Герконовое реле принцип действия. Герконовое реле: принцип действия, устройство и применение

Что такое герконовое реле и как оно работает. Каковы преимущества и недостатки герконовых реле. Где применяются герконовые реле в современной технике. Какие существуют разновидности герконовых реле. Как правильно выбрать и использовать герконовое реле.

Что такое герконовое реле и как оно устроено

Герконовое реле — это электромеханическое коммутационное устройство, основным элементом которого является геркон (герметичный контакт). Геркон представляет собой стеклянную капсулу, внутри которой находятся два ферромагнитных контакта.

Основные компоненты герконового реле:

• Геркон — герметичный контакт в стеклянной капсуле
• Катушка управления, создающая магнитное поле
• Выводы для подключения
• Корпус

Контакты геркона изготавливаются из магнитного сплава, обычно содержащего железо и никель. Для повышения надежности и долговечности контакты покрываются специальными материалами, например, родием, рутением или золотом.

Принцип действия герконового реле

Принцип работы герконового реле основан на взаимодействии ферромагнитных контактов геркона с внешним магнитным полем. Когда на катушку управления подается электрический ток, она создает магнитное поле. Под действием этого поля ферромагнитные контакты намагничиваются и притягиваются друг к другу, замыкая электрическую цепь.

Основные этапы срабатывания герконового реле:

1. Подача тока на катушку управления
2. Создание магнитного поля катушкой
3. Намагничивание контактов геркона
4. Притяжение контактов и их замыкание
5. Прохождение тока через замкнутые контакты

При отключении тока в катушке магнитное поле исчезает, и контакты размыкаются под действием собственной упругости.

Преимущества герконовых реле

Герконовые реле обладают рядом важных достоинств по сравнению с другими типами реле:

• Высокая надежность и долговечность за счет герметичности контактов
• Высокое быстродействие — время срабатывания до 1 мс
• Малые габариты и вес
• Работа в широком диапазоне температур (от -60°C до +125°C)
• Отсутствие механического износа контактов
• Высокое сопротивление изоляции между контактами

Благодаря этим преимуществам герконовые реле широко применяются в современной электронике и автоматике.

Недостатки герконовых реле

Несмотря на многочисленные достоинства, герконовые реле имеют и некоторые недостатки:

• Относительно небольшая коммутируемая мощность
• Чувствительность к внешним магнитным полям
• Возможность «дребезга» контактов при включении
• Хрупкость стеклянной капсулы геркона
• Высокая стоимость по сравнению с обычными электромагнитными реле

При выборе герконового реле для конкретного применения необходимо учитывать эти ограничения.

Основные разновидности герконовых реле

Существует несколько основных типов герконовых реле, различающихся по конструкции и характеристикам:

По типу контактов:

• Нормально разомкнутые (NO)
• Нормально замкнутые (NC)
• Переключающие (SPDT)

По способу управления:

• С внешним управляющим магнитом
• С катушкой управления
• С постоянным магнитом (поляризованные)

По мощности коммутации:

• Слаботочные (до 1 А)
• Среднетоковые (1-5 А)
• Сильноточные (более 5 А)

Выбор конкретного типа герконового реле зависит от требований применения.

Области применения герконовых реле

Благодаря своим уникальным свойствам, герконовые реле нашли широкое применение во многих отраслях:

• Телекоммуникационное оборудование
• Измерительные приборы
• Автомобильная электроника
• Системы безопасности и охранные сигнализации
• Медицинская техника
• Бытовая техника
• Промышленная автоматика

Герконовые реле особенно эффективны в устройствах, требующих высокой надежности, быстродействия и работы в сложных условиях эксплуатации.

Как правильно выбрать герконовое реле

При выборе герконового реле для конкретного применения необходимо учитывать следующие параметры:

1. Тип контактов (NO, NC, SPDT)
2. Максимальный коммутируемый ток и напряжение
3. Время срабатывания и отпускания
4. Сопротивление катушки управления
5. Напряжение срабатывания
6. Диапазон рабочих температур
7. Габаритные размеры и тип корпуса

Правильный выбор герконового реле обеспечит надежную и долговечную работу устройства.

Рекомендации по эксплуатации герконовых реле

Для обеспечения длительной и надежной работы герконовых реле следует соблюдать следующие правила:

• Не превышать максимально допустимые значения коммутируемого тока и напряжения
• Избегать механических ударов и вибраций
• Защищать реле от воздействия сильных внешних магнитных полей
• Соблюдать полярность при подключении катушки управления
• Использовать защитные диоды при коммутации индуктивной нагрузки
• Не допускать попадания влаги и загрязнений на выводы реле

Соблюдение этих рекомендаций позволит максимально использовать преимущества герконовых реле и продлить срок их службы.

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
• Характеристики устройства
• Разновидности моделей
• Конструктивные отличия
• Принцип работы
• Преимущества и недостатки
• Сферы применения
• Правила управления герконом

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.

Герконовые реле, характеристика, принцип действия

 

    Для всех типов реле наименее надежным узлом является контактная система. Еще одной проблемой в эксплуатации реле, является наличие трущих металлических деталей, износ которых приводит со временем к снижению работоспособности реле.

    Перечисленные замечания по работе электромагнитных реле привели к созданию герметичных магнитно управляемых контактов, которые называют герконами.

    Принцип действия герконов основывается на использование сил взаимодействия, которые возникают в магнитном поле между ферромагнитными телами. При этом условии сила вызывает деформацию и перемещение ферромагнитных токопроводов электронов.

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

    На сегодняшний день на базе герконов произведено большое количество герконовых реле. А также: кнопок, переключателей, тумблеров, распределителей сигнала, датчики, регуляторы, сигнализаторы и т. д. Во многих производственных отраслях для контроля положения подвижных деталей перспективнее использовать герконовые датчики и счетчики готовой продукции. 5 Па.

     Инертная среда предотвратит окисление контактных сердечников. Стеклянный баллон устанавливают внутри обмотки управления, которая питается постоянным током. При подаче тока на обмотку возникнет магнитное поле, которое пройдет по контактным сердечникам через рабочий зазор между ними и замкнется по воздуху вокруг катушки управления. Создаваемый при этом условии магнитный поток при прохождении через рабочий зазор создаст тяговую электромагнитную силу, которая, преодолеет упругость контактных сердечников, соединит их между собой.

    Для создания минимального переходного сопротивления контактов, поверхности касания герконов покрывают палладием, золотом, радием или серебром. При отключении тока в обмотке электромагнита сила исчезнет, и под действием сил упругости контакты разомкнутся.

    В герконовых реле отсутствуют детали, которые подвержены трению, а контакты сердечника многофункциональны, так как при этом выполняют одновременно функцию магнитопровода и пружины.

    Для уменьшения размера намагничивающей катушки увеличивают допустимую плотность тока, применяя для намотки теплостойкий эмалированный провод. Все детали изготавливаются штамповкой, а соединяются сваркой или пайкой. Для уменьшения зоны включенного состояния в герконах используют магнитные экраны. Если в герконе наряду с электромагнитом применяется постоянный магнит, то геркон из нейтрального переходит в поляризованный.

    В отличии от электромагнитного реле обычного типа, у которого контактное нажатие зависит от параметра контактной пружины, контактное нажатие герконового реле зависит от МДС обмотки и будет увеличиваться с ее ростом.

    Из-за технологической погрешности коэффициента возврата герконовых реле имеет большой разброс от 0,3 до 0,9. С целью повышения коммутационного тока и номинальной мощности герконовые реле наделены дополнительными дугогасительными контактами. Такие реле называются герметичные силовые контакты или герсиконы. Промышленностью выпускаются герсиконы от 6,3 до 180 А. Частота включений в час достигает 1200. При помощи герсиконов осуществляется пуск асинхронного двигателя мощностью до 3 кВт.

    Особый класс герконовых реле на ферритах, у которых есть свойство памяти. В таких герконовых реле для переключения в катушку нужно подать импульс тока обратной полярности с целью размагничивания ферритного сердечника. Они называются герметизированные запоминающие контакты или гезаконы.

Достоинства герконовых реле

• Полная герметизация контакта позволяет их применять в разной среде: влажности, запыленности и т. д.
• Простота конструкции, малая масса и габариты.
• Высокое быстродействие, что позволяет применять герконовые реле при высокой частоте коммутаций.
• Высокая электрическая прочность межконтактного промежутка.
• Гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепей управления герконовых реле.
• Расширенные функциональные области применения герконовых реле.
• Надежная работа в широком диапазоне температур (-60¸+120°С).

Недостатки герконовых реле

• Низкая чувствительность у МДС управления герконовых реле.
• Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует принятия специальных мер по защите от внешних воздействий.
• Хрупкий баллон герконовых реле, чувствительный к ударам.
• Малая мощность коммутируемых цепей у герконов и герсиконов.
• Возможность самопроизвольного размыкания контактов герконовых реле при больших токах.
• Недопустимое размыкание и замыкание контактов герконового реле при питании переменным напряжением низкой частоты.

    За десятилетие фактического простоя отечественной релейной промышленности рынок России наполнился зарубежными аналогами герконовых реле (преимущественно германские, китайские, тайваньские), их применение стало привычным в электроустановках.

    В основном такие реле конструктивно производят на базе геркона с обрезанными выводами, расположенного внутри обмотки управления, с герконом и катушкой, приваренными к выводам технологической рамки, которые после опрессовки специальной пластмассой и вырубки перемычек на рамке образуют собственно реле.

 

Что такое герконовое реле?

Герконовое реле представляет собой тип реле, в котором электромагнит воздействует непосредственно на герконовый контакт геркона, заключенного в стеклянную оболочку, обычно сводя язычки вместе для установления контакта при подаче питания на электромагнит.

Каталог:

I Введение

Основой любого геркона является сам геркон – это основной элемент геркона. Геркон состоит из двух герконов, изготовленных из никель-железного сплава, а затем покрытых материалами для обеспечения максимального срока службы. Контакты геркона перекрываются, поэтому при замыкании они соприкасаются друг с другом. Обычно расстояние в открытом состоянии составляет от 0,05 до 1 мм. Чем больше расстояние, тем больше сопротивление напряжению. Небольшие зазоры между контактами обеспечивают высокую скорость переключения, которая в первую очередь зависит от фактического размера контактов. Обычно диапазон скоростей составляет примерно от половины миллисекунды до нескольких миллисекунд. Часто содержание никеля и железа в язычковых контактах составляет около 52%. Используемые материалы включают рутений, родий, иногда иридий, вольфрам или молибден в случае высокого напряжения. Родий обычно наносится на язычковый элемент гальванопокрытием, а рутений обычно напыляется. Также было очень мало герконов, в которых использовалось золото, часто для звука.

Геркон окружен стеклянной оболочкой для обеспечения герметичности, чтобы предотвратить попадание влаги и других загрязнений. Большинство герконовых реле и герконов запечатаны в стеклянную трубку, вырезанную из длинной трубки. Конец трубки, содержащей каждый геркон, оплавлен для обеспечения герметичности. Обычно стеклянная оболочка заполняется средой для предотвращения износа, окисления и лучшего гашения любых искр. Обычно он заполнен азотом и может иметь следы гелия. В язычках высокого напряжения может использоваться вакуум.

Рисунок 1. Внутренняя сборка геркона

II Принцип работы

Работа геркона довольно проста. Он работает, помещая магнитное поле близко к контакту геркона, что заставляет каждый язычок ориентироваться магнитно, чтобы концы язычка притягивались друг к другу и двигались вместе, чтобы закрыть контакт. Без магнитного поля два контакта не будут магнитно ориентированы, и подпружиненная нагрузка в контактах будет удерживать их друг от друга.

По мере приближения магнита к язычковым контактам, изготовленным из магнитного материала, как правило, никель-железного, два контакта начинают магнитно ориентироваться. В одном контакте появится северный полюс, в другом – южный.

Рисунок 2: Принцип действия геркона

По мере увеличения магнитного поля вблизи контактов сила его намагничивания увеличивается, и в конечном итоге оно достигает точки, когда пружина в контактах преодолевается. По мере приближения контактов сила притяжения постепенно увеличивается, и в конечном итоге устанавливается прочный контакт.

Однако скорость, с которой контакты геркона приближаются друг к другу, действительно означает, что контакты сталкиваются с огромной энергией, поэтому они отскакивают, а затем через некоторое время сталкиваются, вызывая явление, называемое дребезгом контактов.

Способ дребезга контактов во многом зависит от размеров геркона, веса контактных элементов, их упругости и т. д. Очевидно, что время дребезга может значительно увеличить износ контактных элементов. Отскок контактов может вызвать искрение, если протекает ток, особенно когда в цепи есть емкостной или индуктивный элемент. Даже когда устройства, использующие КМОП или другие схемы, коммутируют небольшие токи, емкостной элемент, введенный развязывающими конденсаторами в цепи, может вызвать очень высокие переходные токи, что может значительно сократить срок службы контакта.

Рисунок 3: Контакт между язычками

Когда внешнее магнитное поле удаляется, намагниченность никель-железного сплава также исчезает. Это приведет к исчезновению магнитного притяжения между двумя контактами, и пружина в контактах будет раздвинута. Когда ток проходит через катушку, это создает магнитное поле. В этой ситуации контакты намагничиваются и притягиваются друг к другу. По мере увеличения поля достигается точка, в которой контакты замыкаются. Удаление тока удалит поле, а затем и контакты врозь.

Рисунок 4: Состав герконового реле, управляемого катушкой

Преимущество использования катушки заключается в том, что она может управляться электронной схемой, что позволяет управлять контактами герконового реле или переключать их внешним электронным устройством. стимул. Таким образом, небольшой ток может управлять гораздо большим током, проходящим через герконы.

Их сравнительно небольшой размер и тот факт, что эти реле часто содержатся в небольших упаковках. Небольшой размер означает, что они просты в использовании, удобны и достаточно малы, чтобы их можно было использовать практически в любой электронной схеме.

III Преимущества и недостатки герконовых реле

Герконовые реле обладают многими преимуществами и могут эффективно использоваться в ряде ситуаций. Как и во многих технологиях, необходимо найти баланс между преимуществами и недостатками, чтобы определить применимость в любой конкретной ситуации.

Преимущества герконовых реле

1. Небольшой размер, некоторые из них встроены в корпуса SIL, DIL и т. д. или даже меньшего размера

2. Высокие скорости переключения

3. Обеспечивают полную изоляцию между током переключения и коммутируемой цепью

Недостатки герконового реле

1. Как правило, малотоковая способность, т. е. не подходит для очень больших токов

2. Не так быстро, как некоторые полупроводниковые переключатели, хотя во многих полупроводниковых переключателях используется медленный оптоизолятор

3 .Как электромеханические устройства, они со временем изнашиваются, особенно контакты 

Герконовые реле — очень надежная форма реле, которую можно использовать в самых разных областях. Часто их используют в коммутационных матрицах, в которых требуется полная изоляция и низкое переходное сопротивление.

IV Разработка геркона и геркона

Впервые концепция герконов была предложена в 1922 году профессором Ленинградского электротехнического университета В. Коваленко. Он предложил идею так называемого магнитоуправляемого контакта, который переключался под действием магнитного поля.

Следующие события произошли примерно в 1936 году, когда в США Bell Telephone Laboratories начали исследования герконов, рассчитывая использовать их в телефонных коммутаторах и т. д.

К 1938 году экспериментальный переключатель использовался для переключения центрального проводника коаксиального кабеля. Два года спустя появляются первые серийные устройства.

Дальнейшее использование этих устройств началось в 1950-х годах, когда герконовые реле (герконы с соответствующими электромагнитными катушками) начали использоваться для автоматически управляемых коммутаторов. Эти герконовые реле обеспечивали более высокий уровень надежности, чем их аналоги с электромеханическими реле. Кроме того, они также были быстрее, меньше и потребляли меньше тока.

В 1963 году компания Bell Telephone представила свое первое герконовое реле, основанное на обмене. В последующие годы применение этой технологии для телефонных станций увеличилось.

По мере увеличения доступности герконов и герконов они начинают использоваться во множестве других приложений. Переключатели можно использовать вместе с небольшими магнитами для различных приложений определения положения, а также для использования в тестовых и измерительных матричных переключателях. Кроме того, герконы и реле используются во многих других приложениях.

V Меры предосторожности при использовании герконовых реле

С точки зрения обращения, очистки, монтажа реле на печатной плате, защиты соединения, электромагнитных помех, емкостных помех и управления реле через полупроводниковое устройство, меры предосторожности для использования герконовых реле объясняются.

1. Обращение 

Сила удара (например, при падении с высоты 30 см и более) или сильное тянущее или скручивающее усилие внешнего терминала приложения могут привести к необратимому повреждению герконового реле.

1. Монтаж геркона на печатной плате

Изогнутая клемма

Если необходима клемма реле, угол изгиба (между печатной платой и клеммой) печатной платы, которая согнута после установки, не должен быть больше 45 градусов. Угол больше 45 градусов может создать вертикальную силу, которая может повредить реле, установленное на печатной плате.

2. Положение геркона

Обычно геркон является источником шума в цепи, поэтому необходимо принять определенные меры по предотвращению:

Максимально увеличьте расстояние между герконом и полупроводниковым компонентом.

Разместите катушку реле цепи подавления помех как можно ближе.

Не допускать приближения шумового ресурса цепи катушки в герконе.

3. Пайка

Флюс на основе канифоли рекомендуется для герконовых реле.

При пайке вручную время пайки должно быть минимальным. Чрезмерная температура и/или время пайки могут привести к повреждению геркона. Рекомендуемая процедура – ​​280~300°C в течение 3 секунд, а рекомендуемая процедура для максимальной автоматической пайки – 250~260°C в течение 5 секунд.

4. Очистка

Ультразвуковая очистка может привести к необратимому повреждению контактов реле.

Рекомендуются фреон, альфа, этанол и изопропиловый спирт. хлорозен и хлорприпой допустимы или приемлемы условно.

Основы герконового реле

23. Октябрь 2014

Время чтения 12 минут

Герконовые реле

в принципе обманчиво просты. Они содержат геркон, катушку для создания магнитного поля, дополнительный диод для обработки обратной ЭДС от катушки, корпус и способ подключения к геркону и катушке снаружи корпуса. Сам по себе геркон представляет собой простое в принципе устройство и относительно недорогую в производстве благодаря современной технологии изготовления.

Kenvin Mallett, Pickering Electronics, Clacton UK

Геркон имеет два металлических лепестка определенной формы, изготовленных из ферромагнитного материала (железо никеля примерно 50:50) и стеклянную оболочку, которая удерживает металлические лезвия на месте и обеспечивает герметичное уплотнение, предотвращающее попадание любых загрязняющих веществ в критические контактные зоны внутри стеклянной оболочки. Большинство (но не все) герконов в нормальном состоянии имеют разомкнутые контакты.

Если вдоль оси язычков приложить магнитное поле, поле в язычках усиливается из-за их ферромагнитной природы, открытые контакты язычков притягиваются друг к другу, и лезвия отклоняются, закрывая зазор. При достаточном приложенном поле лезвия соприкасаются, и возникает электрический контакт. Единственная подвижная часть в герконе — это отклонение лезвий, в нем нет точек поворота или материалов, пытающихся скользить друг мимо друга. Считается, что геркон не имеет движущихся частей, а это означает, что в нем нет частей, подверженных механическому износу. Зона контакта заключена в герметичную оболочку с инертными газами или, в случае высоковольтных выключателей, в вакуум, поэтому область выключателя герметизирована от внешнего загрязнения. Это дает геркону исключительно долгий механический срок службы

На практике неизбежно возникает несколько более сложная ситуация. Ферромагнитный материал не является хорошим проводником и, в частности, этот материал не обеспечивает хорошего контакта переключателя. Таким образом, лезвия тростника должны иметь покрытие из драгоценного металла в области контакта, драгоценный металл может не очень хорошо прилипать к материалу лезвия, поэтому для обеспечения хорошего сцепления может потребоваться нижний металлический барьер. В некоторых типах герконовых реле используются контакты, смоченные ртутью, поэтому герконовые реле, в которых используются контакты с гальваническим покрытием, часто называют «сухими» герконовыми реле. Металлы могут быть добавлены путем селективного нанесения покрытия или путем распыления. Там, где язычковое лезвие проходит через стеклянную оболочку, любое покрытие (во многих случаях может отсутствовать) требует контроля, чтобы избежать неблагоприятного воздействия на герметичное соединение стекла с металлом. Снаружи стеклянного уплотнения лепестки геркона должны быть соответствующим образом обработаны, чтобы их можно было припаять или приварить к корпусу герконового реле, что обычно требует покрытия, отличного от того, которое используется внутри стеклянной оболочки.

Материалы, используемые для контактных площадок из драгоценных металлов внутри стеклянной оболочки, оказывают значительное влияние на характеристики геркона (и, следовательно, реле). Некоторые материалы обладают отличной стабильностью контактного сопротивления; другие устойчивы к механической эрозии, возникающей во время горячих переключений. Обычно используемыми материалами являются рутений, родий и иридий, все они относятся к группе относительно редко встречающихся платиновых драгоценных металлов. Вольфрам часто используется для мощных или высоковольтных герконов из-за его высокой температуры плавления. Материал для контакта выбирается так, чтобы он наилучшим образом соответствовал заданным характеристикам, учитывая, что выбранный материал также может существенно повлиять на стоимость производства.

Еще одним конструктивным параметром геркона является его размер. Более длинные переключатели не должны отклонять лезвия так далеко (измеряемый углом отклонения), как короткие выключатели, чтобы закрыть заданный размер зазора между лезвиями. Короткие трости часто изготавливаются из более тонких материалов, поэтому они легче изгибаются, но это явно влияет на их рейтинг и площадь контакта. Меньшие герконы позволяют создавать реле меньшего размера — важное соображение, когда пространство имеет решающее значение. Переключатели большего размера могут быть более механически прочными и иметь большую площадь контакта, что повышает их способность передавать сигналы.

Именно эти компромиссы в конструкции герконов приводят к возникновению иногда сбивающего с толку ассортимента герконов, которые доступны как с небольшими, так и с незначительными различиями в характеристиках.

Создание магнитного поля

Для создания реле необходимо создать магнитное поле, способное замыкать контакты геркона. Герконовые переключатели можно использовать с постоянными магнитами (например, для обнаружения закрытия дверей), но для герконовых реле, описанных в этой книге, поле генерируется катушкой, через которую может проходить ток в ответ на управляющий сигнал. Катушка окружает геркон и создает осевое магнитное поле, необходимое для замыкания герконов.

Разные герконы требуют разного уровня магнитного поля для замыкания контакта, и это обычно выражается в ампер-витках (AT) — просто произведении тока, протекающего в катушке, на количество витков. Опять же, это создает большие различия в характеристиках герконовых реле. Более жесткие герконы для более высоких уровней мощности или высоковольтные переключатели с большими контактными зазорами обычно требуют для работы более высоких чисел AT, поэтому катушки требуют большей мощности.

Использование проводов разного сечения для катушек и числа витков создает реле с разными требованиями к напряжению привода и различной мощности катушек. Сопротивление проволочной катушки определяет количество установившегося тока, протекающего через катушку, и, следовательно, мощность, потребляемую катушкой, когда контакты замкнуты. Всякий раз, когда в реле Пикеринга используются тонкие провода, оконечные провода от катушек обматываются несколькими жилами провода, скрученными вместе, для увеличения их физической прочности.

Катушки большего размера можно использовать для снижения энергопотребления, но это увеличивает размер реле. Важным фактором в некоторых конструкциях является возможность управления герконовыми реле со стандартной логикой КМОП, требующая, чтобы катушка работала от 5 В или 3,3 В и чтобы требования к току (мощности) в катушке были сведены к минимуму.

Защита от магнитных полей

Тот факт, что герконовые реле управляются магнитом, создает потенциальную проблему для пользователей, когда они собираются плотным образом на печатных платах

Магнитное поле, необходимое для замыкания лепестков геркона, проходит через лезвия геркона из никелевого железа и возвращается по силовым линиям, которые находятся снаружи корпуса геркона. Если несколько реле расположены близко друг к другу, внешние линии поля могут быть проведены соседними лепестками геркона и либо усилить, либо частично нейтрализовать поле в герконе, изменяя ток, необходимый для замыкания или размыкания контакта. В некоторых случаях это может привести к тому, что реле может либо не закрыться, либо разомкнуться в зависимости от магнитной полярности. Некоторые производители предлагают размещать реле с разной полярностью, чтобы смягчить наихудший эффект взаимодействия, но это может стать сложным компромиссом в плотных массивах реле, где есть много ближайших соседей.

Гораздо более разумным подходом является включение магнитного экрана в корпус герконового реле, подход, используемый компанией Pickering Electronics в течение многих лет. Затем пользователь может свободно использовать шаблон макета, который лучше всего подходит для приложения. Дополнительным преимуществом этого подхода является повышение эффективности катушки, поскольку он концентрирует линии магнитного поля ближе к корпусу геркона, сокращая длину магнитного поля за пределами герконов и создавая большее поле для заданного числа ампер-витков в катушке. Более низкие рабочие токи катушки упрощают управление катушкой и улучшают другие параметры, такие как термоэлектрическая ЭДС.

Ртутные герконовые реле

Существует класс герконовых реле, которые исторически были очень популярны, где герконовые контакты содержат ртуть, которая обеспечивает электрический контакт между лезвиями. Ртуть обеспечивается небольшим резервуаром, срабатывание лезвия которого имеет тенденцию накачивать рифленую поверхность на лезвии тростника в зону контакта, используя высокое поверхностное натяжение ртути для удержания материала.

Выборочное хромирование часто используется в конструкции, поскольку ртуть и хром не слипаются, и это используется для контроля содержания ртути.

Стеклянная оболочка ртутных реле также находится под высоким давлением (обычно от 12 до 14 бар), что помогает управлять материалами и работой переключателя, а также улучшать электрические параметры.

Этим реле отдают предпочтение в некоторых отраслях промышленности, поскольку они имеют длительный срок службы контактов и замыкание контактов без дребезга — функция, которая особенно полезна в условиях горячего переключения. Стабильность низкого контактного сопротивления в течение срока службы считается лучшей, чем у реле с сухим герконом.

Большинство типов ртутных герконовых реле чувствительны к положению — их можно использовать только в вертикальном положении. Также доступны некоторые нечувствительные к положению версии, которые можно использовать в любой ориентации. Однако реле, контактирующие с ртутью, не соответствуют требованиям Директивы об ограничении использования опасных веществ (RoHS), и национальные нормативные акты могут ограничивать их использование некоторыми критически важными приложениями, где были предоставлены исключения в отношении Директивы об ограничении использования опасных веществ (RoHS).

Высоковольтные герконовые реле

Высоковольтные герконовые реле, в дополнение к необходимости обеспечения большого зазора (включая расстояние между контактами в герконе), должны иметь тщательно подобранную рабочую среду и различные материалы контактов, чтобы противостоять эрозии контактов которые возникают при переключении сигналов. В герконах высокого напряжения обычно используются вольфрамовые или родиевые контакты.

Стеклянная оболочка для высоковольтных герконов обычно представляет собой очень жесткий вакуум, чтобы максимизировать номинальное напряжение для данного разделения ножей и управлять длительностью дуги при размыкании или замыкании контактов. Любая потеря герметичности быстро ухудшит работу переключателя, поэтому герконовые переключатели должны быть тщательно обработаны, поскольку они упакованы в герконовые реле.

Нормально замкнутые герконы

Большая часть информации в этой книге относится к нормально разомкнутым герконам – наиболее распространенной конфигурации герконовых реле. Однако могут также поставляться нормально замкнутые реле, в которых лезвие смещено так, что оно нормально закрыто, а приложение магнитного поля размыкает контакты реле.

Смещение контакта создается за счет добавления внутреннего постоянного магнита, удерживающего геркон в нормально замкнутом состоянии. Когда катушка реле находится под напряжением, она компенсирует смещение магнитного поля, и контакты размыкаются. Если напряжение катушки значительно превышает номинальное значение (обычно более чем в 1,5 раза от номинального), существует риск повторного замыкания контакта.

Неудивительно, что нормально замкнутые реле более сложны в изготовлении и имеют более сильное магнитное взаимодействие из-за подмагничивающего магнита.

Герконы переключения

Герконовые реле могут поставляться с переключателями – геркон имеет нормально замкнутый контакт (когда магнитное поле не приложено) и нормально открытый контакт (замыкается при приложении поля). Закрытый контакт герконового переключателя использует лезвие в качестве пружины смещения с прокладкой из цветного металла, чтобы избежать замыкания магнитной цепи. Поле катушки перемещает лезвие к нормально разомкнутому контактному лезвию, не имеющему этой прокладки. Поскольку лепестки герконового переключателя переходят между двумя состояниями в течение короткого периода времени, ни один из контактов не замыкается, что является важным фактором в некоторых приложениях.

Нормально закрытое положение зависит от контактного давления, создаваемого смещением пружины лезвия. Помимо того, что их намного сложнее изготовить, чем нормально разомкнутые герконовые реле, два контакта, нормально замкнутый и нормально разомкнутый, могут иметь совершенно разные характеристики и стабильность. Как правило, опыт показывает, что они имеют немного менее стабильное контактное сопротивление, чем их более простые нормально разомкнутые аналоги. Тем не менее, они выполняют полезную функцию во многих приложениях, потому что в отличие от использования двух нормально разомкнутых герконов, используемых для создания функции переключения, им нужен только один привод катушки, и механически невозможно замкнуть оба контакта одновременно.

Двухполюсные реле

Герконовые реле также могут поставляться в виде двухполюсных реле, где два геркона находятся в одном корпусе и управляются общей катушкой.

Важно помнить, что эти реле не имеют механизма блокировки между ними, небезопасно предполагать, что два полюса работают точно в одно и то же время, а два геркона практически независимы. Между ними может быть разница во времени работы от 50 до 250 микросекунд. Неисправность одного (скажем, контактного сварного шва) не остановит движение другого контакта.

www.pickeringrelay.com

---

Zusammenfassung

Reed-Relais sind im Prinzip täuschend einfache Geräte. Siebestehen aus einer Magnetspule sowie einem sich in der Mitte befindlichen Reedschalters. Oft sind Reedrelais nach außen magentisch geschirmt, so dass sie dicht gepackt werden können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Dabei erweisen sie sich selbst als eine einfache Vorrichtung und sind mit relativ niedrigen Kosten dank moderner Fertigungstechnologien einfach herzustellen.

Les relais reed sont en principe des appareils étonnamment simples. Ils sont constitués d’une bobine magnétique ainsi que d’un commutateur reed situé au center. Souvent les relais reed sont protégés vers l’extérieur du point de vue magnétique, de sorte qu’ils puissent être positionnés très les uns des autres sans s’influencer mutuellement.