|
Герконовые реле. Взгляд на перспективы развития направления
С 1966 года ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (РЗМКП) специализируется на разработке и производстве сухих магнитоуправляемых герметизированных контактов (герконов) и отдельных изделий на их основе: датчиков, концевых выключателей, пожарных извещателей, охранных систем и т. д. В этом перечне отсутствуют реле — наиболее важный объект применения герконов. Герконовые реле, по сравнению с близкими по габаритам электромагнитными якорными реле, несмотря на несколько меньшую коммутируемую мощность, обладают большей долговечностью, более высокими быстродействием, стабильностью переходного сопротивления, способностью выдерживать воздействия дестабилизирующих факторов (механических, климатических, специальных). Завод и ОКБ при заводе в 70–80-х годах неоднократно пытались развивать у себя это направление (были выполнены даже ОКР по созданию специальных реле, соответствующих требованиям аппаратуры связи и космических систем), однако ведомственные ограничения не позволили продолжить эти работы. Кстати, за рубежом практически все фирмы, производящие герконы, выпускают и реле. Кроме очевидных экономических преимуществ, это дает возможность значительно проще и быстрее решать вопросы обеспечения качества, технических характеристик и надежности выпускаемых реле.
Таблица 1
| Наименование параметра |
МКА-07101 |
МКА-10109 |
МКА-14103 |
МКС-14104 |
| Размер геркона, мм, не более |
7,0х1,8 |
10х1,8 |
14х2,2 |
14х2,2 |
| Ампер-витки срабатывания, А |
7-25 |
10-30 |
10-30 |
10-30 |
| Ампер-витки отпускания, А, не менее |
5 |
5 |
5 |
5 |
| Сопротивление, Ом, не более |
0,15 |
0,15 |
0,1 |
0,1 |
| Электрическая прочность изоляции, В, не менее |
150 |
150 |
200 |
200 |
| Сопротивление изоляции, Ом, не менее |
109 |
109 |
109 |
109 |
| Максимально коммутируема ямощность, Вт, не более |
2 |
10 |
10 |
10 |
| Коммутируемое напряжение, В, не более |
30 |
100 |
100 |
60 |
| Коммутируемый ток, А, не более |
0,1 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
| Пропускаемый ток, А, не более |
0,5 |
1 |
1 |
1 |
| Время срабатывания, мс, не более |
0,3 |
0,5 |
1 |
1 |
| Диапазон рабочих температур, °С |
25 |
25 |
40 |
40 |
| Количество срабатываний, сраб., не менее (в зависимости от режима эксплуатации) |
5-105...107 |
5-105...107 |
5-105...108 |
5-105...108 |
 В конце 80-х годов в СССР выпускалось порядка 60 типов герконовых реле. Объем их выпуска достигал 60–70 млн шт. в год. На 2001 год заводы-изготовители реле (из оставшихся в России) заказали всего около 0,4 млн герконов под производство реле. В то же время только по дилерской сети Москвы в РФ продается более 0,2 млн герконовых реле в месяц, в основном производства Тайваня и Китая, в которых используются герконы производства РЗМКП. Одной из причин такого положения является недооценка отечественной промышленностью в 90-е годы тенденций развития слаботочной релейной техники. Предполагалось, что наиболее приоритетным направлением является создание реле в плоских корпусах (высотой не более 5 мм) с повышенными удельными характеристиками, в частности низкой потребляемой мощностью (до 150 мВт), что обеспечивает управление от микросхем. А использование в таких реле поляризованных магнитных систем, несмотря на жесткие ограничения по габаритам, позволяет обеспечить более высокие контактные нажатия, чувствительность и функциональные возможности для реле как на замыкающих, так и на переключающих герконах. Были разработаны базовые магнитные системы, ряд конструкций реле с использованием этих систем, однако практического воплощения эти работы так и не получили. В результате поднимающаяся после экономических потрясений последнего десятилетия отечественная промышленность вынуждена использовать дешевые китайские реле на российских герконах или громоздкие отечественные разработки 60–70-х годов. Так, например, реле РЭС-55 (коммутирующий элемент — геркон КЭМ-3), используемое в промышленности, в том числе в оборонной технике с начала 70-х годов, не позволяет обеспечить совместимость по параметрам и технологии монтажа на печатные платы с современными электро-радиокомпонентами и не дает возможности рационально скомпоновать систему плат в перспективной радиоэлектронной аппаратуре.
В наше время попытку разработки и производства герконовых реле в плоских корпусах предпринял НПП «Старт», г. Великий Новгород.
По данным некоторых зарубежных фирм — производителей реле, в 2000 году общий объем мирового рынка производства герконовых реле несколько снизился — на 4–5 %, однако на четверть возросло потребление в реле переключающих герконов. Видимо, такая тенденция сохранится и в будущем: слишком очевидно преимущество переключающих реле. У нас же, кроме упомянутого РЭС-55, нет реле на переключающих герконах, тем более в плоских корпусах.
В последнее время РЗМКП разработал и освоил производство ряда новых миниатюрных герконов длиной 7, 10, 14 мм с диаметром стеклянного баллона 1,8 и 2,2 мм. Это замыкающие герконы МКА-07101, МКА-10109, МКА-14103, переключающий геркон МКС-14104. Использование этих герконов позволяет создавать малогабаритные реле, в том числе в корпусах стандартных микросхем, при этом возможность уменьшения длины среднего витка обмотки снижает и мощность управления реле. Некоторые работы в этом направлении уже проведены РЗМКП, в частности разработаны два типа реле в плоских DIР-корпусах.
Осуществлена предварительная разработка переключающего реле в плоском ферромагнитном корпусе SIР. При этом удалось получить высокую чувствительность срабатывания реле, управляя величиной магнитной проводимости между корпусом и выводами геркона, что, в свою очередь, позволяет использовать герконы с большими ампер-витками срабатывания (межконтактным зазором) и, как следствие, с лучшими параметрами по надежности. По нашим данным, переключающие реле с такими характеристиками на мировом рынке практически отсутствуют.
Таблица 2. Маркировка (пример обозначения). Электрическая схема РГК 41
| |
РГК-41 |
РГК-48 |
| Условия эксплуатации |
| Температура окружающей среды, °С |
-50...+100 |
| Синусоидальная вибрация (1-2000 Гц) |
20 g |
| механические удары многократного действия |
|
| При длительности ударного ускорения 2 - 10 мс |
40 g |
| Устойчивость к внешним магнитным полям, Э |
2 |
| (может быть увеличена до 5 Э по требованию потребителя) |
| Положение в аппаратуре |
любое |
| Технические характеристики |
| Рабочее напряжение, В |
5, 12, 24, 27 |
| Напряжение срабатывания, макс., В |
3,5; 8,4; 16,8; 18 |
| Напряжение отпускания, мин., В |
1,0; 1,2; 2,4; 2,7 |
| Сопротивление контактов, Ом, не более |
0,1 |
0,1 |
| Время срабатывания, мс, не более |
1 |
1 |
| Время отпускания, мс., не более |
0,3 |
0,3 |
Сопротивление изоляции между токоведущими цепями реле: Ом
НР
НЗ |
|
10 9
2-10 7 |
10 9 |
| Электрическая прочность изоляции между токоведущими цепями реле, В, не менее |
200 |
200 |
| Максимальная коммутируемая мощность, Вт |
5 |
20 |
| Максимальное коммутируемое напряжение, В |
60 |
100 |
| Максимальный коммутируемый ток, А |
0,5 |
0,5 |
| Долговечность (зависит отрежима коммутации), циклов |
5·10 5 - 108 |
5·105 - 108 |
| Мощность управления исполнений под логику, мВт |
35 - 60 |
35 - 60 |
 Одним из минусов герконовых реле, в частности РЭС-55, является недостаточная релейность переключения, вызванная разбросом большого количества технологических факторов по маршруту изготовления геркона КЭМ-3 и, как следствие, повышенный износ контактных поверхностей, особенно в режимах коммутации, сопровождающихся дуговой эрозией. Специфика конструкции нового переключающего геркона МКС-14104 состоит в том, что его НЗ- и НР- пары разнесены по торцам стеклянного баллона, коэффициент возврата Кв в основном определяется контактным нажатием в НЗ-паре (задается при сборке геркона), а его величина и является определяющей такого фактора, как релейность. Для одного из реле на этом герконе, с целью нейтрализации технологического разброса Кв в пределах 0,4–0,9, магнитная система выполнена в виде обмотки управления, состоящей из двух секций с разным числом витков, обеспечивая соответствующее распределение напряженности магнитного поля вдоль продольной оси геркона. По результатам изготовления опытных образцов реле эмпирически установлено оптимальное соотношение напряженности магнитного поля над нормально-разомкнутой парой к величине напряженности магнитного поля над нормально-замкнутой парой. Эта величина находится в пределах 1,5…2, в зависимости от величины Кв. Очевидно, что изготовление таких реле в едином производственном комплексе «геркон — реле» будет значительно эффективнее.
Имея квалифицированные инженерные кадры, производственные площади, технологическую и энергетическую инфраструктуры, а главное, основу комплектации реле — герконы, в виде развитого производства, ОАО «РЗМКП» вполне может стать лидером в производстве отечественных герконовых реле, составив конкуренцию зарубежным производителям. В 2002–2004 гг. РЗМКП предполагает довести производственные мощности завода под выпуск 1,5–2 млн штук реле в год, разработать (в кооперации с НПП «СТАРТ», г. Великий Новгород) ряд миниатюрных реле в корпусах DIP и SIP на базе 7-, 10- 14-мм герконов. При этом могут быть модернизированы реле старых разработок, разработаны и освоены реле на базе создаваемых в настоящее время специальных (например, для коммутации СВЧ-сигналов), высоковольтных, высокочастотных, измерительных и других герконов.
Сергей Карабанов, д. т. н.,
Рафаэль Майзельс,
д-р электротехники
rzmkp@rmcip.ru
|
