, происходит образование мощного магнитного поля вокруг сердечников. Наличие специальных зазоров значительно облегчает прохождение этого поля между частями реле. Далее наступает возникновение автономного магнитного потока, движущегося в заданном направлении. Соединение сердечников значительно ускоряется за счет их покрытия драгоценными металлами с более низким сопротивлением, чем у обычного материала.

Постоянный магнитный поток обеспечивается особенностями конструкции герконового реле. Однородность и целостность деталей создается за счет литья и штамповки, а для соединения их между собой используются сварочные процессы. Поэтому катушка реле намагничивается в минимальной степени. По такой схеме работает герконовое реле, принцип действия которого достаточно простой. В случае прекращения подачи постоянного тока, произойдет размыкание контактов, а магнитный поток исчезнет.

Как работают герконы (переключатели с магнитным управлением)

Как работают герконы (переключатели с магнитным управлением)

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 22 августа 2020 г.

Если у вас есть портативный компьютер или мобильный телефон, который открывается как раскладушка, вы, наверное, заметили, что она чувствует, когда вы открыть и закрыть и соответственно включить или выключить. Но как это знать? Какой-то переключатель подключен к петле так он может обнаружить движение открытия и закрытия? Если это то, что ты думаю, ты прав как минимум наполовину! Подумайте об этом более внимательно и вы увидите, что стандартный переключатель будет довольно сложно подключить в этом способ — и, вероятно, весьма ненадежный: все эти открытия и закрытия быстро изнашивает его.Поэтому многие ноутбуки и телефоны используют недорогие и очень надежное устройство, называемое герконом, которое включается или выключается при воздействии магнита. рядом. Охранная сигнализация и модели железных дорог тоже часто используют их. Рассмотрим подробнее как они работают!

Фото: Типичный геркон (Comus RI-23). Вы можете просто увидеть два перекрывающихся металлических контакта (язычка) внутри стеклянной оболочки. Контакты пружинят вместе и соприкасаются, когда переключатель включен; они расходятся и прерывают цепь, когда переключатель находится в положении «выключено».«

Какую проблему решают герконы?

Фото: выключатель, работающий от нажатия, замыкает цепь, когда вы его нажимаете; а пружина заставляет его снова выскочить, когда вы убираете палец. Геркон переключает ток таким же образом, но «толкающее давление» обеспечивает магнит вместо пальца.

Выключатель похож на подъемный мост в электрическом схема. Когда переключатель замкнут, «мост» не работает, и электрический ток может обтекать контур; при размыкании переключателя «мост» вверх и ток не течет.Таким образом, цель переключателя — активировать или отключать цепь в любое время по нашему выбору.

Большинство электрических переключателей, с которыми мы сталкиваемся, мы управляем сами. Если вы хотите света в комнате, вы щелкаете выключателем на стене. Хотите посмотреть телевизор? Включите выключатель. Хотеть слушать свой iPod? Толкать колесо спереди, и это активирует переключатель, который включает мощность. Но иногда нам нужны электрические и электронные цепи, которые нужно активировать другими способами.

Предположим, вы хотите подключить банковский сейф, чтобы он срабатывает сигнал тревоги всякий раз, когда открывается дверь.Как это будет работать на практике? Вам понадобится электричество контактирует с обеими частями дверной коробки, поэтому, когда дверь открывается, цепь будет разорвана, вызывая тревогу. Но подумайте, как сложно это должно было сделать надежное электрическое соединение на дверной коробке. Что, если вы закрасите его? Что, если он испачкался? И не было бы так очевидно вору, что они могли бы легко вывести его из строя? Есть много способы, которыми электрический контакт может быть отключен и бесполезный. Здесь могут помочь герконы.

Что такое геркон?

Обычный выключатель имеет два электрических контакта, которые соединяют вместе, когда вы нажимаете кнопку, и разрываются, когда вы ее отпускаете. Кулисные переключатели на настенных светильниках (например, на фото вверху) сдвиньте два контакта вместе, когда переключатель находится в одном положении и разведите их, когда переключатель щелкает в другую сторону.

В типичном герконовом переключателе два контакта (которые выглядят как металлические герконы) сделаны из ферромагнитного материал (что означает что-то такое же легкое намагничивание, как железо), покрытый прочным металлом, таким как родий или рутений (для обеспечения долгого срока службы при включении и выключении), и запечатанный внутри тонкой стеклянной оболочки, заполненной инертным газом (обычно азотом), чтобы уберечь их от пыли и грязи.Иногда стекло имеет внешний кожух из пластика для еще большей защиты. Как правило, контакты изготавливаются из сплава никель-железо, который легко намагничивается (технически мы говорим, что он имеет высокую магнитную проницаемость), но не остается таким надолго (мы говорим, что он имеет низкую магнитную удерживающую способность). Им требуется некоторое время, чтобы отреагировать на изменения магнитного поля (мы говорим, что у них довольно небольшой гистерезис) — другими словами, они движутся довольно медленно и плавно. Как правило, в оба контакта перемещаются (а не один), и они образуют плоскую параллельную область контакта друг с другом (а не просто касаются одной точки), потому что это помогает продлить срок службы и надежность переключателя.

Хотя большинство герконов имеет два ферромагнитных контакта, у некоторых есть один ферромагнитный контакт, а другой немагнитный, а у некоторых (например, оригинальный герконовый переключатель Элвуда, показанный в нижней части этой статьи) их три.

Фото: Другой вид моего язычкового переключателя, глядя на движущиеся контакты в их запечатанном стеклянном конверте. Обратите внимание, как контакт справа находится чуть выше контакта слева. Вы также можете видеть здесь, что контакты намного шире, чем они выглядят на виде сбоку, показанном на верхнем фото.

Как работает геркон?

Герконы

бывают двух основных типов: нормально разомкнутые (нормально выключенные) и нормально замкнутые (нормально включены). Ключом к пониманию того, как они работают, является осознание того, что они работают не только как электрический мост, но и как магнитный мост : через них течет магнетизм, а также электричество.

Нормально открытый

Когда вы подносите магнит к геркону, весь переключатель фактически становится частью «магнитной цепи», включающей магнит (пунктирная линия на рисунке показывает часть магнитного поля).Два контакта геркона становятся противоположными магнитными полюсами, поэтому они притягиваются и защелкиваются. Неважно, какой конец магнита приближается первым: контакты по-прежнему поляризуются противоположным образом и притягиваются друг к другу. Такой геркон обычно разомкнут (НЕТ) (обычно выключен), если только рядом с ним не установлен магнит, когда он включается, позволяя току течь через него.

Уберите магнит, и контакты — сделанные из довольно жесткого и упругого металла — снова раздвинутся и вернутся в исходное положение.

Нормально закрытый

Вы также можете получить герконовые переключатели, которые работают противоположным образом: два контакта обычно защелкиваются вместе, а когда вы подносите магнит к переключателю, пружины расходятся. Такие герконы называются нормально закрытыми (NC) (нормально включенными), поэтому большую часть времени через них проходит электричество. Самый простой способ сделать это — взять нормально разомкнутый переключатель и постоянно прикрепить магнит к его стеклянному корпусу, перевернув его из открытого в закрытое состояние (как во втором кадре анимации нормально открытого состояния вверху).Весь этот блок (нормально разомкнутый геркон с прикрепленным магнитом) становится нашим нормально замкнутым герконом. Если вы поднесете к нему второй магнит с магнитным полем противоположной полярности, чем у первого магнита, это новое поле нейтрализует поле первого магнита, так что мы, по сути, получим именно то, что было в первом кадре. нормально разомкнутой анимации: геркон с двумя раздвинутыми контактами.

На этих двух работах я сильно преувеличил движение контактов.Настоящие герконы имеют контакты, расстояние между которыми составляет всего несколько микрон (миллионных долей метра), что примерно в десять раз тоньше человеческого волоса, поэтому движение не видно невооруженным глазом. Не ожидайте увидеть движущиеся лезвия, когда вы поднесете магнит близко!

Иллюстрации: Ключ к пониманию герконов — это осознание того, что они являются частью магнитной цепи, а также электрической цепи: магнитное поле стержневого магнита проходит через герконовый переключатель. Это то что делает его близким — и это то, что позволяет электричеству течь через него.Изображения магнитного поля взяты с Wikimedia Commons.

Еще одна важная вещь, на которую мне нужно обратить внимание, это то, что герконы не просто включаются, когда магнит приближается, и выключаются, когда он удаляется (в случае нормально разомкнутого / выключенного переключателя): они обычно включаются и выключается несколько раз по мере движения магнита, создавая несколько зон включения и выключения. Они также будут реагировать по-разному в зависимости от ориентации магнита (параллельна ли он переключателю или перпендикулярно), его формы (потому что, как мы все учили в школе, магниты разной формы создают вокруг себя разные модели магнитного поля) , и как он движется.Это действительно важно, когда дело доходит до практического применения: вам нужно убедиться, что вы используете правильный магнит и что он двигается именно так, чтобы привести в действие ваш геркон. Например, если вы используете геркон в качестве счетчика, он должен срабатывать только один раз при каждом движении магнита (а не три или четыре раза, что приведет к ложным показаниям). Если вы используете геркон для сигнализации, вы не хотите, чтобы злоумышленник включил сигнализацию на одну секунду, а затем снова выключил ее через секунду, потому что вы поместили магнит не в то место!

Как на практике использовать герконы?

Фото: Некоторые мобильные телефоны с откидной крышкой, например этот, включаются и выключаются с помощью герконовых переключателей. В одной части корпуса находится магнит, а в другой — геркон. Телефон выключается, когда геркон находится рядом с магнитом (когда корпус закрыт), и включается, когда геркон и магнит разделяются (когда корпус снова открывается).

Теперь вы, наверное, видите, как включается и выключается раскладушка. когда вы его открываете или закрываете. Имеет нормально замкнутый геркон в нижняя часть корпуса (там, где находится клавиатура) и магнит в верхняя часть (где экран).Когда телефон открыт, трость переключатель и магнит относительно далеко друг от друга. Контакты на герконовый переключатель сдвинут вместе, и мощность течет через Телефон. Однако, если вы закроете корпус, вы повернете магнит близко к геркон, и это раздвигает контакты внутри переключателя. Схема внутри телефон распознает это и аккуратно отключает питание.

Читатели электронных книг, такие как Kindles и Sony Readers, используйте аналогичный трюк. Поместив их в защитную кожаную куртку, вы обнаружите они выключаются автоматически, когда вы закрываете крышку — и снова включаются когда вы его откроете. Никакого волшебства тут, конечно, нет: просто язычок в угол устройства электронной книги и магнит в соответствующей части крышки (проверьте сами, держа рядом скрепку).

Фото: Упрощенная концепция охранной сигнализации: вы просто устанавливаете геркон (подключенный к цепи сигнализации) к одной части двери и магнит к другой части. Разделение двух вещей щелкает переключателем и вызывает тревогу.

Вы можете увидеть, как та же идея будет работать в дверях сейфа нашего банка: вы бы просто поместите геркон на дверной коробке и магнит на дверь.Открытие двери разделит магнит и трость переключатель, в результате чего контакты переключателя пружинят вместе и срабатывают будильник. Вы можете построить герконы внутри маленьких частей пластик, так что их там даже не видно — идеально подходит для всех видов безопасности Приложения.

Фото: коровы LEGO®, управляемые герконом. Фото любезно предоставлено Биллом Уордом, опубликовано на Flickr под лицензией Creative Commons.

Герконы можно использовать и по-другому.LEGO® энтузиаст Билл Уорд, который руководит великолепным Brickpile блог (и страницу с фотографиями на Flickr), построил эти гениальные роботизированные коровы для его модели железная дорога. Каждый раз, когда проезжает поезд, они поворачивают головы, чтобы посмотреть, как он проходит. Целый вещь работает геркон. Головой каждой коровы управляет небольшой электродвигатель, который подключен к цепи, в которой есть нормально разомкнутый геркон. Геркон расположен рядом с железнодорожный путь и небольшой магнит прикреплен к боковой части поезда.Когда поезд проходит мимо геркона, магнит заставляет замыкаются контакты и активирует цепь, которая включает головы. Насколько это аккуратно? Некоторые люди такие изобретательные!

Есть сотни других, менее очевидных применений герконов. Некоторые датчики уровня жидкости в стиральные машины и посудомоечные машины используют плавающие магниты, которые подпрыгивают мимо герконов, чтобы выключить клапаны, когда внутри достаточно воды. Герконовые переключатели иногда также устанавливаются на вращающиеся руки в посудомоечных машинах, чтобы определять, когда они застревают, и в термальных выключателях в электрических душах (чтобы остановить нагрев воды до опасного уровня).Анемометры с вращающимися чашками имеют внутри герконовые переключатели, которые измеряют скорость ветра. Когда чашки поворачиваются, они заставляют геркон вращаться мимо магнита, генерируя импульсы тока. Чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются чашки и тем чаще герконовый переключатель включается и выключается. Электронная схема подсчитывает количество импульсов в секунду и использует это для определения скорости ветра.

Изображение: Типичный расходомер с герконовым переключателем работает примерно так. Есть труба, по которой течет жидкость (1), внутри которой установлено лопастное колесо (2).Когда жидкость течет, лопасть вращается и заставляет вращаться магнит (3). Вращающийся магнит размыкает геркон (4). Затем, когда он вращается и представляет свой противоположный полюс (5), магнит снова замыкает переключатель (6). Герконовый переключатель, попеременно открывающийся и замыкающийся, посылает в цепь импульсы электрического тока. Подсчитывая, как быстро приходят импульсы, схема может измерить расход. Если ток полностью прекращается или течет все время, вы знаете, что жидкость перестала двигаться, что может указывать на застревание или закупорку.

Кто изобрел герконы?

Как и многие другие великие изобретения, герконы родились в Bell Laboratories, изобретенная здесь в середине 1930-х годов Уолтером Б. Элвудом . Его первоначальная патентная заявка на электромагнитный переключатель была подана 27 июня 1940 года и официально предоставлена ​​2 декабря 1941 года. Прочитав патент Элвуда, очень легко узнать геркон, который все еще широко используется сегодня: «Когда внешняя магнитная сила К этому блоку применяются два магнитных элемента, которые образуют часть магнитной цепи… перемещаются вместе … поскольку внешняя магнитная сила действует, уменьшая воздушный зазор между двумя упомянутыми магнитными элементами «.

Изображение: оригинальная конструкция герконового переключателя Уолтера Элвуда из патента США: 2264746: Электромагнитный переключатель. Это немного отличается от приведенного выше, переключение между двумя разными цепями, при этом одна из них всегда включена. У нас есть два немагнитных контакта слева (1,2) и магнитный контакт (3,4) справа, который переключается между ними при приближении магнита.Контакты разделены изолирующей прокладкой (5). Оригинальное изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США. (Обратите внимание, что я немного раскрасил и упростил оригинал, чтобы облегчить восприятие.)

Узнать больше

На этом сайте

Практические проекты

Вы найдете немало примеров использования язычковых переключателей на неизменно превосходном веб-сайте Instructables и в популярных книгах Evil Genius; Вот несколько примеров для начала:

Книги

  • Датчик Arduino и Raspberry Pi Проекты Роберта Чина для злого гения. McGraw Hill, 2017. Некоторые из проектов в этой книге включают подключение язычковых переключателей к Arduinos и Pis (есть полные инструкции для звуковой сигнализации дверного переключателя).
  • СДЕЛАТЬ: Электроника Чарльза Платта. Maker Media, 2015. Отличная практическая книга, которая даст толчок вашему хобби электроники. В главе 3 есть простое введение в герконы.
  • проектов Raspberry Pi Эндрю Робинсона и Майка Кука. John Wiley & Sons, 2014. «Глава 13: Домашняя автоматизация» описывает дверной датчик с герконовым переключателем, подключенный к Raspberry Pi.
  • Практическая электроника для изобретателей Пола Монка. McGraw-Hill, 2016. После того, как вы усвоите MAKE: Electronics , вы захотите перейти к чему-то более глубокому; это хорошее место, чтобы пойти дальше.
  • Электроника: первый курс Оуэна Бишопа. Newnes, 2011. Легкий для понимания (хотя и довольно сухой) учебник, объясняющий все основные компоненты, включая герконы.

Патенты

Попробуйте эти для более глубоких технических подробностей:

  • Патент США 2264746: Электромагнитный переключатель Уолтера Элвуда, 2 декабря 1941 г. Оригинальный патент на герконовый переключатель Элвуда (как на фото выше).
  • Патент США 3 283 274: кнопочный переключатель Анджело де Фалько, 1 ноября 1966 г. Более сложный дизайн.
  • Патент США 4 038 620: Магнитный геркон, автор Б. Эдвард Шлезингер-младший и Чарли Дуэйн Маринер, 26 июля 1977 г. Переключатель с одним магнитным язычком и одним немагнитным.
  • Патент США 3 348 175: Нормально замкнутый геркон, Энтони Дж. Вилкис, 17 октября 1967 г. Описывает различные способы изготовления нормально замкнутого переключателя.

Видео

Благодарности

Я очень благодарен Морису Баэнену из Comus Technology B.V. за предложения по улучшению этой статьи.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Сохраните эту страницу на будущее или поделитесь ею, добавив в закладки:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Герконовые переключатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howreedswitcheswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Что такое герконовое реле?

Герконовые реле содержат герконовый переключатель, катушку для создания магнитного поля, дополнительный диод для управления обратной ЭДС катушки и герметизирующий корпус с соединительными клеммами. Во многих смыслах герконовое реле при правильном использовании представляет собой почти идеальное устройство с металлическим переключателем с низким сопротивлением и внутренней изоляцией между управляющим напряжением, управляющим катушкой, и коммутируемым сигналом.

Герконовый переключатель объяснил

Геркон имеет два металлических лезвия, изготовленных из ферромагнитного материала (никелевое железо примерно 50:50), и стеклянную оболочку, которая удерживает металлические лезвия на месте и обеспечивает герметичное уплотнение, предотвращающее попадание любых загрязняющих веществ в критическую контактную зону внутри стеклянный конверт.Большинство (но не все) герконовых переключателей в нормальном состоянии имеют разомкнутые контакты.

Если магнитное поле приложено вдоль оси язычковых лезвий, поле усиливается в язычковых лезвиях из-за их ферромагнитной природы, открытые контакты язычковых лезвий притягиваются друг к другу, и лезвия отклоняются, чтобы закрыть зазор. . При достаточном приложенном поле лезвия соприкасаются, и устанавливается электрический контакт ( Рисунок 1 ).

Рисунок 1 . Герконовое реле без (вверху) и с (внизу) магнитного поля

Единственная подвижная часть герконового переключателя — это отклонение ножей; нет точек поворота или материалов, пытающихся скользить мимо друг друга. Контактная площадка заключена в герметичную оболочку с инертными газами или, в случае высоковольтных переключателей, с вакуумом, поэтому область переключения герметизирована от внешнего загрязнения. Это дает герконовому переключателю исключительно долгий механический срок службы.

Еще одна переменная в конструкции геркона — размер. Более длинные переключатели не должны отклонять лезвия так далеко (измеряется по углу отклонения), как короткие переключатели, чтобы закрыть заданный размер зазора между лезвиями. Короткие язычки часто изготавливаются из более тонких материалов, поэтому они легче отклоняются, но это явно влияет на их номинальные характеристики и площадь контакта.Герконы меньшего размера позволяют создавать реле меньшего размера — важное соображение, когда пространство имеет решающее значение. Более крупные переключатели могут быть более механически прочными и иметь большую площадь контакта, что улучшает их способность передавать сигнал.

Для контактных поверхностей переключателя используются различные материалы и методы: чаще всего родий, иридий или рутений — все редкие металлы платиновой группы. Все они обеспечивают твердые, износостойкие поверхности с хорошей устойчивостью к сопротивлению в течение длительного срока службы, часто в миллиарды операций.Для очень высоких напряжений, от 5 до 15 кВ, вольфрам, как правило, является предпочтительным материалом из-за его очень высокой температуры плавления и устойчивости к сварке за счет дуги на контактах. Контакты герконового переключателя могут быть покрыты гальваническим или вакуумным напылением (напылением). В реле Pickering Electronics, предназначенных для низкоуровневой аппаратуры, используются контакты из распыленного рутения.

Создание магнитного поля

Для работы реле необходимо создать магнитное поле, способное замкнуть контакты герконового переключателя.Герконовые переключатели могут использоваться с постоянными магнитами (например, для обнаружения закрытия дверей), но для герконовых реле поле создается катушкой, через которую может проходить ток в ответ на управляющий сигнал. Катушка окружает герконовый переключатель и создает осевое магнитное поле, необходимое для замыкания герконовых контактов.

Для разных герконов требуются разные уровни магнитного поля для замыкания контактов, и это обычно указывается в ампер-витках (АТ) — просто произведение тока, протекающего в катушке, на количество витков.Более жесткие герконы для более высоких уровней мощности или высоковольтные переключатели с большими зазорами между контактами обычно требуют для работы более высоких номеров AT, поэтому катушкам требуется больше мощности.

При изменении калибра провода для катушки и количества витков создаются реле с различными требованиями к напряжению возбуждения и мощностью катушки. Сопротивление проволочной катушки контролирует количество установившегося тока, протекающего через катушку, и, следовательно, мощность, потребляемую катушкой при замыкании контактов. Всякий раз, когда в реле Pickering Electronics используются тонкие провода, выводы катушек обматываются несколькими жилками, скрученными вместе, чтобы увеличить их физическую прочность.

В то время как Рисунок 2 показывает только несколько витков провода, на самом деле их могут быть сотни, тысячи или даже десятки тысяч витков.

Рис. 2. Герконовое реле, показывающее катушку, которая может иметь сотни, тысячи или даже десятки тысяч витков
Герметичные реле в упаковке

Большинство герконовых реле Пикеринга построено с использованием катушек без бывших в употреблении, которые обходятся без обычной поддерживающей бобины. Это оставляет больше места для обмотки катушки, позволяя использовать реле меньшего размера или более высокие значения сопротивления катушки.Герконовые реле доступны во многих типах корпусов, таких как двухрядные, одинарные и поверхностные.

Часто герконовые реле отливаются из очень твердых материалов, которые могут вызвать нагрузку на хрупкое стекло / металлическое уплотнение капсулы герконового переключателя с риском повреждения. Пикеринг вместо этого использует мягкую внутреннюю инкапсуляцию, которая обеспечивает буфер для защиты коммутатора. Без этого напряжения могут немного исказить герконовый переключатель, тем самым изменив площадь контакта и ухудшив характеристики и стабильность сопротивления контакта. Внутренний магнитный экран из мю-металла позволяет устанавливать реле Пикеринга близко друг к другу, при этом магнитное поле одного реле не влияет на соседние части. Это обеспечивает высочайший уровень плотности упаковки.

Во второй статье этой серии, состоящей из двух частей, будет рассмотрено будущее герконовых реле и их сравнение с другими технологиями переключения.

Об авторе

Грэм Дейл начал свою карьеру в сфере телекоммуникаций в Министерстве обороны Великобритании.В 1970-х годах, работая над исследовательским проектом в Университете Эссекса, спонсируемом Главным почтовым отделением Великобритании (позже ставшим British Telecom), он встретил Джона Мура, основателя Pickering Electronics. Это было на заре коммутационных систем с компьютерным управлением, и в рамках этого проекта использовались герконовые реле Пикеринга. Дейл начал работать в Pickering в начале 1975 года и остается в компании сегодня в качестве технического директора и инженера по прикладным программам.

Герконовые переключатели, используемые в приложении герконового реле

«Приложение герконового реле использует электромагнит для управления одним или несколькими герконовыми переключателями.Герконовые реле являются ответом на все другие технологии переключения, которые просто не отвечают требованиям переключения низкого уровня ».

Если вам нужна помощь в определенных областях, не стесняйтесь переходить к любому из следующих разделов:
Введение
Что такое герконовое реле?
Как работает герконовое реле?
Характеристики герконового реле
Преимущества герконового реле
Где используются герконовые реле?
Заключение
Дополнительные ресурсы

Введение

Геркон — это электромагнитный переключатель, который работает с использованием приложенного магнитного поля.Следовательно, магнит управляет потоком электричества в цепи. Небольшой стеклянный колпак, вмещающий два или более язычка из железа, составляет механизм переключения. Итак, герконы открываются или закрываются в присутствии магнитного поля. Простая конструкция и функция герконовых переключателей открывают широкие возможности для инноваций и различных применений. Герконовые переключатели, используемые в герконовых реле, — это лишь один из способов внедрения герконовых технологий.

Что такое герконовое реле?

Герконовое реле — это тип реле, в котором используется электромагнитная катушка для управления одним или несколькими герконовыми переключателями.Геркон или переключатели обычно находятся внутри катушки реле. Изолированный медный провод, намотанный на катушку или автономный, составляет катушку.

Катушка электромагнитная

Как работает герконовое реле?

Самое простое герконовое реле работает за несколько простых шагов. Прежде всего, электромагнитная катушка реле генерирует ток при приложении напряжения. Затем ток катушки создает магнитное поле, которое замыкает контакты геркона. Наконец, снятие напряжения с катушки размыкает контакты переключателя.

Кроме того, герконовые реле могут работать гораздо более совершенными способами. Например, приложение РЧ реле с герконом предназначено для переключения высокочастотных сигналов. Размещение коаксиального экрана вокруг герконового переключателя или переключателей позволяет реле переключать сигналы до 7 ГГц. Чтобы увидеть больше примеров применения герконовых реле, перейдите к разделу: Где используются герконовые реле?

Базовое применение герконового реле с импульсом 5 А, подаваемым на катушку.

Характеристики герконового реле

Более того, некоторые особенности герконового реле не могут быть реализованы полупроводниковыми и электромеханическими реле.Например, время жизни — это одна из отличительных черт. Благодаря отсутствию изнашиваемых частей во внутреннем герконовом переключателе герконовые реле могут переключать миллиарды операций низкого уровня. Следовательно, герконовые реле, как и полупроводники, намного дольше электромеханических реле.

Самое главное, что никакая релейная технология не может переключать нулевое напряжение и ток, как герконовые реле! Кроме того, полупроводниковые реле имеют относительно высокую емкость и ток утечки по сравнению с герконовыми реле. 15 Ом

  • Коммутация до 10 000 вольт
  • Переносные токи до 5 А
  • Время срабатывания от 500 микросекунд до 3 миллисекунд
  • Переключение очень слабого сигнала в диапазоне нановольт
  • Высокочастотное переключение до 7 гигагерц
  • Протестировано в соответствии с автомобильным стандартом AEC-Q200 (серия KT)
  • Соответствует UL, CSA, VDE, ATEX, IECEx и др. (Выберите серию)
  • Где используются герконовые реле?

    Благодаря такому множеству функций, герконовые реле используются в самых требовательных приложениях и на развивающихся рынках.Например, ниже приведен список некоторых распространенных примеров применения герконового реле.

    Приложения

    • Системы управления аккумуляторной батареей и кондиционирования в автомобилях, особенно электрических и гибридных
    • Высоковольтная изоляция в возобновляемых источниках энергии, фотоэлектрических, солнечных батареях и системах распределения электроэнергии
    • Изоляция напряжения в медицинском оборудовании, таком как хирургические генераторы и автоматические внешние дефибрилляторы
    • Матрицы высокой плотности в испытательном оборудовании, интегральных схемах и прецизионных тестерах, а также в мультиплексорах
    • Искробезопасность в горнодобывающих, нефтегазовых и геотермальных и сейсмических приборах

    Заключение

    Короче говоря, герконовые реле удовлетворяют потребности в низкоуровневом переключении, чего нет у всех других типов реле. Другими словами, герконовые реле обеспечивают коммутацию высокого напряжения и высокого радиочастотного сигнала. Точно так же герконовое реле может переключать очень низкие напряжения и токи в течение своего длительного срока службы. В заключение, герконовые реле очень хорошо соответствуют высоким требованиям современной электроники при правильной конструкции.

    Standex Electronics разрабатывает герконовые реле по индивидуальному заказу в большом количестве корпусов со специальными функциями. Свяжитесь с нашими специалистами по реле, чтобы приступить к проектированию, отвечающему вашим конкретным потребностям.

    Дополнительные ресурсы

    Взгляните на нашу брошюру о линейке герконовых реле для получения дополнительной информации о ассортименте реле, предлагаемых Standex Electronics.

    Брошюра по линейке продуктов

    — Герконовые реле и оптопары

    Как правильно выбрать реле

    Электромеханические реле, пожалуй, сегодня наиболее широко используемые реле в приложениях ATE. Они состоят из катушки, якорного механизма и электрических контактов. Когда катушка находится под напряжением, индуцированное магнитное поле перемещает якорь, который размыкает или замыкает контакты. См. Рисунок 1.

    Рисунок 1. Электромеханическое реле: ток через катушку создает магнитное поле, которое перемещает якорь между контактами


    Электромеханические реле поддерживают широкий диапазон характеристик сигнала, от низкого напряжения / тока до высокого напряжения / тока и от постоянного тока до частот ГГц. По этой причине почти всегда можно найти электромеханическое реле с характеристиками сигнала, соответствующими заданным системным требованиям. Схема привода в электромеханических реле гальванически изолирована от контактов реле, а сами контакты также изолированы друг от друга.Эта изоляция делает электромеханические реле отличным выбором для ситуаций, когда требуется гальваническая развязка.

    Контакты на электромеханических реле обычно больше и надежнее, чем у некоторых других типов реле. Более крупные контакты дают им возможность противостоять неожиданным импульсным токам, вызванным паразитными емкостями, присутствующими в вашей цепи, кабелях и т. Д. Однако досадный компромисс заключается в том, что для более крупных контактов требуется корпус большего размера, поэтому их нельзя так плотно разместить на коммутаторе. модуль.

    Хотя механическая конструкция электромеханических реле обеспечивает большую гибкость при переключении, у них есть одно важное ограничение: скорость. По сравнению с другими реле электромеханические реле являются относительно медленными устройствами — типичные модели могут переключаться и устанавливаться за 5-15 мс. Эта рабочая скорость может быть слишком низкой для некоторых приложений.

    Электромеханические реле обычно имеют меньший механический срок службы, чем другие типы. Достижения в технологии увеличили их механический срок службы, но электромеханические реле все еще не имеют такого количества возможных срабатываний, как сопоставимое герконовое реле. Как и в случае с любым реле, количество коммутируемой мощности и другие системные соображения могут иметь существенное влияние на общий срок службы реле. Фактически, механический срок службы электромеханического реле может быть меньше, чем у герконового реле, но его электрический срок службы при аналогичной нагрузке (особенно емкостной) может уменьшаться намного медленнее, чем у герконового реле. Более крупные и надежные контакты электромеханического реле часто могут прослужить дольше сопоставимого герконового реле.

    Электромеханические реле доступны как с фиксацией, так и без фиксации. Реле без фиксации требует постоянного протекания тока через катушку, чтобы реле оставалось включенным. Они часто используются в приложениях, где реле должно переключиться обратно в безопасное состояние в случае сбоя питания. Реле с фиксацией используют постоянные магниты для удержания якоря в его текущем положении даже после того, как ток возбуждения снят с катушки. Для приложений с очень низким напряжением предпочтительнее использовать фиксирующие реле, поскольку отсутствие нагрева катушки сводит к минимуму тепловую электродвижущую силу (ЭДС), которая может повлиять на ваши измерения.

    Электромеханические реле используются в самых разных модулях переключения. Их надежность делает их хорошо подходящими для многих приложений, особенно там, где скорость переключения не является главной проблемой, а их универсальность означает, что вы можете использовать их во всех типах конфигураций переключения, включая универсальные, мультиплексоры и матрицы.

    Как правильно выбрать герконовое реле

    Обзор

    Герконовое реле включает в себя контакт герконового переключателя и упаковывает его в катушку срабатывания, с крышкой или без нее, чтобы сформировать герконовое реле.Зачем использовать герконовый переключатель? Герконовые переключатели представляют собой компактные, герметичные электрические контакты, которые не имеют движущихся частей и отличаются малым временем переключения, которое превосходит большинство электромеханических реле по скорости срабатывания и механической надежности. Cynergy3 специализируется на производстве вакуумных герконовых переключателей на протяжении многих лет как для рынка радиочастотных (RF), так и для высоковольтных герконовых реле. Кроме того, Cynergy3 имеет полный доступ к герконовым переключателям других производителей, а также позволяет адаптировать герконовые реле для конкретных пользовательских приложений.

    Использует

    Герконовые реле

    Cynergy3 обеспечивают конкурентоспособный способ быстрой коммутации для обеспечения высоковольтной развязки до 15 кВ постоянного тока, а также коммутации и маршрутизации сигналов питания в РЧ до 30 МГц. Большинство производимых высоковольтных герконов используется в устройствах настройки ВЧ-антенн, дефибрилляторах сердца, высоковольтных источниках питания и системах ATE. В антенных тюнерах реле используются для выбора катушек индуктивности с фиксированным значением или конденсаторов для настройки выхода РЧ-усилителя на антенну, герконовые реле идеально подходят для этой задачи, поскольку они могут очень быстро выбрать желаемые комбинации катушки индуктивности и конденсатора, чтобы позволить радиостанции работать по частоте. прыгать; техника, используемая большинством военных радиопроизводителей.В дефибрилляторах реле используются для изоляции и разряда батареи конденсаторов, используемых для передачи ударных импульсов пациенту, кроме того, они могут использоваться как часть схемы мониторинга для проверки сердечного ритма пациента. Герконовые реле нашли применение во многих частях рынка испытаний и измерений, используемых для маршрутизации сигналов высокого напряжения, заряда / разряда и изоляции различных частей испытательных цепей и систем.

    Функция

    Реле

    обычно доступны с номинальным напряжением катушки 5 В постоянного тока, 12 В или 24 В постоянного тока, и на выбор доступны действия по переключению контактов формы A, формы B, формы C и с фиксацией (бистабильным).

    Герконовые переключатели: Герконовые переключатели были изобретены в 1936 году Уолтером Б. Эллвудом в лабораториях Bell Telephone в качестве коммутационных устройств для использования в автоматических телефонных станциях. С тех пор технология телефонных станций перешла от герконового переключателя, но технология все еще используется в датчиках и реле. Геркон состоит из двух ферромагнитных язычков, герметично закрытых внутри стеклянной капсулы. Кончики язычковых лезвий покрыты желаемым контактным материалом. В герконах Cynergy3 RF используется напыленный родий с дополнительным медным покрытием, что обеспечивает превосходные ВЧ характеристики.Существуют также герконы с вольфрамовыми контактами, которые составляют основу многих универсальных герконовых реле высокого напряжения.

    Действие переключения

    Форма A: Также называется нормально разомкнутым контактом или контактом срабатывания; когда катушка реле находится под напряжением, контакты реле замыкаются. Большинство герконов имеют форму А, поэтому это самый простой тип реле, подходящий для общих требований к коммутации.

    Форма B: Также называется нормально замкнутым или размыкающим контактом; когда катушка реле находится под напряжением, контакты реле размыкаются.В этих реле обычно используется магнит для смещения геркона в замкнутом состоянии для достижения желаемого переключающего действия. Форма B часто используется в цепях безопасного разряда для разряда заряженных высоковольтных нагрузок.

    Форма C: Также называется контактами переключения или размыкания перед срабатыванием; когда катушка реле находится под напряжением, общий (подвижный) контакт размыкает нормально закрытый контакт и замыкается на нормально открытый контакт. Реле формы C используют специальные герконовые переключатели формы C и желательны, когда сигнал должен быть направлен между тремя точками — от A до B или от A до C.

    С фиксацией: Также называются бистабильными контактами; эти реле обычно имеют две катушки с именами SET и RESET. Когда на катушку SET подается питание определенным импульсом, контакты реле замыкаются, когда на катушку RESET подается питание определенным импульсом, контакты реле размыкаются. Контакты с фиксацией не потребляют энергию для поддержания заданного состояния контакта, поэтому они очень желательны для приложений с батарейным питанием или с низким энергопотреблением, например портативные военные радиостанции с батарейным питанием.

    Рекомендации

    Переключение: В основе герконового реле находится контакт (-ы) герконового переключателя (ов). Герконовые переключатели, по сравнению с большинством других переключающих устройств, имеют очень скромные возможности горячего переключения с точки зрения мощности переключения, поэтому конечный пользователь должен помнить об этих ограничениях и проектировать свою схему так, чтобы они работали в этих пределах. Действительно, некоторые пользователи предпочитают отключать или уменьшать мощность сигнала при переключении реле, чтобы сохранить контакты реле.Этот метод используется в высоковольтных мультиплексорах в системах ATE и устройствах настройки радиочастотных антенн. В высоковольтных емкостных цепях зарядки и разрядки можно использовать герконовое реле при условии, что коммутируемое напряжение не превышается, а постоянная времени RC нагрузки поддерживается на уровне нескольких миллисекунд или меньше. Пиковый ток заряда и разряда не должен превышать максимальный ток переключения реле, но при небольшой постоянной времени иногда можно переключить более высокие мгновенные токи до 1.3-кратный номинальный ток переключения. Как и любое коммутационное устройство, Cynergy3 советует конечным пользователям убедиться, что выбранное реле подходит для предполагаемой коммутируемой нагрузки, хотя и путем проведения собственных испытаний на срок службы, чтобы убедиться в соответствии критериям надежности схемы. Cynergy3 имеет собственное оборудование для проверки срока службы реле, которое может обслуживать большинство нагрузок постоянного и переменного тока с низким и средним напряжением, однако проверка высокого напряжения может быть более сложной и иногда требует проверки реле в реальной цепи. Пожалуйста, проконсультируйтесь с Cynergy3 по поводу требований к испытаниям на жизнь.

    Герконовые реле

    : Герконовые реле разработаны с родиевыми герконовыми переключателями с медным покрытием в их сердечнике для обеспечения низкого и стабильного контактного сопротивления от постоянного тока до 30 МГц. РЧ-реле с герконом также будут спроектированы с использованием изоляционных материалов с низкими диэлектрическими потерями, поскольку физическая структура реле будет вносить неизбежную паразитную емкость, важно, чтобы эта паразитная емкость оставалась как можно меньшей, чтобы уменьшить нежелательные потери мощности через реле при увеличении частоты. .Поэтому важно, чтобы разработчики схем обращали внимание на контактную емкость и емкость от контактов до катушки и экрана, так как эти емкостные пути будут проявляться как емкостное реактивное сопротивление. Следовательно, по мере увеличения частоты сигнала реактивное сопротивление этих путей будет уменьшаться, что означает, что большая часть мощности сигнала будет потеряна через эти пути паразитной емкости. Реле Cynergy3 RF Reed в первую очередь предназначены для использования в схемах настройки антенн и, следовательно, не имеют характеристического импеданса, соответствующего импедансу линии передачи.Это связано с тем, что антенные тюнеры не имеют характеристического импеданса в самой цепи.

    Схема схемы : Герконовые реле, как и любые другие реле, используют электромагнитную катушку, а иногда и магниты для приведения в действие контактов герконового переключателя. Оба эти устройства создают вокруг себя магнитное поле, которое приводит в действие геркон (-ы). Эти магнитные поля могут взаимодействовать с соседними реле, если несколько реле установлены слишком близко друг к другу, поэтому необходимо тщательно учитывать расстояние и ориентацию реле.Более подробная информация доступна в примечании к применению герконового реле. Разработчикам также необходимо следить за тем, чтобы герконовые реле не располагались рядом с другими устройствами, которые могут генерировать магнитные поля, такими как трансформаторы и контакторы.

    Типы

    Реле

    доступны во множестве различных корпусов, адаптированных для определенных приложений, от простого монтажа на печатной плате до монтажа на панели. Существуют также реле с открытой рамой, которые обеспечивают превосходные характеристики RF ESR с катушками срабатывания с полными радиочастотными экранами для минимизации потерь, до полностью инкапсулированных высоковольтных пакетов, предназначенных для выживания, используемых в военных переносных дефибрилляторах сердца, используемых для медицинских миссий.

    Магнитные датчики и герконы

    Магнитные датчики и герконы

    Littelfuse предлагает широкий ассортимент датчиков с магнитным управлением, герконовых переключателей и герконовых реле. Все это проверенные конструкции, изготовленные в соответствии с нашими высокими стандартами. Обладая богатой историей лидерства в отрасли в области решений для магнитных датчиков, наши эксперты стремятся предоставить лучшие продукты и решения для ваших конкретных потребностей.

    Наша международная организация предоставляет:

    • Широкий выбор стандартных продуктов для различных областей применения
    • Нестандартные конструкции датчиков в соответствии с требованиями заказчика
    • Вертикально интегрированное производство
    • Поддержка внутреннего магнитного моделирования
    • Быстрый выпуск нестандартных прототипов датчиков

    Технический центр

    Технический центр позволяет загружать самые свежие ресурсы по нашим магнитным датчикам и герконовым переключателям.Новая информация добавляется постоянно, поэтому не забывайте проверять ее почаще.

    Герконовые переключатели

    Базовый геркон состоит из двух ферромагнитных никель-железных проводов и стеклянной капсулы. Две проволоки превращаются в «язычки» путем сглаживания одного конца. Концы язычка аккуратно выравниваются с небольшим перекрытием, а затем надежно герметизируются внутри стеклянной капсулы. Зона перекрытия или контакта язычков покрыта специальными металлами, такими как рутений.Никель-железные выводы покрыты оловом, поэтому их можно паять.

    Два язычка действуют как проводники магнитного потока при воздействии внешнего магнитного поля постоянного магнита или электромагнитной катушки. Полюса противоположной полярности создаются в контактном зазоре, и контакты замыкаются, когда магнитная сила превышает силу пружины язычков. Контакты размыкаются, когда внешнее магнитное поле уменьшается, так что сила магнитного притяжения между язычками меньше, чем сила восстанавливающей пружины язычков.

    Базовый герконовый переключатель — это однополюсный, одноходовой — нормально разомкнутый переключатель, также известный как переключатель SPST-NO или переключатель формы A. Добавив дополнительный немагнитный контакт, который электрически замкнут без магнитного поля, можно сделать однополюсный переключатель двойного направления. Он также известен как переключатель переключения или переключатель SPDT. Это переключатель «размыкание перед замыканием» в том смысле, что закрытый контакт размыкается до замыкания открытого контакта.

    Электрические контакты геркона герметичны.То есть газонепроницаемые уплотнения стекло-металл предотвращают воздействие окружающей среды на контакты. Герконы Littelfuse герметизированы инертной атмосферой азота внутри переключателя.

    Герконы являются основным компонентом герконовых датчиков, а также герконовых реле. Поскольку Littelfuse производит как стандартные, так и индивидуальные герконовые датчики и реле, наши приложения очень часто могут извлечь выгоду из нашего инженерного опыта, производственных возможностей и систем качества, чтобы поставлять детали экономичным и своевременным образом.Опции включают стандартные герконы для поверхностного монтажа, индивидуальную обрезку и формирование выводов, модификации существующих стандартных продуктов и полностью индивидуальные продукты.

    Геркон

    Герконовые датчики представляют собой герконовые переключатели, которые упакованы во внешний корпус для упрощения монтажа / подключения и дополнительной защиты от воздействия окружающей среды. Эти датчики обычно устанавливаются в механических системах. Герконовый переключатель можно легко установить на печатных платах.Однако для такого применения, как датчик безопасности двери, герконовому переключателю требуется защитная оболочка / корпус для работы и установки. Эти пакеты обеспечивают устойчивость к механическим воздействиям, защищая неизолированное стекло геркона.

    Есть несколько соображений при включении геркона в капсулу датчика, например, повреждение геркона в результате механического удара и изменение чувствительности из-за механического напряжения. В зависимости от типа механического удара повреждение может выражаться в потере герметичного уплотнения, изменении чувствительности или бездействии из-за разрушения стеклянной капсулы.К счастью, Littelfuse обладает большим опытом в области язычковых датчиков и производит как индивидуальные, так и стандартные язычковые датчики высокого уровня качества и надежности.

    Существует множество факторов, которые одинаковы как для герконов, так и для герконов, например, электрическая коммутируемая нагрузка, методы активации и т. Д. Поскольку герконовый датчик является магнитным датчиком, ферромагнитные материалы, такие как сталь, находятся в непосредственной близости от датчика. может повлиять на его поведение. Двигатели, трансформаторы и другие сильноточные электрические устройства рядом с герконом также могут оказывать нежелательное влияние.Еще одно влияние, о котором следует знать, — это температура. И магниты, и герконовые датчики становятся более магнитными при низких температурах и менее магнитными при высоких. Величина изменения температуры зависит от типа используемого магнита и геркона.

    Доступно множество типов и вариантов язычковых датчиков. Капсулы сенсора могут быть из пластика или нержавеющей стали. Монтаж может производиться винтами или пайкой на печатной плате. Датчики могут быть помещены в отверстие и удерживаться на месте гайками (датчики с резьбовым цилиндром) или установочными винтами или удерживающими зажимами (датчики петард).Электрическая заделка может быть для печатной платы встроенным соединителем, или провода могут оканчиваться соединителями, клеммами, фастонами или просто лужеными выводами. Хотя Littelfuse предлагает широкий выбор стандартных деталей, они не подходят для всех областей применения. Вот почему Littelfuse тесно сотрудничает с клиентами, чтобы предоставить индивидуальные решения, включая дополнительные компоненты, такие как резисторы, симисторы или работы, связанные с печатными платами.

    Герконовое реле

    Герконовое реле состоит из геркона и медной катушки.Как и другие реле, это обеспечивает гальваническую развязку между входом катушки и управляемым контактом (контактами). Однако из-за небольшого размера и магнитной эффективности герконового переключателя мощность, необходимая для привода катушки, ниже, чем у большинства других типов реле. Другие преимущества включают высокое сопротивление изоляции, низкое контактное сопротивление и длительный срок службы контактов. Герконовые реле используются во многих приложениях, включая автомобильное, испытательное оборудование, безопасность, медицинское оборудование и оборудование для управления технологическими процессами.

    По сравнению с другими релейными технологиями, герконовые реле обладают преимуществами герметичных контактов, малой мощности катушки, быстрой работы и небольшого размера.Однако, как и в случае с любой другой технологией, необходимо учитывать различные аспекты. Поскольку герконовый переключатель является переключающим компонентом, используемым в герконовом реле, многие технические аспекты, связанные с герконовым переключателем, такие как электрическая нагрузка, время срабатывания, дребезг контактов, удары и вибрация, влияют на характеристики и работу герконового реле.

    Реле

    обычно монтируются на печатных платах. Клеммы герконового реле не должны изгибаться, например, для их самозажимания. Избегайте сгибания клемм, чтобы они соответствовали несовпадающим отверстиям.Неэкранированные реле, расположенные слишком близко друг к другу, могут влиять друг на друга. Экранированные реле являются опцией в этом случае и для сред с сильными магнитными полями от двигателей, магнитов и т. Д.

    Датчики на эффекте Холла

    Обнаруженный Эдвином Холлом в 1897 году, «эффект Холла» существует уже давно. Только после того, как в 60-х годах электронная промышленность приняла полупроводниковые материалы, это открытие перешло от интересного физического эффекта к тому, что нашло серьезное практическое применение.Сегодня технология эффекта Холла позволяет разрабатывать сложные датчики, используемые в широком диапазоне автомобильных, электронных и промышленных изделий.

    Устройство на эффекте Холла — это интегральная схема на основе полупроводника с пластинами Холла, которые реагируют на магнитные поля. Устройства на эффекте Холла выдают цифровые или аналоговые выходные сигналы, которые используются для бесконтактного и непрерывного поворотного или линейного позиционирования. В отличие от геркона, устройство на эффекте Холла содержит активную схему, поэтому оно постоянно потребляет небольшой ток.Устройства на эффекте Холла выпускаются в двух- или трехпроводном исполнении. Некоторые устройства можно программировать.

    Температура, напряжение и мощность

    Как и все твердотельные полупроводниковые приборы, датчики на эффекте Холла имеют максимальную рабочую температуру перехода. Рабочая температура перехода определяется мощностью (напряжение, умноженной на ток), которую рассеивает датчик, тепловым сопротивлением корпуса, любыми эффектами теплоотвода, возникающими в результате конфигурации монтажа, любого движения воздуха и температуры окружающей среды (воздуха).Из-за внутреннего рассеивания мощности и самонагрева может потребоваться снижение максимальной рабочей температуры при более высоких напряжениях питания, чтобы ограничить температуру перехода до приемлемого значения.

    Меры предосторожности при электростатическом разряде

    Полупроводниковые приборы чувствительны к электростатическим разрядам (ESD). Всегда соблюдайте осторожность и соблюдайте процедуры контроля электростатического разряда при работе с датчиками Холла. Некоторые датчики на эффекте Холла Littelfuse снабжены внутренней защитой от электростатического разряда.

    Магнитные приводы

    Littelfuse предлагает широкий спектр магнитных приводов, которые имеют форму, аналогичную сопряженным датчикам. Мы также предлагаем ограниченное семейство магнитов без покрытия с различными марками материалов, включая феррит (керамику), AlNiCo и материалы с неодимом, железом, бором (NdFeB).

    реле

    реле Главная | Конденсатор | Разъем | Диод | IC | Лампа | LED | Реле | Резистор | Переключатель | Транзистор | Переменный резистор | Другой

    Выбор реле | Защитные диоды | Герконовые реле | Преимущества недостатки

    См. Также: Переключатели | Диоды

    Обозначение цепи для реле
    Реле

    Фотографии катушки и катушки © Rapid Electronics

    905 905 905 переключающие контакты
    Реле — это переключатель с электрическим приводом .Ток, протекающий через катушку реле создает магнитное поле, которое притягивает рычаг и меняет контакты переключателя. Ток катушки может быть включен или выключен, поэтому реле имеют два положения переключения, и они двухходовых переключателей ( переключающих ).

    Реле позволяют одной цепи переключать вторую цепь, которая может быть полностью отделена от первый. Например, цепь батареи низкого напряжения может использовать реле для переключения 230 В переменного тока. цепь питания.Внутри реле между двумя цепями нет электрического соединения, звено магнитно-механическое.

    Катушка реле пропускает относительно большой ток, обычно 30 мА для реле 12 В, но для реле, рассчитанных на работу от более низких напряжений, он может достигать 100 мА. Большинство микросхем (микросхем) не могут обеспечить этот ток и транзистор обычно используется для усиления небольшого тока IC до большего значения, необходимого для катушка реле. Максимальный выходной ток для популярной микросхемы таймера 555 составляет 200 мА, поэтому эти устройства могут питать катушки реле напрямую без усиления.

    Реле обычно являются SPDT или DPDT, но они могут иметь гораздо больше наборов переключающих контактов, например, легко доступны реле с 4 наборами переключающих контактов. Для получения дополнительной информации о переключающих контактах и ​​терминах, используемых для их описания см. страницу о переключателях.

    Большинство реле предназначены для монтажа на печатной плате, но вы можете припаять провода прямо к контактам. при условии, что вы позаботитесь о том, чтобы пластиковый корпус реле не плавился.

    В каталоге поставщика должны быть указаны подключения реле. Катушка будет видна, и ее можно подключить любым способом. Катушки реле при выключении производят короткие всплески высокого напряжения, и это может разрушить транзисторы и микросхемы в цепи. Для предотвращения повреждений необходимо подключить защитный диод на катушке реле.

    На анимированной картинке показано рабочее реле с катушкой и переключающими контактами. Вы можете увидеть рычаг слева, притягиваемый магнетизмом, когда катушка включенный.Этот рычаг перемещает контакты переключателя. Есть один набор контактов (SPDT) на переднем плане и еще один позади них, что делает реле DPDT.


    Подключения переключателя реле обычно помечены как COM, NC и NO:


    Выбор реле

    При выборе реле нужно учитывать несколько особенностей:
    1. Физический размер и расположение штифтов
      Если вы выбираете реле для существующей печатной платы, вам необходимо убедиться, что его размеры и расположение штифтов подходят.Вы должны найти эту информацию в каталог поставщика.
    2. Напряжение катушки
      Номинальное напряжение и сопротивление катушки реле должны соответствовать цепи, питающей катушка реле. Многие реле имеют катушку, рассчитанную на питание 12 В, но реле 5 В и 24 В также легко доступны. Некоторые реле отлично работают с напряжением питания. что немного ниже их номинального значения.
    3. Сопротивление катушки
      Цепь должна обеспечивать ток, необходимый для катушки реле.Вы можете использовать закон Ома для расчета силы тока:
      Ток катушки реле = напряжение питания
      сопротивление катушки
      Например: реле питания 12 В с сопротивлением катушки 400 пропускает ток 30 мА. Это нормально для микросхемы таймера 555 (максимальный выходной ток 200 мА), но это слишком много для большинства микросхем, и они потребуют транзистор для усиления тока.
    4. Номинальные параметры переключателя (напряжение и ток)
      Переключающие контакты реле должны соответствовать цепи, которой они должны управлять.Вам нужно будет проверить номинальное напряжение и ток. Обратите внимание, что номинальное напряжение обычно выше для переменного тока, например: «5 А при 24 В постоянного тока или 125 В переменного тока».
    5. Расположение контактов переключателя (SPDT, DPDT и т. Д.)
      Большинство реле SPDT или DPDT, которые часто описываются как «однополюсное переключение» (SPCO). или «двухполюсное переключение» (DPCO). Для получения дополнительной информации см. Страницу переключатели.

    Защитные диоды для реле

    Транзисторы и микросхемы (микросхемы) должны быть защищены от кратковременных всплесков высокого напряжения. когда катушка реле выключена.На схеме показано, как сигнальный диод (например, 1N4148) подключается к катушке реле для обеспечения этой защиты. Обратите внимание, что диод подключен «в обратном направлении», поэтому обычно он будет проводить , а не . Проводимость возникает только тогда, когда катушка реле выключена, в этот момент ток пытается продолжайте течь через катушку и безопасно отклоняясь через диод. Без диода ток не мог бы течь, и катушка создавала бы опасное высокое напряжение. ‘всплеск’ в его попытке сохранить течение тока.

    Герконовое реле

    Герконовые реле состоят из катушки, окружающей геркон. Герконовые переключатели обычно работает с магнитом, но в герконовом реле ток течет через катушку, создавая магнитное поле и замкните геркон.

    Герконовые реле обычно имеют более высокое сопротивление катушки, чем стандартные реле. (1000 например) и широкий диапазон питающих напряжений (например, 9-20В). Они способны переключать намного быстрее стандартных реле, до нескольких сотен раз в секунду; но они может переключать только малые токи (например, максимум 500 мА).

    Герконовое реле, показанное на фотографии, подключается к стандартному 14-контактному разъему. Гнездо DIL («чип-держатель»).

    Дополнительную информацию о герконовых переключателях см. На странице переключатели.


    Сравнение реле и транзисторов

    Подобно реле, транзисторы могут использоваться как электрически управляемый переключатель. Для коммутации малых токов постоянного тока (<1 А) при низком напряжении они обычно лучше выбор чем реле.Однако транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение. (например, электросеть), и они обычно не подходят для переключения большие токи (> 5А). В этих случаях потребуется реле, но обратите внимание что транзистор малой мощности все еще может потребоваться для переключения тока для катушка реле! Ниже перечислены основные преимущества и недостатки реле:

    Преимущества реле:

    • Реле могут переключать переменного тока и постоянного тока, транзисторы могут переключать только постоянный ток.
    • Реле могут переключать высокое напряжение , транзисторы — нет.
    • Реле — лучший выбор для переключения больших токов (> 5A).
    • Реле могут переключать много контактов одновременно.
    Недостатки реле:
    • Реле на громоздче , чем транзисторы для коммутации малых токов.
    • Реле не могут переключаться быстро (кроме герконовых реле), транзисторы могут переключаться много раз в секунду.
    • Реле потребляют больше энергии из-за тока, протекающего через их катушку.
    • Реле требуют большего тока, чем могут обеспечить многие микросхемы , поэтому низкое энергопотребление Транзистор может понадобиться для переключения тока катушки реле.


    Дополнительная информация
    Для получения дополнительной информации о реле см. Электроника на сайте Meccano.
    Главная | Конденсатор | Разъем | Диод | IC | Лампа | LED | Реле | Резистор | Переключатель | Транзистор | Переменный резистор | Другой

    © Джон Хьюс 2007, Клуб электроники, www.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *