Выключатель герконовый: что это, принцип работы

Принцип работы

В отличие от коммутационных электромагнитных устройств, выключатель герконовый имеет контакты, которые располагаются в герметичной колбе, из которой откачан воздух или она заполнена инертным газом. Такая конструкция исключает процесс коррозии поверхностей.

Для магнитного поля колба не является препятствием, чтобы оказывать действие на контакты, если они выполнены из магнитных материалов. Управление герконом осуществляется взаимодействием контактов с внешним магнитным полем постоянного магнита или электромагнитного поля, созданного электрическим током соленоида. Срабатывают они по достижении показателей магнитного поля определенной величины.

Кроме магнитных свойств контакты должны обладать упругой механикой, так как работа реле связана с возвращением их в исходное положение после окончания действия сигнала.

ГЕРКОНОВЫЕ КОНЦЕВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В этом случае используется герконовый датчик, отслеживающий положение контролируемой конструкции и силовая часть, осуществляющая управление электроприводом.

Отсутствие механического привода при определении положения двери или ворот имеет две неоспоримых преимущества:

высокая надежность коммутации;
простора и удобство регулировки (положения срабатывания).

Кстати, управление герконом может осуществляться как с помощью электромагнитного поля, создаваемого катушкой (соленоидом), так и постоянным магнитом. В случае с концевыми выключателями используется второй вариант.

Магнит устанавливается на подвижной части конструкции, а схема управления – на стене или откосе. При этом, расстояние до силовой части может быть любым. Единственно, для срабатывания выключателя нужно чтобы расстояние между герконовым датчиком и магнитом составляло от 10 до 40-50 мм (в зависимости от конкретной модели).

Естественно, для концевых выключателей используют магниты большой мощности – это снижает требования к точности совмещения их с герконом и повышает устойчивость работы при возникновении в процессе эксплуатации люфтов и зазоров.

Еще одним достоинством путевых герконовых выключателей является устойчивость при работе в сложных условиях. Если механические «концевики» для защиты от влажности, запыленности и пр. требуют герметизации, в том числе подвижных механических частей, то геркон, по своему конструктивному исполнению, такой защитой уже обладает.

На базе герконовых выключателей достаточно просто реализуются искробезопасные исполнения, что позволяет использовать их во взрывоопасных и пожароопасных зонах.

Целесообразно использовать выключатели, имеющие бесконтактную силовую цепь управления.

Это:

во- первых, значительно повышает ресурс и надежность эксплуатации;
во- вторых, исключает возникновения электромагнитных помех за счет отсутствия искровых промежутков.

Про пожарную безопасность уже говорилось.

Назначение, области применения

В коммутационных электронных устройствах все больше используются полупроводниковые приборы (датчики Холла). Однако герконовые выключатели некоторых устройств выдерживают конкуренцию с ними, несмотря на отставание в технических параметрах:

скрытые поверхностью колбы соединения гарантируют безопасную работу во взрывоопасных помещениях;
в устройствах, работающих под водой, в местах с влажным климатом;
в системах сигнализации, основанных на контроле положения;
определение положения лифта в текущий момент;
клавиатура промышленных приборов для надежной и долговременной эксплуатации;
некоторые образцы теле и радио аппаратуры, медицинские приборы и другие области техники.

Назначение и область применения

Герконовые датчики, несмотря на вытеснение их датчиками Холла, по-прежнему находят применение во многих устройствах и системах:

Клавиатуры синтезаторов и промышленного оборудования. Конструкция датчиков исключает возможность возникновения искры. Поэтому в первую очередь их применяют на взрывоопасном производстве, где присутствуют горючие испарения или пыль.
Бытовые счетчики.
Автоматические системы охраны и контроля положения.
Оборудование, работающее под водой или в условиях высокой влажности.
Телекоммуникационные системы.
Медицинское оборудование.

В системах безопасности применяются устройства, состоящие из геркона и магнита. Они сообщают об открытии или закрытии дверей.

Также применяются герконовые реле, состоящие из контактного датчика и проволочной обмотки. Такая система обладает некоторыми преимуществами: простота, компактность, влагостойкость, отсутствие движущихся деталей.

Используются герконы и в особых областях — это механизмы защиты от перегрузок и короткого замыкания высоковольтных и радиотехнических электроустановок. Также это высокомощные радары, лазеры, радиопередатчики и прочее оборудование, работающее под напряжением до 100 кВ.

Разновидности

Классифицируются устройства по следующим группам.

По характеру действия

Нормально-разомкнутый контакт. Воздействием магнитного поля определенной напряженности, контакты замыкаются, и по цепи проходит ток. После окончания действия упругие силы возвращают их на место.
Читайте также: Самодельное зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов
Нормально-замкнутый контакт. Внешнее магнитное поле должно сформировать такую напряженность, чтобы возникшая сила отталкивания преодолела упругость контактной пары.
Переключаемые контакты. В варианте присутствуют три контакта для подключения: два выполнены из магнитного материала, а один не магнитный. Первые два взаимно притягиваются и коммутируют одну из электрических цепей. При отсутствии магнитных полей магнитные контакты (один из них) переключаются на не магнитный и производится перекоммутация цепи.

По типу конструкции

Сухие. Это выключатель герконовый с вакуумной колбой и контактами, находящимися в среде инертных газов. При замыкании не исключается дребезг контактов (неконтролируемые наличие или отсутствие соприкосновения их упругих рабочих поверхностей).
Мокрые. В таких устройствах на контакты добавляется капелька жидкого металла — ртути. При упругих колебаниях во время замыкания контактов она заполняет пространство между ними и не позволяет разрываться электрической цепи.

Принцип действия

Геркон по принципу работы схож с выключателем. Реле состоит из пары токопроводящих сердечников с зазором между ними. Они герметично запаяны в стеклянной колбе с инертной средой, исключающей процесс окисления.

Вокруг колбы размещается управляющая обмотка, питаемая постоянным током. При подаче питания обмотка генерирует магнитное поле, воздействующее на сердечники, и приводит к замыканию контактов между собой.

При отключении катушки от питания магнитный поток исчезает и контакты размыкаются пружинами. Надежность обеспечивается отсутствием трения между контактами, которые, в свою очередь, выполняют роль проводника, пружины и магнитопровода.

Особенностью герконового датчика является то, что на пружины реле в состоянии покоя не действуют никакие силы. Это позволяет им замыкать контакт за доли секунды.

Технические характеристики

Для выбора нужного геркона, следует изучить его параметры. Главными будут следующие.

Напряженность поля или магнитодвижущая сила срабатывания (V ср.) и отпускания (V отп.) — дает информацию о величине, при которой происходит замыкание и размыкание контактов. Единицы измерения — амперы.
Быстрота действия определятся временем срабатывания (Т ср.) и временем отпускания (Т отп.). Измеряется в милисекундах. Косвенно на быстродействие оказывает влияние емкость контактов, которая определяется только в разомкнутом состоянии и зависит от зазора и размеров пластин. Чем она больше, тем более заметна инерционность геркона в срабатывании. Понятно, что маленького размера герконы имеют лучшее быстродействие, чем большие.
Максимальное количество коммутационных циклов (N max) определяет ресурс работы контактов до их полного износа. Измеряется в миллиардах срабатываний.
Допустимый диапазон частот уровня вибрации, выше которого у геркона может лопнуть колба или перестанут нормально функционировать контакты. Измеряется в герцах (Гц).
Предельная мощность (Р max) при которой контакты не теряют своих магнитных свойств. Зависит от свойств материалов и габаритов сечения контактов. Чем больше размер, тем больше предельная мощность. Измеряется в Ваттах (Вт) или кВт.
Напряжение пробоя указывает (обычно в кВольтах) величину, при которой образуется дуга в пространстве между контактами. По-другому, это напряжение называют электрической прочностью геркона. Определяется глубиной вакуума или степенью очистки защитного газа, форматом зазора и применяемыми материалами.

Проверка работоспособности геркона

Прежде чем установить герконовый датчик в рабочую схему, следует выполнить его проверку. В сложной схеме, чтобы добраться до причины неисправности, придется перепроверить много других потенциально дефектных элементов. Сделать это очень просто при наличии мультиметра — достаточно лишь установить его диск в положение «прозвонка», а щупы присоединить к выводам. Как подключить показано на изображении:

В нерабочем положении при нормально-разомкнутых контактах герконового выключателя мультиметр покажет обрыв. При создании магнитного поля, которое делает соединение замкнутым (можно сделать с помощью постоянного магнита, имеющегося в схемах некоторых устройств), мультиметр должен показать практически нулевое сопротивление. Такой геркон можно использовать в работе.

Геркон — обозначение на схеме

Отличие магнитоуправляемого соединения в электрических схемах от других типов контактов — наличие в изображении окружности, как обозначения герметичного корпуса. Конкретную принадлежность к элементу схемы указывают в виде набора букв и цифр:

К1.1 — указывает принадлежность к реле схемы с которым геркон работает (согласно нормативных документов времен СССР в схемах и технической литературе геркон обозначается буквой «К»);
SF — обозначает управление геркона постоянным магнитом.

Строгие правила по маркировке герконов отсутствуют. Производитель наносит на корпус свое заводское обозначение.

Достоинства и недостатки

Для сравнения возьмем электромагнитные реле с катушками и сердечником. В дополнение приведем некоторые общие положительные и отрицательные качества.

Плюсы

Габариты герконовых выключателей значительно меньше из –за отсутствия механики для перемещения контактов и самого сердечника.
Большинство технических характеристик таких, например, как электрическая прочность, напряжение пробоя на несколько порядков выше, чем у электромагнитных реле.
Быстродействие герконовых выключателей значительно превосходит аналогичный параметр обычных реле.
Во время работы отсутствует шум, характерный при функционировании электромагнитных реле.
Ресурс работы герконов многократно превышает долговечность электромагнитных реле.
Герконы не требуют согласования к виду нагрузки.
Для управления электромагнитным реле требуется наличие электроэнергии, герконовыми устройствами возможно управлять без ее использования.

Минусы

Коммутируемая нагрузка имеет низкие показатели по мощности.
В колбе помещается незначительное количество контактов.
В сухом герконе процесс замыкания сопровождается дребезгом контактов. Мокрые герконы избавлены от этого технического явления.
Геркон имеет большие размеры для компактных современных электронных схем.
Стеклянная колба не отличается достаточной прочностью, может разрушиться от вибрационных явлений, возникающих в работе оборудования с герконовыми устройствами.
Требуется наличие защитного экрана, чтобы устранить влияние на нормальное функционирование геркона внешних магнитных полей.