ромагнетиков (мембранные магнитоуправляемые контакты) по сравнению с традиционными электропроводниками (например, медь и серебро) ограничивают также токопроводящую способность КС рассмотренных конструкций МК.

При создании высоковольтных МК возникает еще одна проблема, связанная с действием электростатических сил. Так как в язычковых и мембранных МК контактные сердечники находятся под разными по знаку электрическими потенциалами, то при напряжении свыще 10-15 кВ электростатическая сила, пропорциональная квадрату напряжения и площади перекрытия КС (приближенно) и обратно пропорциональная квадрату меж контакт ного промежутка (также приближенно), становится настолько большой, что сближает КС разомкнутых МК до расстояния, при котором происходит пробой.

Небольшой ход подвижного КС в язычковых и мембранных МК в большинстве случаев не дает также возможности создать ЖМК с большим количеством жидкого металла в области контактов (ЖМК на повышенные токи), так как для разрыва цепи требуется растягивать жидкометаллическнй мостик. Особенно это затруднительно, когда необходимо создавать ЖМК, работающие без режима «моста». Кроме того, используя гибкий подвижный КС, сложно создать МК с двумя последовательными межконтактными зазорами, что используется в электрических аппаратах для повышения коммутационной способности. Не удается создать и конструкции с полностью уравновешенным подвижным КС для повышения устойчивости МК к внешним механическим воздействиям. Для решения этих н других задач создаются МК с жестким подвижным КС (якорем), закрепленным на возвратной пружине. Примеры таких МК даны на рис. 7.13-7.16. В них подвижный КС выполняет, как и в безъякорных конструкциях, функцию участка магнитной цепи. Ток, однако, во многих типах этих МК проходит по подвижному КС только частично, а функция возвратной пружины с подвижного КС полностью снята.

На рис. 7.13 показан МК повышенной коммутируемой мощности типа «Паурид» (США). Его магнитная цепь состоит из ввода /, неподвижного КС 9, рабочего зазора 6i, якоря 7, нерабочего зазора 62 и ввода 6. Детали 1 и 6 выполнены из пермаллоя, а детали 7 и 9 - из малоуглеродистой электротехнической стали. Такое выполнение магнитной цепн дает возможность: сделать оба вывода и неподвижный КС массивными для снижения электрического сопротивления, улучшения теплоотдачи и уменьшения влияния тока нагрузки на магнитное поле управления; выполнить подвижный КС из материала с магнитной индукцией насыщения свыше 2,0 Тл, так •как к нему не предъявляется требование согласованного спая со •стеклом баллона 4. Якорь 7 присоединен к вводу 6 с помощью возвратной пружины 5, изготовленной из серебряно-магниево-никеле-вого сплава, обладающего большой электро- н теплопроводящей спбсобностью, а также хорошими упругими свойствами. Возвратная

пружина представляет собой единое целое с пружинящей подвижной контакт-деталью 2, замыкающейся при срабатывании с неподвижной контакт-деталью 8, также выполненной из серебряно-маг-ниево-никелевого сплава. Перекрывающиеся концы якоря 7 и неподвижного КС 9 имеют твердое (вольфрамоугольное) покрытие для уменьшения механического износа.

В разомкнутом положении подвижная система имеет нажатие на упор 3, выдавленный в баллоне, что обеспечивает срабатывание

МК сразу с начального 2 3 б рабочего зазора и снижа-

/ \ ( I I , I I ет вибрацию подвижной

системы при отлускании. Номинальное значение рабочего зазора равно 0,51 мм (примерно в два раза больше, чем в отечественном симметричном язычковом МК нормального размера типа КЭМ-1), а значение раствора между деталями 2 и 8 составляет 0,38 мм. При срабаты-

Рис. 7.13. Магиитоуправляемый контакт типа «Паурнд» повышенной коммутируемой мощности:

/, б- вводы; 2- подвижная контакт-деталь; 3 - упор; 4 - баллон; 5 - возвратная пружина; 7 - якорь; 8 - неподвижная контвкт-деталь; 9 - неподвижный КС

Рис. 7.14. Магиитоуправляемый контакт типа МКА-52202 повышенной коммутируемой мощности:

I, 8, 9 - вводы: 2 - неподвижный КС; 3, 4 - контакт-детали; 5 -якорь; в -возвратная пружина; 7 - баллон

Рис. 7.15. Высоковольтный МК на коммутируемое напряжение до 20 кВ постоянного

тпка:

- неподвижные КС; 2 -возвратная пружина; якорь; .«-керамический упор; 5, 7 -контакт-али; 6 - штенгель; 8 - баллон

тока:

I. 9 - 3 - детали

Рис. 7.16. Якорный ртутный переключающий МК:

/ - штенгель; 2 - ртуть; 3 - баллон; 4 - возвратная пружина; 5 -якорь; е-контактный элемент с капилляром; 7, в -размыкаемые неподвижные КС; 9, /О -замыкаемые неподвижные КС; 11 - дополнительный магнитопровод

вании сначала замыкаются детали 2 и 8, а затем 7 и 9; при отпускании первыми размыкаются детали 7 и 9, а потом 2 и 8. Таким образом, износ происходит в основном на контакт-деталях 2 и 8, т. е. вне рабочего зазора.

В конструкции создано начальное контактное нажатие при замыкании деталей 2 и 8 за счет расположения детали 2 с натягом относительно конца якоря 7 в разомкнутом состоянии МК.

Описанная конструкция обеспечивает коммутацию довольно большой для МК мошности. Так, при напряжении 125 В и нагрузке с со5ф = 0,35 максимальный включаемый переменный ток равен 15 А (мошность 1,875 кВ-А), а отключаемый -3 А (мошность 375 В-А). Длительно пропускаемый ток - 3 А. При переменном напряжении 125 В и cos ф=0,35 обеспечивается 4,5 млн. циклов включения тока 8,7 А и отключения тока 1,24 А. Обшая длина такого МК равна 79,4 мм, длина баллона - 54 мм, диаметр баллона - 6,35 мм, масса - 2,6 г.

На рис. 7.14 изображен отечественный замыкающий МК типа МКА-52202 повышенной коммутируемой мошности, особенность которого состоит в том, что неподвижный КС 2 выполнен в виде полоски, приваренной к внутренним концам вводов 1 и 9. В средней части КС 2 имеется отверстие, образующее два участка с суммарным поперечным сечением, меньшим, чем в остальной части этого КС. При управлении МК магнитным полем эти участки насыщаются. В результате образуются два полюса, к которым соответственно в области двух рабочих зазоров (6i и бг) притягивается якорь 5, закрепленный на электропроводяшей возвратной пружине 6, соединенной с вводом 8 и представляющей единое целое с контактной пружиной, на которой расположена подвижная контакт-деталь 4. Контактная пружина имеет изгиб, упирающийся в баллон 7 при разомкнутом состоянии МК. Напротив контакт-детали 4 расположена неподвижная контакт-деталь 3. При срабатывании сначала замыкаются контакт-детали 3 и 4, а затем якорь 5 с КС 2. Размыкание происходит в обратном порядке. В замкнутом состоянии ток проходит от ввода / (может также проходить от ввода 9) по КС 2, затем по двум параллельным путям (через контакт-детали 5 и и притянутый якорь 5) в пружину 6 и далее по вводу 8.

Такой МК предназначен для коммутации активных и индуктивных цепей с током до 4 А и напряжением до 220 В постоянного и до 380 В переменного тока частотой 50 Гц при мощности до 250 В-А. При переменном напряжении ПО В и созф0,35 он обеспечивает 2,5 млн. циклов включения тока 3,0 А и отключения тока 0,4 А. Размеры мало отличаются от соответствующих параметров рассмотренного перед этим МК; масса - не более 4 г.

Аналогичную конструкцию имеет и отечественный переключающий МК повышенной коммутируемой мощности типа МКС-52201.

На рис. 7.15 приведена конструкция высоковольтного МК на максимальное коммутируемое напряжение постоянного тока 20 кВ (минимальное напряжение пробоя - 25 кВ). Максимальный ком-

мутируемый ток при этом напряжении 1 мА и максимальная коммутируемая мощность 50 Вт. В этом МК неподвижный КС 7 и якорь 3, подвешенный на возвратной пружине 2, находятся под электрическим потенциалом одного знака, поэтому между ними не действуют электростатическая сила притяжения. В связи с этим площадь перекрытия между деталями 7 и 5 может быть выбрана достаточно большой для создания необходимой электромагнитной силы при срабатывании МК. Контакт-детали 5 и 7 выполнены нз тугоплавкового материала и в области их контактирования расположены перпендикулярно друг к другу. Последнее обеспечивает малую площадь их перекрытия, а соответственно н небольшое значение электростатической силы притяжения.

Баллон 8 вакуумирован через штенгель 6, который на рисунке показан в заваренном состоянии. Подвижная часть имеет начальное нажатие на внутреннюю стенку баллона через керамический упор 4, расположенный на контакт-детали 5.

Общая длина такого МК 82 мм, длина и диаметр баллона соответственно 50 и 5,6 мм. Большое время дребезга и небольшая площадь контактирующих поверхностей дают возможность коммутировать этим МК только малые токи.

На рис. 7.16 изображена еще одна якорная конструкция - ртутный переключающий ЖМК. Якорь 5 подвешен на возвратной пружине 4, приваренной к штенгелю 1. На якоре расположен контактный элемент 6, образующий капилляр, по которому ртуть из резервуара внизу баллона 3 поднимается к местам контактирования. В невозбужденном состоянии подвижная система поджата пружиной 4 к контакт-деталям, расположенным на неподвижных КС 7 и 8. При возбуждении магнитным полем якорь притягивается к перекрывающимся с ним концам неподвижных КС 9 н 10. Контактный элемент прн этом размыкается с контакт-деталями на КС 7 и 8 и замыкается с контакт-деталями на КС 9 и 10, осуществляя переключение электрических цепей. Для повышения чувствительности ЖМК выводы КС 9 и 10 имеют большую длину, чем выводы КС 7 и 8. С этой же целью в конструкцию введен дополнительный магнитопровод 11, приваренный к штенгелю / и имеющий перекрытие с якорем. Такой ЖМК имеет следующие максимальные коммутационные параметры (при работе со схемами искрогашения): ток 5 А, напряжение 500 В, мощность 250 В-А.

§ 7.5. Магиитоуправляемые контакты с жестким подвижным контактным сердечником и без возвратной пружины

Стремление создать микроминиатюрные контактные коммутационные элементы с быстродействием и ресурсом, наиболее приближенными к параметрам полупроводниковых коммутационных приборов, привело к созданию МК, в которых механическая возвратная пружина отсутствует, а изменение функ-

ционального состояния осуществляется только электромагнитным полем.

Два примера таких конструкций даны на рис. 7.17 и 7.18. Первый -плунжерный (рис. 7.17). Он содержит неподвижные КС 7 и 7, заваренные в стеклянные трубки 2 н 6, которые сварены также с втулкой 5. Втулка является направляющей для перемещения жесткого подвижного КС - цилиндрического плунжера 4, смоченного ртутью, и имеет дисковый вывод 5. Торцовые поверхности КС / и 7 также смочены ртутью. Данный МК является переключа-

Рис. 7.17. Плунжерный МК: Рис. 7.18. Шариковый МК:

1,7 - неподвижные КС; 2,6 - стеклян- /, 2, 5, 6 - неподвижные КС; 3 - баллон;

ные трубки; 3 - втулка; < - ферромагннт- < -ферромагнитный шарик

ный плунжер; 5 - вывод

ющим (внешние электрические цепи присоединяются к КС 7, 7 и выводу 5). Изменение функционального состояния осуществляется импульсным включением одной из двух обмоток (иа рисунке не показаны), расположенных на МК слева и справа от вывода 5 и охватывающих один из двух рабочих зазоров между торцами плунжера и неподвижных КС. Переключение может осуществляться также перемещением постоянного магнита. При снятии внешнего магнитного поля плунжер удерживается поверхностным натяжением ртути в одном из крайних положений. Таким образом, данный МК является двустабильным. Однако создав поляризацию внешним магнитным полем, можно реализовать и одностабильное реле на основе этого коммутационного элемента.

Подобный МК под названием «Логсэлл-1» (США, ФРГ) имеет габариты по стеклу: длина 7 мм, диаметр 1,2 мм. Коммутационные параметры: мощность до 15 Вт, ток до 1 А, напряжение до 200 В. Минимальный ресурс от 5-10 до 2,5-10 циклов в зависимости от коммутационных параметров. Этот МК работает в любом пространственном положении и не имеет дребезга. Максимальная частота его переключения достигает 200 Гц -высокая для контактных аппаратов. Однако МК типа «Логсэлл-1» сложны в производстве и ие являются массовым коммутационным элементом.

Второй МК - шариковый (рис. 7.18). В нем подвижный КС выполнен в виде шарика 4, замыкающего в своих двух крайних положениях в стеклянном баллоне 3 соответственно неподвижные КС I и 2 или КС 5 и 6. Конструкция может быть с сухими или ртутно-смочеппыми контактами. Управление осуществляется так же, как в плунжерном МК.

ГЛАВА 8. ГЕРКОНОВЫЕ РЕЛЕ

Герконовые реле могут содержать: один или несколько МК; одну или несколько обмоток; поляризующие постоянные магниты; дополнительные ферромагнитные детали, играющие роль участков магнитопровода и экрана от воздействия внешних магнитных полей; другие детали конструкции.

§ 8.1. Простейшее герконовое репе

Принцип действия. Простейшим электрическим аппаратом с МК, управляемым обмоткой с током, является нейтральное реле, содержащее один симметричный язычковый за-

Рис. 8.1. Простейшее реле с одним симметричным язычковым замыкающим МК (в продольной проекции)

мыкающий МК Л расположенный симметрично в обмотке 2 (рис. 8.1). При воздействии магнитного поля обмотки между КС магнитоуправляемого контакта возникает электромагнитная сила Рэм, которая, преодолевая механическую силу упругости Рмх КС, приближает их друг к другу *. На рис. 8.2 приведены механическая характеристика Pmx=/i(6) и статические тяговые характеристики Рэм=!2{6) реле.

При медленном увеличении МДС обмотки, например, до значения Fl (рис. 8.2) рабочий зазор между КС уменьшается от начального значения бн до бь Контактные сердечники при этом находятся в устойчивом состоянии. При дальнейшем медленном увеличении МДС КС сближаются до зазора «срабатывания» бср, соответствующего МДС статического срабатывания fср и определяемого точкой касания механической характеристики с тяговой характеристикой при f ср. С достижением бср КС быстро переходят к замкнутому состоянию при конечном рабочем зазоре бк (рис. 8.2). Резкий переход КС от зазора бср к бк называют «срывом».

* Действием электростатических полей от прикладываемого к МК напряжения здесь пренебрегаем.

Рис. 8.2. Механическая Рмх=(6) и тяговые P3«=f2(6) характеристики реле с язычковым замыкающим МК