Опубликовано

Герконовое реле своими руками

Область применения герконов

Контактные группы на герконах активно используют в электрических схемах охранной сигнализации. Группа контактов на герконах в одном корпусе может одновременно делать переключения в нескольких электрических цепях не связанных друг с другом. В сигнализации это применяют для включения звуковой, световой индикации сработки, для передачи сигналов на дежурный пульт управления.

Пример установки герконов в РЩ мобильной перекачивающей станции горючего

На предприятиях с взрывоопасными примесями эффективно используют герконы для коммутации электрооборудования различного назначения, так как при замыкании и размыкании контактов нет искр выходящих за пределы герметичной стеклянной колбы корпуса. Для запуска мощных электродвигателей применяют герконы способные подключать цепи с нагрузкой до 45 кВт.

Кроме низковольтного оборудования, есть модели герконов которые используются для замыкания цепей с напряжением от 1000 В до 100 кВ, в релейной защите высоковольтных воздушных линиях для передачи электроэнергии. На таких элементах устанавливают дугогасящие конструкции и дэмпферные приспособления для гашения вибрационных колебаний контактов. Герконовые изделия для коммутации предоставляют возможность развития новых направлений в приборостроении, автоматических устройств управления и защиты в релейных системах.

Читайте также статью ⇒ Принцип работы пакетного выключателя

Основные технические характеристики герконов

По причине большого разнообразия конструкций герконовых реле, с различными функциональными назначениями есть характеристики, которые актуальны только для конкретного вида. Рассмотрим основные, которые присущи для всех разновидностей герконовых реле:

  • Уровень вибрации — при превышении заданного уровня стеклянные колбы герконов могут треснуть, контакты замкнуться или разомкнуться. Измеряется та величина количеством колебаний в секунду;
  • Максимальное для контактов напряжение в коммутируемой электросети измеряется в вольтах и кВ, зависит от сечения и материала контактов, записывается как Uмах;
  • Допустимая мощность, при которой контакты не теряют своих ферромагнитных свойств и способности выполнять свои функции. Мощность геркона определяют материал и сечениеконтактов, чем больше сечение тем больше допускается электрическая мощность сети, обозначается в технической документации как Рmax измеряется в Вт; кВт;
  • Число коммутационных циклов – количество размыканий и замыканий до износа контактов, при котором они уже не могут выполнять своего функционального назначения. В некоторых технических источника это называется ресурс работы, обозначается как N мах, где N – количество срабатываний обычно исчисляется от 4-5 милиардов;
  • Время отпускания – промежуток времени от момента обесточивания катушки до перехода контактов в исходное состояние 0,2 — 1мкс;
  • 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 промежутка между ними и геометрических размеров контактных пластин.

Последние два параметра в технической документации могут формулировать как скорость замыкания и размыкания контактов в миллисекундах, записываются как Тср и Тотп. Эти величины показывают быстродействие геркона, малогабаритные модели имеют более высокое быстродействие. Частота коммутационных циклов может достигать 1000 Гц.

  • Напряжение пробоя – величина напряжения (десятки кВольт), при которой между ферритовыми контактами в разомкнутом состоянии пробивает электрическая дуга или искра. Это напряжение характеризует электрическую прочность геркона, которая во многом зависит от материалов, из которых сделаны контакты, покрытия и зазора между ними;
  • Напряженность поля – величина, при которой происходит переключение контактов, иногда этот параметр называют магнитодвтжущая сила Vср – срабатывания. Под срабатыванием понимается замыкание контактов и Vотп. Отпускания, подразумевают размыкание контактов.
  • Сопротивление контактного перехода – имеет два значения, измеряется в замкнутом состоянии Rк (контакта) очень малые величины. В разомкнутом состоянии Rиз(изоляции) – сопротивление изоляции в пределах десятков МОм.

Таблица : ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕРКОНОВ НА ЗАМЫКАНИЕ КОНТАКТОВ

Модель геркона KЭM-1 KЭM-6 MK36701 MKA-27101
Вид модификации геркона стандарт стандарт промежуточные промежуточные
сила магнитного поля, А 54…110,1 37…50 51…80 31…60
Интервал времени срабатывания, мс 3 2 2 1,5
Допустимая мощность коммутации, Вт 31 11 20 11
Допустимое напряжение коммутации, В 221 151 101 111
Величина тока коммутации, А 1,1 0,26 0,36 0,36
Напряжение пробоя, В 501 501 501
Сопротивление контактов замкнутого геркона, Ом 0,09 0,11 0,071 0,121
частота замыканий, Гц 101 21 50 100
Рабочая температура, °С -61…+123 -61…+125 -61…+100 -61…+100
Допустимый диапазон частот вибрации, Гц 1…601 1…50 1…600 1…601
Длина и Ø баллона , мм 50/80 36/63,5 36/63,5 27/45,6

Параметры переключающих и измерительных герконов

Марки герконов МКС-27102 КЭМ-3 МКС-15101 МКА-52181 МКА-27801
сила магнитного потока, А 51…74 31…100 31…45 81 31…100
Временной интервал переключения, мс 1,51 1,51 1,51 2.1 2.1
Допустимая мощность коммутации, Вт 31 31 0,36.1 1,49 1
Допустимое напряжение коммутации, В 151 125 35 35 301
Допустимый ток коммутации, А 1.1 1.1 0,011 0,11 0,011
Сопротивление замкнутых контактов, Ом 0,151 0,31 0,151 0,081 0,11
частота замыканий и размыканий, Гц 51 101 100,1 100,1 50.1
Интервалы рабочей температуры, °С -61… + 125 -61… + 125 -61… + 125 -61… + 85 -61… + 85
Диапазон сачтоы вибрации, Гц 1…2000.1 1…2000.1 1…2000,1 1…601 5…601
Длина и Ø баллона, мм 27/67 18/54 15/50 53/79,5 28/52,3

герконы с большой мощностью

Марка геркона MKA-52141 MKA-52142 MKA-52202
Модификация геркона высоковольтный высоковольтный мощный
Сила магнитного потока переключения, А 100…200,1 300.1 180…300.1
Временной интервал переключения, мс 3,1 3,1 8,1
Допустимая мощность коммутации, Вт 51 51 251
Допустимое напряжение коммутации, В 5000.1 10000.1 380.1
Допустимый ток коммутации, А 3,1 3,1 4,1
Напряжение пробоя, В 10000.1 15000.1 800.1
Сопротивление между замкнутыми контактами, Ом 0,1 0,1 0,3
Диапазон рабочих температур, °С -40…+85 -60…+100 -45…+60
Допустимые частоты вибрационные нагрузки, Гц 1…600 1…60 1…10
Длина колбы и Ø мм 53/5,4/80 52/5,5/90 52/7,0/0

Особенности управления контактами геркона

Можно выделить два способа управления, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности:

Управления по средствам магнитного поля от постоянного магнита.

Геркон устанавливается неподвижно, магнит перемещается в пространстве относительно геркона, при приближении на расстояние когда сила магнитного поля достаточная для переключения контактов происходит срабатывание. Аналогично при удалении магнита от геркона, поле ослабеет, и контакты геркона возвращаются в исходное состояние.

Линии силового поля воздействующие на герконовые контакты

Классическим примером такого варианта является применение геркона в системах охранной сигнализации, когда геркон устанавливается на дверную коробку, а магнит на двери, можно наоборот.

Пример монтажа герконовых датчиков на двери
А – контакты находятся в разомкнутом состоянии;
Б – контакты замыкаются сигнализация срабатывает:

Совет №2 Рекомендуется в этом случае использовать датчики цилиндрической формы в пластиковом корпусе. Они незаметно устанавливаются в просверленные отверстия в коробке и двери. Для маскировки сверху можно наклееить эластичные заглушки соответствующего цвета.

Скрытые герконовые датчики в профиле металлических дверей

В зависимости от условий эксплуатации и функционального назначения, конструктивные решения могут быть разные:

  • Магнит может вращаться вокруг оси, меняя полярности тем самым переключать контакты геркона.
  • Между герконом и магнитом может перемещаться экранирующая магнитная шторка, для шунтирования поля;
  • Подвижным может быть любой элемент, несколько, элементов или все, шторка, магнит и геркон, все определяют условия конкретного объекта.

Характерные ошибки при монтаже герконов

  • Установка герконов на подвижные элементы оборудования, без учета вибрационной защиты, в результате чего разрушается стеклянная колба.
  • Установка герконов без учета предельно допустимых значений напряжения и мощности, в результате чего контакты могут залипать, пригорать, и в итоге выходить из строя.
  • При линейном передвижении геркона в пространстве относительно магнита, или наоборот интервал расстояния должен соответствовать силы магнитного поля для переключения контактов. При большом расстоянии силы магнитного поля может быть недостаточно для срабатывания.
  • Прежде чем подключить установленной сети проверьте его срабатывание мультиметром в режиме прозвонки. Особенно когда конструкция закрывается лицевой панелью или другими элементами, в противном случае для исправления придется разбирать установленные элементы.
  • При монтаже датчиков защиты по току на герконах, не забывайте вращением сердечника настроить их на предельный ток срабатывания. В противном случае они будут срабатывать при меньшем токе, ограничивая производственный процесс, или вообще не сработают и аппаратура сгорит.

Часто задаваемые вопросы

  1. Для гашения вибрации ставят герконы с наличием ртути, это не опасно для здоровья?

Ртуть находится в герметичной стеклянной колбе и в прочной оболочке корпуса, поэтому не опасно. Запрещается разбирать, при выходе из строя утилизировать надо в установленном порядке в специализированные организации.

  1. Ультразвуки могут повлиять на характеристики герконов?

Да, действительно, ультразвук существенно может изменить характеристики геркона, может измениться структура магнитного поля, в результате чего его силы для переключения контактов будет недостаточно. Поэтому следует избегать при выборе места геркона влияние ультразвуков.

Читайте также статью ⇒ Реле напряжения.

Любые механические контакты подвержены износу. Чтобы уменьшить влияние этого деструктивного фактора, в первой половине прошлого века было разработаны магнитоуправляемые коммутационные устройства, контактная группа которых помещалась в вакуумную колбу. В СССР такие элементы получили название «Геркон», по сокращению от «герметизированный контакт», в англоязычной технической документации принято название «reed switch».

Давайте рассмотрим принцип действия этих устройств, конструкцию, основные характеристики, достоинства и недостатки. В завершении статьи будет приведена пара полезных схем, где используются герконы.

Принцип действия

Срабатывание устройства (замыкание, размыкание или переключение контактов) требуется воздействовать на элемент магнитным полем, напряженность которого будет достаточной для коммутации. В качестве источника такого поля может выступать обычный или электромагнит.

Под воздействием силовых линий происходит намагничивание контактов и по преодолению порога упругости они коммутируют цепь.

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

Соответственно, как только на контактную группу перестанет действовать магнитное поле, она вернется в исходное состояние. То есть, функционально контакты помимо своего прямого назначения играют роль магнитопровода и упругого элемента.

Устройства с нормально-замкнутыми контактами действуют несколько иначе. Их ферримагнитные упругие элементы, попадая под воздействие магнитного, поля приобретают одинаковый заряд, что заставляет их отталкиваться, разрывая контакт.

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

Иногда в таких коммутаторах только один упругий элемент выполнен из ферримагнитного сплава, в результате приближения магнита он притягивается к нему, отключая цепь.

Подобный принцип задействован в герконах с переключающей группой контактов, в котором два из них изготавливаются из магнитного материала. Под воздействием магнита они притягиваются друг к другу, а немагнитный контакт остается в исходном положении. В результате происходит перекоммутация цепи.

Срабатывание переключающего геркона

Основные параметры

Свойства герметичных коммутаторов определяются механическими и электрическими параметрами. К первым относятся:

  • Nmax – число, указывающее максимально допустимое количество срабатываний без изменения основных характеристик.
  • Vcp – величина отображающая интенсивность поля необходимую для реакции устройства. В технической терминологии данную характеристику называют магнитодвижущей силой.
  • Vотп – величина соответствующая силе размыкания.
  • tcp – время, необходимое на срабатывание контактной группы.
  • tотп – интервал времени, необходимый на отпускание.
  • Последние два параметра наиболее значимые из механических характеристик, поскольку описывают скорость коммутации.
  • Теперь перечислим основные электрические характеристики:
  • RK – сопротивление между контактами в замкнутом состоянии.
  • RИЗ – сопротивление разомкнутых контактов.
  • UПР – напряжения пробоя, данная характеристика зависит как от предыдущего параметра, так и расстояния между группой контактов. Помимо этого на электрическую прочность влияет наполнение колбы.
  • Pmax – коммутируемая мощность.
  • CK – емкость, образуемая разомкнутыми контактами.

Как осуществляется управление?

Управлять герметичным коммутатором можно двумя способами:

  • используя постоянный магнит;
  • воздействуя катушкой, подключенной к постоянному источнику тока.

В первом варианте управление может осуществляться путем линейного или углового перемещения постоянного магнита. Также встречается способ, при котором поле перекрывается при помощи специальной шторки.

В качестве примера использования способа управления при помощи магнита можно привести датчики уровня, а также положения, охранную сигнализацию и т.д.

Второй вариант позволяет создать реле на основе геркона. В отличие от традиционной конструкции, такое устройство будет более надежным и долговечным, поскольку практически не содержит в себе подвижных механических элементов. Что касается небольшого количества контактных групп, то этот недостаток легко устраняется путем увеличения количества задействованных герконов.

Упрощенное изображение конструкции герконового реле

Примером применения данного способа управления может служить токовое реле на основе геркона. Оно представляет собой катушку, намотанную проводом толстого сечения, внутри которой размещается герметичный коммутатор. Данное приспособление может служить в качестве защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Чувствительность прибора легко регулировать путем линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

Плюсы и минусы

Любая конструкция помимо преимуществ не лишена недостатков. Зная сильные и слабые стороны устройства можно найти оптимальную сферу для его применения. Давайте рассмотрим, в чем заключается преимущества герметичных коммутаторов, к таковым свойствам можно отнести:

  • Высокую надежность коммутации. Она практически на два порядка превышает этот показатель у открытых контактных групп. Это достигается за счет высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (RИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (UПР), напряжение пробоя у некоторых моделей превышает 10 кВ.
  • Быстродействие также является неоспоримым преимуществом. Частота коммутации многих моделей приближается к 1 кГц. Что касается параметров, описывающих скорость коммутации, то они находятся в следующих диапазонах: tcp – от 0,4 до 1,8 мс, tотп – от 0,25 до 0,9 мс, что намного превышает подобные характеристики открытых контактных групп.
  • Долговечность, число срабатываний исчисляется миллиардами, ни одна открытая контактная группа даже близко не может приблизиться к этому рубежу.
  • Данный тип коммутаторов нетребователен к согласованию с нагрузкой.
  • Управление может производиться без использования электроэнергии.

Характерные недостатки:

  • Низкие показатели коммутируемой мощности.
  • Небольшое число контактов.
  • Дребезг при срабатывании (конструкции «мокрого» типа избавлены от этого недостатка).
  • Большие размеры для современной радиотехнической базы.
  • Недостаточная прочность стеклянной колбы.
  • Чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.

Несмотря на явное преобладание положительных качеств, данные устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми аналогами, такими как датчики Холла. Отсутствие дребезга, небольшие размеры и более высокая прочность сыграли решающую роль.

Примеры практического применения в быту

Как и было обещано в начале статьи, приводим пару полезных схем, в которых используются герконы. Начнем с универсального управления освещением в прихожей. Принцип работы заключается в следующем: при открытии входной двери автоматически включается свет, и спустя несколько минут выключается. При достаточном уровне освещения, свет в прихожей не включается.

Схема управления освещением прихожей

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 68 кОм, R2 – 33 кОм, R3 – 470 кОм, R4 – 10 кОм, R5 – 27 кОм.
  • Конденсаторы: С1 – 0,1 мкФ, С2 – 100 мкФ х 25 В, С3 – 470 мкФ х 25 В.
  • Стабилитрон и диоды: VD1 – КС212Ж, VD2 и VD3 – КД522 (1N4148), VD4 – КД209 (1N4004).
  • Транзисторы: VT1 и VT2 – ÌRF840.
  • SG1 – любой обычный герконовый датчик, например, 59145-030.
  • FR1 – фоторезистор, подойдет любого типа с сопротивлением на свету не ниже 8 кОм, в темноте – 120-180 кОм.
  • Триггер D1 – К561ТМ2 (СD4013).

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R1, для выбора оптимального времени задержки отключения освещения.

Теперь рассмотрим схему простой домашней сигнализации, где в также используется типовой герконовый датчик для двери.

Простая домашняя сигнализация

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R3 – 100 кОм, R4 – 33 кОм, R5 – 100 кОм, R6 – 1 кОм.
  • Конденсаторы: С1 – 100 мкФ х 16 В, С2 – 50 мкФ х 16 В, С3 0,068 мкФ.
  • Диоды и светодиод: VD1 и VD2 – КД522 (1Т4148), HL1 – АЛ307Б.
  • Транзисторы: VT1 – КТ829, VT2 – К361.
  • Микросхема: К561ЛА7.
  • S1 – герконовый датчик 59145-030.

В качестве сирены используется звуковой оповещатель АС-10.

Питание схемы осуществляется от аккумулятора 12 В, емкостью 4 А*ч.

Герконы КЭМ

Герконы КЭМ – герметизированные магнитоуправляемые контакты. Герконы серий КЭМ-1, КЭМ-2 и КЭМ-6 – замыкающие; серии КЭМ-3 – переключающие.

Предназначены для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока частотой до 10 кГц с активной и индуктивной нагрузкой напряжением до 300 В, силой тока до 4 А и коммутируемой мощностью до 30 Вт (ВА).

В зависимости от значения магнитодвижущей силы срабатывания (МДС) герконы КЭМ делятся на четыре группы чувствительности – 0, А, Б и В. Вид монтажа – в отверстия, под пайку.

Герконы широко применяются в коммутационных изделиях, таких как: управляемые контакты реле, магнитные выключатели, различные датчики в бытовой, промышленной и специальной аппаратуре, измерительные приборы. Широкий спектр применений для конструкторов возможен благодаря преимуществам герконов:

  • контакты находятся в полностью герметичном стеклянном корпусе, потому герконы могут применяться в условиях повышенной влажности и запыленности в широком диапазоне рабочих температур (от -60°С до +150°С)
  • высокое быстродействие срабатывания – 0,5…2,0 мс
  • низкая потребляемая мощность – 50…200 мВт
  • полная гальваническая развязка цепей управления и нагрузок
  • низкое сопротивление контактов – 0,1…0,5 Ом
  • частота коммутации – не более 50 сраб/с
  • высокая вибро- (до 10g) и удароустойчивость (до 150g)
  • большой ресурс работы – количество срабатываний 104…108

На пределе коммутационного ресурса могут возникать отказы срабатывания – явления сваривания или залипания контактов. Это происходит вследствие износа: механического, химического (коррозии), электротермического.

Характеристики, расшифровка обозначений, устройство, чертежи и размеры герконов КЭМ указаны ниже.

Наша компания гарантирует качество и работу герконов в течение 2 лет с момента их приобретения. Это подкрепляется необходимыми документами по качеству.

Простой самодельный магнитоуправляемый контакт (геркон). Как самому сделать геркон.

Домашним мастерам геркон известен уже несколько десятков лет. Это небольшая стеклянная колбочка, в которую впаяны 2 или 3 контакта, на концах которых находятся небольшие утолщения из специального материала. Если геркон поместить в сильное магнитное поле, то его контакты намагничиваются и притягиваются друг к другу. Хотя есть варианты, когда они отталкиваются, т.н. нормально замкнутые контакты.

Подавляющее количество герконов представляют собой нормально разомкнутую пару контактов. Встретить размыкающие или переключающие можно довольно редко. Другой «массовый» признак герконов — это довольно слабые коммутируемые токи, десятки мА, иногда сотни. Все это является серьезным недостатком герконов, не позволяющие использовать их «напрямую», для коммутации мощных устройств. А между тем, применить их можно было бы где. Вместо сложных электронных устройств достаточно было бы применить один, но мощный переключающий геркон, например.

К счастью, сделать геркон можно и самому. Это будет вобщем не геркон, как «ГЕРметичный КОНтакт», а скорее магниоуправляемый контакт. Но при желании и его можно сделать герметичным, поэтому будем называть его все же герконом.

И в размерах он сильно проиграет обычному геркону. Но зато мы вольны сделать его в любой конфигурации, замыкающим, размыкающим или переключающим. Да еще и не одну группу контактов.

Устройство самодельного «геркона» понятно из эскиза. Нам потребуется как минимум одна упругая пластина, желательно из немагнитного материала. Это может быть отрихтованная медная или латунная полоска, пластина от контактов большого реле (это лучший вариант). Вторая пластина может быть и неупругой и вообще, быть проводником на плате. (на эскизе изображен лишь принцип работы). Хорошо, если на пластине будут т.н. пуклевки, через которые собственно происходит электрический контакт. На пластинах реле они обязательно есть.

На упругой пластине мы с помощью капельки эпоксидной смолы или цианакрилатного клея (тот, который клеит все и за 5 секунд) приклеиваем небольшой кусочек железа, любой формы. Теперь, как вы догадываетесь, если поднести магнит с нужной стороны, железо начнет притягиваться к нему, пластина изогнется и контакты замкнутся. Вот и весь «секрет» самодельного магнитоуправляемого контакта.

Что бы сделать размыкающий геркон, есть два варианта. Первый — это использовать уже замкнутые контакты, а магнит подносить с другой стороны. Тогда железо притягиваясь и отгибая пластину разорвет контакт. Если это по каким то причинам сделать нельзя, то вместо железа можно приклеить небольшой магнит. И тогда в зависимости от ориентации (полярности) подносимого (управляющего) магнита и в зависимости от того, с какой стороны его подносят, пластина будет либо размыкать, либо наоборот, сильнее прижиматься.

Конечно, очевиден недостаток такой примитивной конструкции. Если обычный геркон срабатывает при любой ориентации управляющего магнита, там важен сам факт наличия магнитного поля, то наш самодельный требует более тщательного подхода. Но справедливости ради, это даже не совсем недостаток, а скорее потенциальные возможности.

Представьте себе, что упругая пластина находится между двух других, но без магнитного поля ни с кем не замкнута. На ней закреплен магнит. Если мы поднесем управляющий магнит с одной полярностью – то пластина начнет притягиваться или отталкиваться и замкнется с одной пластиной. А если мы сменим полярность управляющего магнита — то контакт произойдет с другой. Мы получили не просто переключающий геркон, а геркон с 3-мя положениями! Это открывает очень хорошие перспективы по части управления устройствами требующими реверсирования, или «секретного» управления (электрические замки, например).

Поскольку размеры нашего самодельного магнитоуправляемого достаточно велики, то и коммутируемые токи могут составлять значительные величины. Кроме того, эти контакты обладают определенным «тумблерным» эффектом. Т.е. переключаются не плавно, а достаточно скачкообразно, как у тумблера. Это уменьшает искрообразование на пуклевках. Дело в том, что созданию контакта сопротивляется упругая пластина. А зависимость силы сопротивления от изгиба — линейная. А магнитные силы зависят от квадрата расстояния между магнитами. Поэтому в то время, когда пластина наращивает сопротивление плавно, магнит по мере приближения объекта притягивания тянет тем сильнее, чем ближе объект.

Как видите, ничего сложного в устройстве самодельного магнитного контакта нет, и любой может сделать его буквально за несколько минут. Разумеется, лучше всего использовать наиболее сильные и компактные магниты. При малых размерах они обладают огромной магнитной силой. Но подойдут и обычные, ферритовые.

Применять такие контакты можно где угодно. В различных системах автоматики, сигнализации, системах контроля доступа, датчиках и т.п.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *