Дослідження електромагнітних герконових реле: Методичні вказівки до лабораторної роботи

КАФЕДРА "ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ І АПАРАТИ"

Методичні ВКАЗІВКИ

до лабораторної роботи

"Дослідження електромагнітних герконових реле"
з дисципліни
"Електромагнітна техніка"
(для студентів спеціальності 6.090803 „Електронні системи”)

Затверджено

на засіданні кафедри ЕМА

Протокол № 10 від 26.06.2006

Рекомендовано

на засіданні методичної ради ДГМІ

Протокол №   від

Алчевськ, 2006

УДК 621.316.5

Методичні вказівки до лабораторної роботи "Дослідження електромагнітних герконових реле" з дисципліни "Електромагнітна техніка" (для бакалаврів напрямку 0908 – „Електроніка”) / Сост. О.В. Верхола. - Алчевськ: ДонДТУ, 2006. - 9 с.

Містить методичні вказівки до лабораторної роботи "Дослідження електромагнітних герконових реле".

Укладач:	О.В. Верхола, ст. викл.
Відповідальний за випуск	М.М. Заблодський, доц.
Відповідальний редактор	М.М. Заблодський, доц.

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является изучение основных конструкций и принципа действия герконов и реле на их основе. В ходе выполнения работы необходимо определить коэффициент возврата герконовых реле и построить зависимость тока срабатывания и тока отпускания от положения катушки для одного из реле.

2 ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Предметом исследования являются герконы и реле на их основе. Весьма перспективные коммутационные элементы - герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) заполняют пробел между медленно действующими электромагнитными и быстродействующими бесконтактными реле.

Герконы имеют следующие достоинства:

1) высокая надежность коммутации, достигнутая запайкой контактное системы в герметичную колбу и полной изоляцией ее от влияния окружающей среды;

2)длительный срок службы: герконы обеспечивают 10⁸ срабатываний при величине коммутируемой мощности до 6 Вт и 10⁹ срабатываний при коммутации микротоков;

3)высокое быстродействие: время срабатывания обычно составляет (0.5 - 1) мс, время отпускания - (0.3 – 0.5) мс;

4)высокая стойкость к кратковременным электрическим перенапряжениям: до пятикратного значения номинального напряжения;

5)малая себестоимость, обусловленная предельно малым количеством .деталей и возможностью полной автоматизации процесса изготовления;

6) высокая стабильность контактного сопротивления;

7) удовлетворительная виброустойчивость.

К недостаткам герконов следует отнести малую величину коммутируемых токов, малое число контактных групп в одной колбе, наличие дребезга контактов при замыкании, большой уровень наводимых помех, небольшое пробивное напряжение между контактами (400-600) В, подверженность воздействию внешних магнитных полей различной природы.

Герконы могут быть классифицированы по следующим признакам:

1)по характеру электрической цепи герконы подразделяются на замыкающиеся (рис. 1 a-в); размыкающиеся (рис. 1 г-д); переключающиеся (рис. 1 е-ж);

2)по схеме магнитной цепи герконы подразделяются на имеющее последовательную, параллельную, смешанную (последовательно-параллельную), дифференциальную и мостовую магнитные схемы;

3)по ориентации управляющего магнитного поля герконы подразделяются на управляемые полем любой ориентации и управляемые полем определенной ориентации. Герконы, управляемые полем любой ориентации, срабатывают как при продольной, так и при поперечной ориентации внешнего управляющего магнитного поля любого направления (знака). Герконы, управляемые полем определенной ориентации, в свою очередь, подразделяются на управляемые продольным и поперечным полем;

4)по типу электрического контакта герконы подразделяются на контакты с сухими и смачиваемыми контактирующими поверхностями (ртутные);

5)по виду внутренней среды (наполнителя) герконы подразделяются на вакуумные и газонаполненные. В качестве наполнителя используют азот, аргон, водород и др.;

6)по типу подвижного звена, герконы подразделяются на контакты с упругим и жестким подвижным звеном.

Геркон простейшей конструкции (рис. 2) представляет собой миниатюрную стеклянную колбу 1 с впаянными ферромагнитными контактными сердечниками (КС)2, выполненными в виде консольно- закрепленных плоских пружин, установленных с перекрытием α и начальным зазором δ_н относительно друг друга. КС выполняют функции магнитопровода, контактных пружин и электрических контактов. Их штампуют из пормалоевой проволоки диаметром (0.4 – 1.5) мм. При выборе материала КС учитываются не только его магнитные и упругие свойства, но и способность обеспечивать качественный герметичный спай со стеклом баллона во всем диапазоне изменения температуры окружающей среды. Частичное покрытие области контактирования выполняют с целью получения малого и стабильного сопротивления контактного перехода. Серебряное покрытие отличается большей стабильностью, золотое - меньшим сопротивлением, родиевое большей износоустойчивостью. Толщина покрытия находится в пределах (2-50) мкм.

Рисунок 1 - Разновидности магнитоуправляемых контактов

Внутренний объем баллона геркона либо заполняется инертным газом, либо вакуумируется. В качестве газа в основном применяется чистый азот или азот с небольшой добавкой водорода (около 3 %). Рассмотрим работу нейтрального замыкающегося геркона, управляемого полем катушки с током (рис. 2). Если предложить, что катушка имеет W витков и по ней протекает ток I, то под действием намагничивающей силы (н.с.) IW возникает магнитный поток ф. Поток ф проходит по одному из КС, переходит в области рабочего зазора на другой KС, проходит по нему и возвращается по воздуху. В результате на контактные сердечники будет действовать электромагнитная сила F_э, стремящаяся их сблизить:

где F_э - тяговое усилие, развиваемое в рабочем зазоре, Н;

I - ток в обмотке, А;

W - число витков обмотки;

G - полная магнитная проводимость магнитной цепи, Гн;

δ - рабочий зазор, м.

3 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Схема питается от выпрямителя типа ВСА-ШК, который имеет две ступени регулируемого постоянного напряжения.

Перед началом работы тумблер "сеть" выпрямителя должен находиться в положении "отключено", ручка регулятора напряжения ВСА должна быть повернута против часовой стрелки до упора.

Перед началом работы необходимо выход выпрямителя подключить к клеммам "+","-" - лабораторного стенда, соблюдая полярность.

Ручку режима работы ВСА поставить в положение "1 ступень" и только после этого включить выпрямитель, переключив тумблер "Сеть" в положение "Выключено".

На лабораторном стенде расположены макет геркона, герконы и реле на их основе, а также амперметр, с помощью которого измеряют  I_cp и I_отп. О срабатывании геркона свидетельствует загоревшаяся лампочка. Переключателем S для исследования выбирается то или иное реле (KV₁ – KV₆).

4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1 Ознакомиться с принципом работы геркона на модели.

4.2 Подключить выпрямитель к лабораторной работе, после чего включить его в сеть 220 В.

Рисунок 2 - Общий вид нейтрального замыкающего геркона, управляемого полем катушки с током

Рисунок 3 - Электрическая схема установки

4.3 Переключатель S установить в положение I.

4.4 Плавно увеличивая напряжение, определить I_cp и U_cp для исследуемого геркона. Операцию повторить 3 раза.

4.5 Плавно уменьшая напряжение, определить  1 omn.. uVomn, геркона. Операцию повторить 3 раза.

4.6 Полученные результаты занести в таблицу.

4.7 Такие же измерения проделать для положений переключателя    S - 2; 3; 4.

4.8 Для положения S "6" проделать аналогичные измерения, при разных положениях катушки.

4.9 Определить коэффициент возврата  для каждого реле ( геркона).

5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1 Цель работы.

5.2Схема установки.

5.3 Эскиз конструкции геркона.

5.4 Таблицы результатов измерений и расчетов.

5.5 Графики зависимости I_ср = f(х); I_oт = f(x)  для реле KV6.

6 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

6.1 При выполнении лабораторной работы воспрещается прикасаться к элементам реле и герконов.

6.2 Запрещается оставлять стенд и выпрямитель ВСА включенными без присмотра,

6.3 В случае неисправности выключить выпрямитель ВСА и обратиться к ведущему занятие преподавателю.

7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1 Принцип действия и конструкция герконов.

7.2 Устройство и принцип действия нейтральных реле на основе герконов.

7.3 Методы уменьшения ампер-витков срабатывания реле на основе герконов.

7.4 Классификация герконов.

7.5 Достоинства и недостатки герконов.

7.6 Материалы, применяемые при изготовлении герконов и требования к ним.

7.7 Способы управления герконами.

7.8 Устройство и принцип действия ферридов.

7.9 Датчики на основе герконов.

7.10 Особенности конструкции мощных герконов.

7.11 Основные параметры герконов.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 720 с.

  2. Буль Б.К. и др. Электромеханические аппараты автоматики.- М.: Высшая школа, 1988.- 303 с.