7.2 Исполнительные контактно-коммутационные устройства

Исполнительные контактно-коммутационные (ИККУ) устройства по типу управления подразделяются на устройства с электромагнитным (электромагнитные реле, герконы) и механическим (микровыключатели, кнопки и др.) управлением. В измерительных и автоматических системах применяют также ИККУ с управлением по теплоэнергетическим параметрам (давление, температура и т. п.).

7.2.1. Электромагнитные реле

Это ИККУ с разрывными контактами, скачкообразно срабатывающее при достижении управляющим током или напряжением определенного значения. Электромагнитное реле состоит из трех основных частей: электромагнитной системы, преобразующей энергию электрического тока в энергию магнитного поля; промежуточного органа (якоря), преобразующего энергию магнитного поля в механическую энергию подвижных частей; контактной системы. Существуют две основные конструктивные схемы реле: с угловым движением якоря (рис. 6, а) и поступательно перемещающимся втягивающимся якорем (рис.6, б). При прохождении тока через катушку 2 возникает магнитный поток, проходящий через сердечник 1, ярмо 7, якорь 4 и воздушный зазор. Под действием магнитного поля возникает сила, перемещающая якорь. Происходит замыкание контактов 5, закрепленных на контактонесущих пружинах 6.

Рис. 6

При обесточивании катушки якорь занимает первоначальное положение либо под действием собственного веса (6, б), либо под действием пружины 3 (рис.6, а). Конструкции реле весьма разнообразны. На рис. 7 показана конструкция реле с угловым движением якоря.

Рис. 7

Реле монтируется на остове 1, который одновременно является магнитопроводом. Катушка 2 закреплена с помощью клея на сердечнике 9, который соединен с остовом 1 развальцовкой. Якорь 5 установлен на остове на ножевой опоре. На якоре закреплена заклепками пластмассовая панель 6, в которую заформованы контакто-несущие пластины 8. Подсоединение подвижных контактов к выводным клеммам осуществляется гибкими проводами 7. Неподвижные контакты 12 расположены на шинках 10 и 13, которые приклепаны к панели 11, присоединенной к остову 1 винтами 14. Возврат якоря при размыкании осуществляется с помощью винтовой пружины 4, которая одновременно формирует контактное усилие в разомкнутом положении. К основанию пружина крепится с помощью винта 3, на который навернуто несколько витков пружины. Изменением числа навернутых витков пружины осуществляется регулировка ее натяжения и жесткости.

Реле характеризуют: током срабатывания, при котором происходит замыкание контактов; током отпускания, при котором происходит размыкание контактов; временем срабатывания от момента подачи напряжения до замыкания контактов и временем отпускания от момента отключения реле до размыкания контактов.

7.2.2 Герконы.

В вычислительной технике и автоматических системах большое распространение получили герметизированные контакты — герконы. Геркон (рис. 8) представляет собой герметичную оболочку 1, в которую заключены пластины 2 и 3, выполненные из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, из сплава железа с никелем).

Рис. 8

На пластинах укреплены контакты 4 и 5. Оболочка находится внутри управляющей катушки 6. При подаче в катушку напряжения магнитный поток замыкается через пластины 2 и 3. В межконтактном промежутке возникает электромагнитная сила. При определенном значении этой силы пластины 2 и 3 изгибаются так, что происходит замыкание контактов 4 и 5. При снятии управляющего электрического сигнала контакты размыкаются. Стеклянная оболочка 1 вакуумирована или заполнена инертным газом — смесью азота с гелием или водородом. Вакуумирование позволяет: применять для контактов износо- и эрозионноустойчивые материалы — вольфрам, молибден и др., окисляющиеся в обычных условиях; применять малые контактные силы, так как окисные и газовые пленки на контактах отсутствуют; использовать малые межконтактные зазоры, так как электрическая прочность вакуума больше, чем у воздуха.

Рис. 9

Преимущества вакуумирования контактов позволяют получить коммутационные устройства с малыми управляющими мощностями (50... 150 мВт) и с большой износостойкостью (с числом срабатываний 10⁷...10⁹). Отсутствие массивных подвижных частей определяет малую инерционность герконов (время срабатывания 0,5...2 мс). Малые размеры некоторых конструкций герконов позволяют получить сравнительно малые межконтактные емкости и индуктивности, что важно при коммутации ВЧ-цепей.

Герконы позволяют коммутировать токи в диапазоне 5×10 ^-6... 0,25 А при напряжениях 5×10 ^-3... 110 В. Широко применяется блокирование герконов, когда несколько стеклянных капсул (до семи) охватываются одной управляющей обмоткой (рис.9, а). При подаче в обмотку напряжения срабатывают все контакты. Конструкция получается малогабаритной, так как диаметр оболочки равен нескольким миллиметрам, а длина (вместе с выводами) — нескольким сантиметрам. При блокировании эффективно может быть повышена надежность коммутации цепи соединением ее через несколько параллельно включенных герконов.

На основе геркона может быть создано и выключающее коммутационное устройство. Для этого необходимо иметь две обмотки (рис.9, б). В одной постоянно протекает ток. Магнитный поток этой обмотки вызывает замыкание контактов. Вторая обмотка образует противоположно направленный магнитный поток и при ее включении контакты размыкаются. Иногда вместо первой обмотки применяют постоянный магнит.

На основе герконов выполняют различного типа переключатели. На рис.9, в показана схема нажимного кнопочного выключателя с герконами. Поступательно перемещающаяся кнопка 1 связана со штоком 3, на конце которого закреплен постоянный магнит 4. При приближении магнита к геркону 5 происходит его замыкание. После снятия управляющей силы кнопка под действием возвратной пружины 2 возвращается в исходное положение и геркон размыкается. В одном выключателе можно располагать до четырех герконов.