CC BY
84Герконовые реле.
Взгляд на перспективы развития направления
Сергей Караванов, д. т. н.,
Рафаэль Майзельс, д-р электротехники
rzmkp@rmcip.ru
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 изве-щателей, 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.
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 слаботоч-
ной 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
8 7
6 5
РГК 41
5у50(Ш 07.01
1 2
3 4
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
Таблица 1
Наименование параметра МКА-07101 МКА-10109 МКА-14103 МКС-14104
Размер геркона, мм, не более 7,0 х 1,8 10x1,8 14x2,2 14x2,2
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 150 150 220 200
Сопротивление изоляции, Ом, не менее 109 109 109 109
Максимальная коммутируемая мощность, 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
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 (табл. 1). 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 БІР-корпусах (табл. 2).
Осуществлена предварительная разработка переключающего реле в плоском ферромагнитном корпусе БІР. 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 (межконтакт-
ным зазором) и, как следствие, с лучшими параметрами по надежности. По нашим данным, переключающие реле с такими характеристиками на мировом рынке практически отсутствуют.
Одним из минусов герконовых реле, в частности РЭС-55, является недостаточная ре-лейность 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
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 д
Механические удары многократного действия
При длительности ударного ускорения 2 - 10 мс 40 д
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’ 2-Ю7 10’
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 от режима коммутации), циклов 5-105-н 10" 5-10^10"
Мощноть управления исполнений под логику, мВт 35-60 35-60
Таблица З. Данные катушек управления
Катушки для управления сигналами логики Катушки обычного исполнения
ІІраб., В R обм. Ом Upa6., В R обм, Ом
TTL 5 500 5 200
Shottky 5 750 6 200
C-MOS 12 2500 12 1000
24 2500
27 2500
штук реле в год, разработать (в кооперации с НПП «СТАРТ», г. Великий Новгород) ряд миниатюрных реле в корпусах DIP и SIP на базе У-, 1G- 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-сиг-налов), высоковольтных, высокочастотных, измерительных и других герконов. ЖЯ
