Герконы и герконовые реле

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.

Рекомендуем статьи по теме

Принцип действия поляризованного реле

Условные графические и буквенные обозначения реле на электрических схемах

Магнитный пускатель: принцип действия

Принцип действия турбодетандера

Принцип действия синхронного двигателя

Реле-регулятор напряжения: принцип действия

Генератор постоянного тока: устройство и принцип действия

Перегрузка контактов

Большие коммутируемые токи или большие броски мощности – наиболее частая причина разрушения контактов. Герконы имеют строго определенные максимальные значение тока, напряжения, мощности. Под мощностью подразумевается произведение напряжение на контактах до их закрытия, на мгновенное значение тока, протекающего в момент закрытия контактов.

Довольно часто при выходе из строя герконовых реле от пользователей можно услышать: «Я всего лишь переключил напряжение на печатной плате при 5 В и 50 мА». Но при том, что рабочий ток составляет 50 мА, на печатной плате существуют еще и коммутационные токи конденсаторов обвязки с емкостями в несколько мкФ. Эти токи просто необходимо учитывать при использовании реле, ведь они могут иметь довольно большие значения.

Не нужно полагаться исключительно на электронные ограничители тока источников питания для защиты контактов реле. Электронные ограничители тока часто имеют ограниченное время реакции, а конденсаторы часто устанавливают на выходе источников питания. Лучшим решением в этом случае будет резистивный ограничитель тока.

Электроника для чайников: что такое реле и зачем оно нужно. Устройство, типы, описание

Также очень негативное влияние оказывают большие зарядные токи конденсаторов, и их разрядка тоже находится под вопросом, так как контур чаще всего имеет сопротивление самих контактов и PC трекера. При работе конденсатора от сверхнизких напряжений могут возникать броски тока до десятков ампер. И хотя они длятся в течении всего нескольких микросекунд, они все же могут приводить к небольшим повреждениям герконов.

Негативную роль играют и высокие напряжения, при которых броски могут стать еще большей проблемой, например, после контрольного испытания кабеля высоким напряжением. Энергия, запасенная в конденсаторе, будет равна СV²/2 джоулей, и соответственно будет увеличиваться пропорционально квадрату напряжения. При увеличении напряжения от 10 В до 1000 В увеличит количество запасенной энергии в 10 000 раз.

«Горячие» и «холодные» переключение

Контактное повреждение при «горячей» коммутации происходит в процессах замыкания – размыкания контактов. Большие перегрузочные токи будут расплавлять контактные площади, которые соприкасаются при коммутациях, что будет приводить к появлению сварных швов между контактами.

Меньшие токи перегрузки вызовут образование более мягкого сварного шва или же будут постепенно наращивать маленькие «зернышка» на одном контакте и образовывать «кратер» на другом. В конечном счете, это явление тоже приведет к «залипанию» контактов. При таких образованиях дуга может возникать и при открытых контактах, особенно при индуктивной нагрузке. Влияние индуктивной нагрузки может быть ограничено с помощью простого диода при нагрузке постоянного напряжения, и с помощью снаббера или варистора при нагрузках переменного напряжения.

Один из способов устранить или уменьшить проблему образования сварных швов при коммутации реле – применение «холодного» способа коммутации. Этот способ довольно сильно распространен в контрольно-измерительной аппаратуре и заключается в том, что ток или напряжение нагрузки не прикладывается к контактам реле до тех пор, пока не закончится процесс переключения. Таким образом, факторы, негативно влияющие на коммутацию, устраняются, и срок службы такого реле может достигать нескольких миллиардов операций.

Процессы «холодной» коммутации постепенно начинают внедрятся в силовое электрооборудование. Существуют гибридные магнитные пускатели способные пропускать большие токи благодаря «холодному» переключению.

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

Принцип действия

Работа герконового реле базируется на силах взаимодействия, что возникают в магнитном поле между различными ферромагнитными телами. Они также вызывают деформацию и перемещают электроны по токопроводам. А что же представляет собой герконовое реле? Принцип действия на практике требует наличия электрического аппарата, который изменяет состояние электрической цепи с помощью механического (раз)замыкания. Это происходит под воздействием управляющего магнитного поля на необходимые элементы, которые совмещают в себе функции пружин, контактов и участков цепей.

Как устроено простейшее герконовое реле и где оно используется?

Данный прибор применяют, чтобы контролировать положение подвижных деталей. Давайте рассмотрим простые коммутационные устройства, где есть замыкающие контакты. В них имеется два контактные сердечника, у которых наблюдается высокая магнитная проницаемость. Они размещаются в стеклянном герметическом баллоне. Он заполняется чистым азотом, его сочетанием с водородом или инертным газом. Это позволяет предотвращать окисление используемых сердечников. Размещается баллон внутри обмотки управления, которая питается постоянным током. Когда происходит подача энергии, то возникает магнитное поле. Он проходит через рабочий зазор по контактным сердечникам и замыкается вокруг катушки управления. Магнитный поток, что возникает при этом, создаёт тяговую электромагнитную силу, которая и соединяет элементы. Чтобы получить минимальное переходное сопротивление, контакты покрывают палладием, золотом, радием или серебром. Вот такая схема герконового реле. Обращаю ваше внимание на многофункциональность контактов сердечника: они выступают в качестве токопровода, пружины и магнитопровода!

Другие производители RBUZ

Герсиконы

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

Преимущества герконовых реле

Какие же достоинства имеют эти коммутационные устройства? К ним относят:

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

Недостатки

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

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

Отечественные устройства

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