Что такое герконы: область применения и особенности монтажа

Область применения герконов

Контактные группы на герконах активно используются в электрических цепях охранной сигнализации. Группа контактов герконов в одном корпусе может переключаться одновременно в нескольких электрических цепях, не связанных между собой. В сигнализации он используется для включения звука, световой индикации включения, для передачи сигналов на блок управления в рабочем состоянии.

Пример установки герконов в распределительном щите мобильной топливной насосной станции

На предприятиях с взрывоопасными примесями герконы эффективно применяют для коммутации электрооборудования различного назначения, так как при замыкании и размыкании контактов не возникает искр, выходящих за герметичную стеклянную колбу корпуса. Для пуска мощных электродвигателей используются герконы, способные соединять цепи с нагрузкой до 45 кВт.

Помимо низковольтного оборудования, существуют модели герконов, которые используются для замыкания цепей напряжением от 1000 В до 100 кВ, в защите высоковольтных реле воздушных линий для передачи электроэнергии. На таких элементах устанавливаются арочные конструкции и демпфирующие устройства для гашения колебаний контактных колебаний. Продукция с герконовым переключателем дает возможность развивать новые направления в приборостроении, автоматическом управлении и устройствах защиты в релейных системах.

Устройство детали

Датчик геркона выглядит как маленькая прозрачная зеленая стеклянная трубка. С обеих сторон есть кабели. Они позволяют припаять деталь к плате или подключить к ней кабели. Также есть трехконтактные модели.

Внутри стеклянной трубки находится полость с безвоздушной средой. В полости находятся контакты, которые подключаются к внешним клеммам устройства. В этой части нет полупроводников. Следовательно, он может работать на переменном токе.

Герконовые переключатели довольно разные по размеру. Маленькие модели имеют длину 10-15 мм. Самые большие размером с ладонь.

это интересно! Существует тенденция к уменьшению габаритных размеров герконов. В 2017 году американская компания Hermetic Switch Inc запустила в серийное производство деталь с длиной трубки 4,01 мм. Японские производители также проявляют активность в этой области. В 2005 году OKI объявила о выпуске прототипа с баллоном длиной 2 мм. Однако широкого распространения эти подробности пока не получили.

Дребезг контактов

Отдельно стоит упомянуть такое неприятное для цифровой техники явление (где в основном используются герконы), как дребезг контактов. После закрытия происходит серия неконтролируемых актов потери и приобретения контакта.

Справедливости ради следует отметить, что такое поведение типично для большинства механических коммутационных устройств. Непредсказуемые результаты можно получить, подключив геркон непосредственно к синхронному входу.

Меры против отскока контакта:

• Добавление ртути (что чревато утечками при разрыве баллона);
• Подключение через специальные электронные схемы;
• Использование демпфирующих фильтров (в некоторых случаях);
• Программное обеспечение.

Последние реализуются следующими способами:

• Временная задержка;
• Подсчет вторичных переключений за определенный промежуток времени;
• Расчет продолжительности текущего состояния.

Конечно, подключить геркон своими руками — задача не из легких, если вы не знаете основ электротехники и электроники.

Принцип работы герконов

Работа основана на использовании сил магнитного поля, возникающих между ферромагнитными элементами в герконе. Эти силы могут деформировать и смещать поврежденные контактные пластины, когда они закрываются или открываются. Магнитное поле для намагничивания ферромагнитных контактов в зоне устройства создается двумя способами:

• Намотанная на корпус катушка, на которую подается постоянный ток;

Катушка намотана на стеклянный баллон геркона

Совет № 1, величину магнитного потока можно регулировать независимо, наматывая провод на корпус катушки до срабатывания контактов

• Внешний постоянный магнит.

В левой части изображения постоянный магнит удален, а контакты герконового переключателя возвращаются в исходное положение.
С правой стороны магнит подводится к геркону, магнитное поле переключает контакты.

Самая простая конструкция геркона

Параметры

• Магнитодвижущая сила срабатывания
  — значение напряженности магнитного поля, при котором замыкаются контакты геркона.
• Магнитодвижущая сила выпуска
  — значение напряженности магнитного поля, при котором контакты геркона размыкаются.
• Изоляционное сопротивление
  — электрическое сопротивление пространства между жилами (в открытом состоянии).
• Сопротивление контактного перехода
  — электрическое сопротивление контактной площадки, которая образуется при замыкании жил.
• Падение напряжения
  — напряжение, при котором герконовый переключатель отключается.
• Время отклика
  — время между моментом приложения управляющего магнитного поля и моментом первого физического замыкания электрической цепи герконом.
• Время выпуска
  — время между моментом, когда магнитное поле, приложенное к герконовому переключателю, снимается, и моментом последнего физического размыкания электрической цепи герконовым переключателем.
• Емкость
  — электрическая емкость между выводами геркона в разомкнутом состоянии.
• Максимальное количество операций
  — количество срабатываний, при которых все основные параметры геркона остаются в допустимых пределах.
• Максимальная мощность
  — максимальная мощность, переключаемая герконом.
• Напряжение переключения
• Коммутируемый ток

Виды герконовых реле

Большой спрос на использование герконов в самых разных отраслях промышленности с учетом условий производства приводит к появлению большого количества моделей продукции. Все герконовые реле можно разделить по типу контактов:

• В исходном состоянии контакты разомкнуты;
• С замкнутыми контактами в исходном состоянии;
• В комбинированных контактных группах, когда нормально замкнутый и разомкнутый, герконы находятся в одном корпусе.

По конструкции герконовые реле делятся на два типа:

• Сухой — с заполнением баллона инертным газом или с вакуумом внутри, это делается для повышения устойчивости контактов при больших токовых нагрузках;
• Мокрый — герконы в точках соприкосновения контактов имеют жидкий металл, при вибрации ртуть действует как амортизатор, предотвращая размыкание.

Преимущества

Герконовые переключатели имеют следующие преимущества:

1. Полное уплотнение позволяет использовать его в зонах с пожароопасным и агрессивным окружением.
2. Мгновенная работа позволяет использовать в устройствах с высокими частотами переключения.
3. Устранение дребезга контактов на ртутных датчиках. Они используются в оборудовании с высокими требованиями к чистоте сигнала.
4. Небольшой размер 4 мм, простой дизайн, низкая стоимость производства.
5. Высокая функциональность и универсальность реле.
6. Возможность переключения сигналов малой мощности.
7. Широкий диапазон рабочих температур — от -55 до + 110 ºС.
8. Высокая прочность сердечников.
9. Отсутствие поверхностей трения.

Высокая универсальность, надежность и цена позволяют герконовым переключателям конкурировать с прямыми конкурентами.

Характеристики переключающих и измерительных герконов

Название геркон	МКС-27102	КЭМ-3	МКС-15101	МКА-52181	МКА-27801
Действующая магнитодвижущая сила, А	50… 74	30… 100	30… 45	80	30… 100
Время отклика, мс	1.5	1.5	1.5	2	2
Максимальная коммутируемая мощность, Вт	тридцать	тридцать	0,36	1.5	1
Максимальное коммутируемое напряжение, В	150	127	36	36	300
Максимальный коммутируемый ток, А	1	1	0,01	0,1	0,01
Сопротивление электрических контактов, Ом	0,15	0,3	0,15	0,08	0,1
Максимальная частота коммутации, Гц	50	100	100	100	50
Температура окружающей среды, ° С	-60… + 125	-60… + 125	-60… + 125	-60… + 85	-60… + 85
Вибрационные нагрузки, частотный диапазон, Гц	1… 2000	1… 2000	1… 2000	1… 600	5… 600
Вибрационные нагрузки, максимальное ускорение, м / с2	98	245	196	49	98
Диаметр цилиндра, общая длина, мм	27/67	18/54	15/50	53 / 79,5	28 / 52,3

Измерение основных электрических параметров

Электрические параметры герконов необходимо измерять в нормальных климатических условиях в порядке и условиях, установленных в технических характеристиках герконов конкретных типов. При проведении измерений необходимо принять меры по устранению влияния паразитных внешних магнитных и электрических полей или по их снижению, при этом не должно быть колебаний герконов, вызывающих изменение параметров. При измерении электрических параметров геркон должен управляться измерительной катушкой без ферромагнитных материалов. Требования к измерительной катушке и расположению в ней геркона должны соответствовать установленным в ТУ для конкретных типов герконов.

Измерение магнитодвижущей силы срабатывания, отпускания и коэффициента возврата

Погрешность измерения из-за влияния внешних электрических и магнитных полей не должна превышать 0,5 А и не должна превышать 2%. Рабочий MDS определяется значением тока, протекающего через измерительную катушку, когда герконовый переключатель активирован. Срабатывание MDS определяется значением тока, протекающего через измерительную катушку, когда герконовый переключатель опущен. Коэффициент возврата определяется как соотношение между MDS выпуска и MDS реализации. Момент срабатывания и опускания герконов под действием управляющего магнитного поля определяется методом контроля состояния цепи герконового переключателя. При определении срабатывания МДС и расцепителя МДС через контактные части геркона должен проходить постоянный ток.

Активация MDS и отпускание MDS геркона измеряются пошаговым измерением тока в измерительной катушке. Ток в катушке увеличивается со скоростью, не превышающей 5 А-мс-1, до значения, которое обеспечивает MDS, равную MDS насыщения; Насыщение МДС равно 2,2 значениям максимального срабатывания МДС для группы герконов. При насыщении MDS геркон удерживается в течение времени tH, равного не менее 20 мс. Ток в катушке снижается со скоростью, не превышающей 5 А-мс-1, до значения, которое обеспечивает MDS, равный MDS удержания. Затем со скоростью не более 1 А-мс-1 до тех пор, пока геркон не будет отпущен. Время выпуска записывается. Ток в катушке снижается до нуля со скоростью не более 5 А-мс-1. Геркон остается обесточенным в катушке не менее 20 мс.

Ток в катушке увеличивают со скоростью не более 5 А; мс-1 от нулевого значения до значения, которое дает неработающий MDS. Работайте со скоростью, не превышающей 1 А-мс-1, пока не сработает герконовый переключатель. Момент активации записывается. Если геркон выходит из строя, ток в катушке увеличивается до максимального значения срабатывания MDS для этой группы герконов. Если последний измеренный параметр — MDS, ток в катушке резко снижается до нуля или продолжается измерение следующего параметра.

MDS (A) определяется по формуле: MDS = Ikat Nkat

где Icat — ток, который проходит через катушку в момент установки срабатывания / отпускания; N — количество витков измерительной катушки (5000).

Норма прибыли определяется по формуле:

Кв = МДС отп / МДС сраб

Относительная погрешность измерения рабочего МДС и расцепителя МДС не должна превышать ± 1 А при измерении МДС до 20 А, ± 2 А — от 20 до 80 А и ± 5% — более 80 А с вероятностью при не менее 0,95.

Использование геркона в датчике.

Измерение временных параметров

Временные параметры определяются путем измерения временных интервалов в соответствии с временными диаграммами включения и выключения геркона. Генератор прямоугольных импульсов тока должен выдавать одиночные импульсы или серию импульсов со временем нарастания, измеренным между уровнями 0,1 и 0,9 их амплитуды, не превышающей 50 мкс на активной нагрузке, и с амплитудой, которая обеспечивает функционирование МДС в измерительной катушке. Измеряются интервалы времени запуска и выпуска. При измерении времени дребезга разомкнутые цепи менее 10 мкс не учитываются.

Измерение электрического сопротивления

Сопротивление геркона измеряется с замкнутыми контактными частями с помощью четырехпроводного соединения (по току и потенциалу) с устройствами прямого считывания или с помощью вольтметра-амперметра постоянного тока. Измерение сопротивления геркона производится в системе, электрическая блок-схема которой приведена ниже:

G — источник тока; ПВ1, ПВ2 — милливольтметры; РК — резистор калиброванный; E — геркон проверен.

Источник тока G должен отвечать следующим требованиям: обеспечивать ток в цепи геркона не более 0,1 А с погрешностью в пределах ± 2,5%; иметь максимальное напряжение на разомкнутом герконовом переключателе не более 6 В.

Геркон на схеме.

Основные технические характеристики герконов

Из-за большого разнообразия конструкций герконовых реле с различным функциональным назначением есть функции, относящиеся только к определенному типу. Рассмотрим основные, которые присущи всем типам герконовых реле:

• Уровень вибрации: при превышении установленного уровня стеклянные колбы герконов могут сломаться, контакты могут замкнуться или разомкнуться. Это значение измеряется количеством колебаний в секунду;
• Максимальное напряжение контактов в коммутируемой электросети измеряется в вольтах и ​​кВ, зависит от сечения и материала контактов, записывается как Umax;
• Допустимая мощность, при которой контакты не теряют ферромагнитных свойств и способности выполнять свои функции. Мощность геркона определяется материалом и сечением контактов, чем больше сечение, тем больше допустимая электрическая мощность сети, это указано в технической документации, поскольку Pmax измеряется в Вт; киловатты;
• Количество циклов переключения — это количество размыканий и замыканий до износа контактов, при котором они больше не могут выполнять свое функциональное назначение. В некоторых технических источниках это называется трудовым ресурсом, обозначаемым N max, где N — количество операций, обычно рассчитываемое из 4-5 миллиардов;
• Время отпускания — интервал времени с момента обесточивания катушки до перехода контактов в исходное состояние 0,2 — 1 мкс;
• Время реакции — время от момента подачи тока на катушку до замыкания или размыкания контактов 0,5 — 2 мкс;
• Емкость контактов — СК, может быть только в разомкнутом состоянии контактов, зависит от ра�