книги / Электромеханические аппараты автоматики

В зависимости от конструкции контакты могут быть замы­ кающими.

Существенной особенностью электростатических реле на электретах, является то, что они нуждаются в источниках питания, которые обеспечивают лишь ток утечки между электродами 5, 7.

Г лава третья

МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ КОНТАКТЫ

3.1. ТЕОРИЯ РАБОТЫ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ КОНТАКТОВ

3.1.1. Предпосылки создания и развития магнитоуправляемых контактов

Магнитоуправляемый контакт (МК) представляет собой электрический аппарат, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического размыкания или замыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов, пружин и участков электрической и магнитной цепей [12]. МК могут быть открытыми или герметизированными. В последнем случае их называют герконами.

МК являются разновидностью электромагнитных реле. Электромагнитные реле, созданные в 1830— 1832 гг. русским ученым П. Л. Шиллингом, в настоящее время применяются во всех областях техники. Это обусловлено их несомненными достоинствами: гальванической развязкой входных и выходных цепей, простотой согласования со схемой управления, малым переходным сопротивлением в замкнутом состоянии и высоким сопротивлением между разомкнутыми контактами, высокой перегрузочной способностью, помехозащищенностью и т. д.

Постоянное развитие и усложнение автоматизированных систем выдвигают все более высокие требования к эле­ ктромагнитным реле как с экономической точки зрения (про­ стота и технологичность конструкции, минимум деталей, возможность автоматизированной сборки, применение недо­ рогих материалов и оборудования, использование стандартного оборудования для производства, контроля и наладки), так и с позиции технических показателей (надежность работы, большой срок службы, повышенное быстродействие, малое потребление энергии, высокая чувствительность и стабильность

ill

Рис. 3.1. Схемы реализации электромагнитных реле:

якорное реле: о - реле В. И. Коваленкова: / — магнитопровод; 2 — обмогка управления: якорь; 4 — пружина: 5 контактная группа: 6. 7 контактные сердечники; 8 — изоляци­

онная прокладка

характеристик при воздействии помех, радиации, окружающей среды и т. п.).

Перечисленные выше требования к электромагнитным реле могут быть реализованы путем упрощения конструкции, полной изоляции контактов как от окружающей среды, так и от элементов самой конструкции, содержащих летучие и активные вещества. Такие пути подвели к созданию МК. В середине 20-х годов В. И. Коваленков с целью упрощения конструкции и повышения быстродействия электромагнитных реле решил отказаться от массивного якоря (рис. 3.1, а), возвратной пружины и самостоятельной контактной группы. Функции указанных элементов он возложил на легкие контактные сердечники (КС), выполненные из ферромагнитного материала в виде упругих консолей [21]. Конструкция такого реле (рис. 3.1, б) содержит магнитопровод /, обмотку управления 2, КС 6, 7 и изоляционную прокладку 8. Последняя предотвращает возможность замыкания цепи нагрузки через магнитопровод 1.

В исходном состоянии перекрывающиеся концы КС отстоят друг от друга на расстоянии 5, а цепь нагрузки R„ разомкнута. При подаче сигнала управления в обмотку 2 в магнитной системе устанавливается магнитный поток, замыкающийся через рабочий зазор 5. Под действием этого потока в рабочем зазоре б возникает электромагнитная сила, притягивающая КС 6, 7 При их соприкосновении цепь нагрузки замыкается. При отключении обмотки 2 магнитный поток падает, элек­ тромагнитная сила притяжения КС б и 7 уменьшается и последние под действием собственной упругости расходятся, разрывая цепь нагрузки.

В рассмотренной конструкции КС совмещают в себе функции контактов, токоподвода, магнитопровода, якоря, кон­

замыкание коммутируемой цепи. При снятии сигнала управле­ ния Р3 резко падает и КС под действием собственных сил упругости расходятся, размыкая цепь нагрузки.

В настоящее время КС выполняются сплошными (рис. 3.3), как правило, из низконикелевых пермаллоев марки Н-50, Н-52, Н47Д5. Указанные материалы обеспечивают качественный герметичный спай со стеклом баллона, стойкий к глубоким изменениям температуры, а по химическому составу различают­ ся незначительно. Например, сплав Н-52 содержит 52% Ni и 48% Fe, а сплав Н47Д5—47% Ni, 48% Fe и 5% Си. КС штампуются из проволоки диаметром 0,4— 1,5 мм. После отжига в среде водорода все применяемые сплавы близки по своим механичес­ ким и магнитным параметрам. Они имеют магнитную индукцию насыщения Bs& 1,5 Тл; температуру Кюри 460—480° С; коэрци­ тивную силу Нс = 6,4 ч-10,4 А/м; предел упругости ст„пр= 166,6-215,6 Н/мм2; модуль упругости £ = (1 1,7—12,7)• 104 Н/мм2 и относительное удлинение 40 -н44% [25].

Некоторые наиболее характерные конструктивные схемы герконов представлены на рис. 3.4, 3.5. Наиболее распрост­ ранены нейтральные замыкающие герконы, как наиболее простые конструктивно и технологически. Их КС могут быть

Для уменьшения и большей стабильности переходного сопротивления внутренние контактирующие поверхности КС покрываются тонким слоем серебра, золота, палладия, родия, рения или другого благородного металла. Толщина покрытия 2—50 мкм. Покрытие может осуществляться напылением, гальваническим, химическим, электроискровым и другими способами.

ферромагнитного шарика 3, поверхность которого, как и торцы КС 1, 2, 5 и 6, имеет контактное покрытие. Шарик 3 может замыкать КС 1, 2 или 5 , 6 в зависимости от воздействия магнитного поля, созданного обмотками управления 7, 8 и 9, 10, располагающимися на выводах 7, 2, 5 и 6. Существенным недостатком рассмотренных выше герконов является низкая коммутируемая мощность, в большинстве случаев не превыша­ ющая 30 Вт. Увеличение коммутируемой мощности и тока приводит к быстрому электрическому износу контактного покрытия КС. Для коммутации больших токов разработаны специальные конструкции герконов повышенной мощности. В этих герконах применяются более стойкие к эрозии контакт­ ные материалы, используются вспомогательные ветви коммута­ ции тока и обеспечивается большее контактное нажатие.

На рис. 3.4, и показан асимметричный геркон повышенной мощности. Асимметричная конструкция позволяет уменьшить осевую длину геркона. Перекрывающиеся концы КС 7, 2 по­ крыты тонким слоем благородного металла и образуют главную ветвь коммутации с низким и стабильным переходным сопротивлением. В герконе предусмотрена вспомогательная ветвь коммутации через контактную пружину 72 и дугогаси­ тельные контакты 13 и 14, которые обычно изготавливаются из вольфрама, обладающего повышенной стойкостью к эрозии. Размеры зазоров и контактов, а также размеры, форма и жесткость пружины 72 выбираются такими, чтобы при срабатывании сначала замыкались контакты 13 и 14, а потом КС 7, 2. При отпускании вначале расходятся КС 7, 2, а затем дугогасительные контакты 13 и 14. Контактная пружина 72 закреплена на КС 7 с предварительным натягом, что обес­ печивает гарантированное контактное нажатие между дугога­ сительными контактами 13 и 14, воспринимающими перво­ начальные броски тока при включении и обеспечивающими рассеяние запасенной энергии при отключении [23].

Геркон повышенной мощности (рис. 3.4, к) существенно отличается от рассмотренных конструкций. Неподвижный КС 2 изготовлен из ферромагнитной пластины с отверстием 77 в средней части. За счет этого пластина имеет участок, который при воздействии сигнала управления насыщается [26]. Напротив этого участка на контактной пружине 72 установлен подвижный КС 7. В зоне насыщенного участка возрастают потоки выпучивания, под действием которых КС 7 притягива­ ется к КС 2, образуя главную ветвь коммутации. Перед этим происходит замыкание вспомогательной ветви коммутации через дугогасительные контакты 13 и 14. При отпускании сначала расходятся контакты 13 и 14, а затем КС 7, 2. Надежность работы геркона зависит от выбора жесткости контактной пружины и ее прогиба.

эффектом «залипания» (памяти). Они не изменяют своего состояния после прохождения сигнала управления. Существен­ ным препятствием в использовании жидкостных герконов является критичность к рабочему положению. В отличие от обычных герконов они реагируют на положение в пространстве. Конструкции, показанные на рис. 3.5, а, б, допускают от­ клонение от вертикали не более 30°

Основные сведения о герконах отечественного изготовления приведены в приложении (табл. П. 8), конструкции некоторых из них показаны на рис. 3.6.

Наряду с рассмотренными выше герконами, которые при­ нято называть язычковыми (рис. 3.4), существуют конструкции, где КС выполнены в виде диафрагмы или мембраны [23]. Такие герконы называются мембранными. Геркон (рис. 3.7, а) состоит из подвижного КС (мембраны) 1 и неподвижного КС (сердечника) 4. Мембрана своей периферийной частью зажата между ферромагнитными кольцом 2 и крышкой 3. Для герметизации внутреннего объема и фиксации сердечника 4 на определенном расстоянии от мембраны 1 используется стеклянная прокладка 5. При возникновении управляющего магнитного поля обмотки 6 центральная часть мембраны 1 притягивается к сердечнику 4, осуществляя замыкание контактов. Для необходимой жесткости мембраны служат специальные лабиринтные прорези 8 (рис. 3.7, б, в). Эти прорези способствуют и увеличению быстродействия, позволяя

и ферриды) отличаются от конструкций Коваленкова и Эллвуда лишь материалом магнитопровода или КС. Магнитопровод 1 (рис. 3.1) и КС 2, 3 (рис. 3.2) выполняются из так называемых реманентных («магнитосредних», среднекоэрци­ тивных) материалов: магнитотвердых ферритов, кобальто­ хромистых сплавов типа 35КХ12, 35КХ15, 25КФН14, 40КНБ,

приобретают свойства постоянного магнита. Однако для своего перемагничивания требуют значительно меньшей эне­ ргии импульса, что существенно сокращает мощность, габариты и стоимость источников питания [12]. Таким образом, элементы, изготовленные из реманентных материалов, яв­ ляются элементами магнитной памяти (ЭМП). Если ЭМП