Переключатели Cherry – удобно, надежно и качественно Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

www.finestreet.ru

компоненты установочные и коммуникационные элементы

Переключатели Cherry —

удобно, надежно и качественно

Петр ПУЛИКОВ

pulikov.p@mail.ru

Необходимость в переключателях возникла достаточно давно — со времен открытия электричества. С тех пор появилось очень много различных переключателей. В первую очередь, многообразие типов переключателей обусловлено сферой их применения. Понятно, что осуществлять коммутацию на высоковольтных подстанциях, где токи могут достигать величин в несколько килоампер, а напряжения — сотни киловольт, повседневными, встречающимися в быту переключателями, не удастся. Поэтому для каждого диапазона коммутируемых токов и напряжений разрабатывается свой тип переключателя.

Другой движущей силой создания новых типов переключателей является стремление к удобству их использования и повышению надежности их работы. Эти два ключевых фактора определяют выбор покупателя.

В этой статье будет рассмотрена коммутационная продукция компании Cherry.

Приведем основные отличительные особенности переключателей этой фирмы:

• небольшие габаритные размеры;

• широкий выбор по форме, размеру, внешнему виду, типу контактных площадок и гарантированному количеству срабатываний;

• высокая скорость срабатывания;

• небольшое усилие нажатия;

• стабильность срабатываний, сохранение длины хода и низкая норма отклонений при длительной эксплуатации;

• высокая механическая надежность;

• регулярная проверка на соответствие нормам и стандартам качества и надежности1. Принцип работы переключателей Cherry —

механический. Он основывается на возвратном действии пружинного механизма. Причем скорость срабатывания практически не зависит от скорости нажатия на шток переключателя. Для увеличения длины хода или уменьшения усилия нажатия применяется специальный рычаг.

Скорость срабатывания в зависимости от типа штока варьируется от 0,01 мм/с до 1 м/с. А среднее время контакта составляет 3 миллисекунды. Транзитное время2 у большинства переключателей — 5-10 миллисекунд. Максимальный темп (количество срабатываний в секунду) зависит от электрической нагрузки. Следует избегать нагрузки на шток,

1 Сертификация по следующим стандартам: EN 61058 и UL 1054.

2 В модулях двойного срабатывания транзитным временем считают время между размыканием нормально открытого контакта и замыканием нормально закрытого.

превышающей нормы, поскольку это может привести к уменьшению срока службы переключателя.

Почти во всех переключателях Cherry расстояние между контактами равно 0,3 мм. Исходя из практики, расстояние меньше 0,3 мм нельзя использовать в переключателях без специальных дополнительных средств контроля при отключении питания. В таких случаях велика вероятность сохранения контакта. По европейским нормам такие переключатели должны маркироваться символом «т». Для гарантированного отключения питания необходимо использовать переключатели с шагом контактов более 3 мм.

Фирма Cherry выпускает переключатели двух типов: с перекрестным и стандартным расположением контактов (рис. 1). Для применения в системах с низким напряжением или низкой силой тока рекомендуется использовать переключатели с золотыми перекрестными контактами. Уменьшенная площадь контактирующей поверхности, выполненной в форме перекрестных контактов, обеспечивает усиленное нажатие в точке смыкания, что, в свою очередь, увеличивает надежность. Стандартные контакты больше применимы в высоковольтных конструкциях.

Чтобы обеспечить высокую надежность переключений, для производства контактов используются золото и сплавы золота с серебром и платиной: Au, AuAg, AuAgPt, а также

) С

i [

Æl

Стандартные Золотые

контакты перекрестные

контакты

Рис. 1. Типы контактов

серебро и сплавы серебра: Ag, AgNi, AgPd, AgCdO. Золотосодержащие сплавы используются в основном в низковольтных системах. Обычно рабочие диапазоны колеблются в пределах от 5 до 12 В и от 1 до 100 мА переменного тока. Для более высоких нагрузок имеет смысл использовать контакты из серебра или серебросодержащих сплавов. Для них рабочий диапазон обычно составляет 12-21 В и 100-200 мА.

Как правило, для переключателей даются отдельно механическая и электрическая гарантии. Механическая гарантия всегда превышает электрическую. При снижении коммутируемых токов и напряжений электрическая гарантия может сравняться с механической.

Для стандартных переключателей фирма Cherry старается использовать высококачественные материалы без кадмиевых добавок, такие как ASA — акрилонитрил-стирол-ак-рилоцестерол, РА — полиамид, РВТ — поли-бутилентерафталат, РЕТ — полиэтиленте-рафталат, РОМ — полиацетал и PPHS — полифенил сульфид.

Немаловажно также отметить, что для производства корпусов используются в основном материалы самотушения, указанные в стандарте UL94 как V0. Это свидетельствует о том, что при вертикальном воздействии прямого огня материал воспламеняется только через 5 секунд, а прекращается горение в пределах 10 секунд после его устранения. Причем не допускаются капли расплавленного материала, способного воспламенить вату.

Кроме того, большинство изолирующих материалов в переключателях соответствуют нормам PTI 250 (PTI 300 — по запросу). Этот показатель говорит о том, что они способны выдержать 250 капель жидкости при тестировании под напряжением 250 В и не допустят попадания жидкости внутрь корпуса.

Электрическая прочность базовых моделей переключателей составляет 1500 В пере-

установочные и коммуникационные элементы

менного напряжения для токоведущих частей и 750 В переменного напряжения — для незамкнутых контактов. Напряжение прикладывается в течение одной минуты при средней температуре 23±5 °С, относительной влажности 70% и нормальном атмосферном давлении.

В зависимости от модели рабочая температура переключателей может колебаться от -25 до +70 °С и от -40 до +150 °С. На это следует обращать внимание, так как использование переключателя за пределами его допустимых температурных режимов сильно ухудшает его технические характеристики и надежность.

Благодаря миниатюрным размерам механических компонентов переключателей они обладают повышенной стойкостью к ударным и вибрационным воздействиям. Менее всего переключатели чувствительны к внешним воздействиям при крайних положениях штока при вибрации 5G и частоте 20-200 Гц и ударным воздействиям 20G (6 мсек). Так как более всего конструкция переключателя подвержена воздействию извне во время замыкания/размыкания контакта, необходимо обеспечить быстрое срабатывание штока с целью уменьшения разрушающего воздействия.

При производстве переключателей используются следующие уровни защиты:

• IP 40 — защищено от попадания внутрь тел размером до 1 мм в диаметре и не защищено от воздействия воды;

• IP 65 — защищено от попадания пыли и капель воды;

• IP 6K5 — защищено от попадания пыли и капель воды (для транспортных средств);

• IP 67 — защищено от попадания пыли и воды;

• IP 6K7 — защищено от попадания пыли и воды (для транспортных средств). Фирма Cherry предоставляет широкий

выбор типов переключателей. В этой статье мы рассмотрим, прежде всего, кнопочные минипереключатели для промышленного (IP 65-IP 6K7) и стандартного применения (IP 40). Затем селекторные переключатели — блочные переключатели со встроенными цифровыми счетчиками количества нажатий и маятниковые переключатели — широко используемые включатели-выключатели в сетевых фильтрах, блоках питания компьютеров, настольных лампах, стеклоподъемниках и т. п.

Технические характеристики

Технические характеристики кнопочных минипереключателей представлены в таблице 1. Из нее видно, что в первую очередь переключатели классифицируются по их габаритным размерам на пять групп. К ним еще добавляются переключатели Center-off типа «NM02» с особой конфигурацией контактов: 2 S.P.S.T.-N.O, то есть два нормально открытых с совмещенным центральным контактом (рис. 2) и Pushbutton типа «F6» с возможно-

Таблица 1. Минипереключатели фирмы Cherry

Тип Характеристики Размер, мм Сила тока, А Напряжение, В Усилие нажатия, Н Длина хода штока, мм Рабочая температура, °С

Mini

D3>3 мм Между контактами > 3 мм 27,8x15,9x10,3 4-10 250 перем. 5 2,6 °С + 0 -4

D3 Стандартные 27,8x15,9x10,3 10-16 250/400 перем. 1,2—3,8 2,6 °С + 0 -4

D4 Стандартные 27,8x15,9x10,3 0,1-21 250 перем.* 0,15-4 2,6 °С + 0 -4

1 Submini

DB Стандартные 20x9,65x6,5 0,1-10 250 перем. 0,7-2,5 1,6 -40...+85 °С/120 °С

DC IP 6K7 20x10,65x6,5 0,1-10 250 перем. 2-3,4 1,6 -40...+85 °С/105 °С**

DCJK IP 6K7 20x10,2x6,4 0,1-10 250 перем. 2-3,4 1,6 -40...+105 °С

1 Super submini

DJ IP 6K7 15,2x8,15x6,4 0,005-2 12-60 пост. 1,2 2 °С + 0 -4

DK IP 6K5*** 14,7x6,9x5,4 0,005-2 12-60 пост. 0,75 2 -40...+105 °С

DR Стандартные 13,7x6,8x5,4 0,005-2 12-60 пост. 0,75 2 -40...+105 °С

1 Sub-submini

1 DG Стандартные 1 12,8x6,5x2,7 1 0,05-3 1 125 перем. 1 0,75-1,4 1 0,7 1 -25...+85 °С

1 Ultramini

1 DH Стандартные 1 8,2x6,2x2,7 1 0,05-0,5 1 30 пост. 1 0.9 1 0,85 1 -25...+70 °С

| Center-off

1 NM02 1 IP 6K7 1 13,0x15,1x5,5 1 0,05-0,1 1 12 пост. 1 0,5 1 2x40° °С + 0 -4

| Pushbutton

1 F6 1 IP 40 1 31,8x17,3x26,6 1 0,1-10 1 125/250 перем. 1 4,25 1 3,2 °С + 0 -4

* 400 В по запросу.

** для модели с проводами. *** P6K7 по запросу.

Рис. 2. Серия NM02

стью крепления на плоскую поверхность (приборную панель). Они имеют перекрестные контакты, что обеспечивает им хороший срок службы. Кроме того, «ЫМ02» имеет повышенный уровень защиты 1Р 6К7.

Минипереключатель типа <Ш3» (рис. 3) имеет зазор между контактами более 3 мм. Он имеет очень высокую надежность коммутации благодаря специальному механизму самоочищения контактов, что позволило дать гарантию на минимальное число переключений при номинальной нагрузке не менее 50 000 раз.

Рис. 4. Серия D4

Минипереключатель <Ю4» (рис. 4) обладает сходными характеристиками с <Ш3», но имеет значительно более широкий диапазон коммутируемых токов от 0,1 до 21 А при переменном напряжении 250 В, сохраняя при этом высокий уровень стабильности контакта благодаря применению специальных материалов.

Минипереключатели 8иЬшіпі: <ЮВ» (рис. 5), <ЮС» (рис. 6), <ЮС1К» (рис. 7) имеют практически одинаковые электрические характеристики. Но последние два имеют повышенный уровень защиты ІР 6К7 и дополнительные опции по креплению.

Рис. 3. Серия D3

Рис. 5. Серия DB

44

компоненты

установочные и коммуникационные элементы

Рис. 6. Серия DC

Рис. 8. Серия DJ

Рис. 7. Серия DCJK

Следующая группа минипереключателей Super submini: «DJ» (рис. 8), «DK» (рис. 9), «DR» (рис. 10) отличается от предыдущей не только еще более маленькими размерами, но и значительным снижением величин коммутируемых токов и напряжений. Это связано, прежде всего, с использованием перекрестных контактов из сплава золота с серебром, что привело к значительному увеличению срока электрической службы — до 100 000 переключений. Все они имеют конфигурацию контактов S.P.D.T. (однополюсный, двойного срабатывания). Кроме того, у «DJ» не предусмотрено место для крепления рычага.

Рис.10. Серия DR

Последние две группы переключателей ЗиЬ^иЬшш типа «DG» (рис. 11) иИкгатш типа <ФН» (рис. 12) обладают исключительно миниатюрными размерами. Минипереключатель <ЮН» специально был сконструирован для малых значений токов и напряжений и имеет возможность крепления в вертикальном положении, повернутым вправо или влево.

Рис. 11. Серия DG

стием, для сварки, горизонтальные, для печатных плат, с фиксирующими штырьками и проводами.

Теперь рассмотрим селекторные переключатели. Фирма Cherry выпускает большое количество селекторных переключателей, отличающихся главным образом габаритными размерами.

В качестве примера на рис. 13 приведен внешний вид трех переключателей типа PA, объединенных в блок, что наглядно показывает, с какой легкостью они объединяются друг с другом. Принципиально количество объединенных в блок переключателей ничем не ограничено. В таблице 2 приведены технические характеристики селекторных переключателей типов: РА, РВ и РЕ. Крепятся они, как правило, на верхнюю или переднюю панель. Соединение блоков селекторных переключателей с печатной платой осуществляется либо при помощи разъемов для пайки, либо, что более удобно, с использованием специальных разъемов (рис. 14). Существуют два типа разъемов — с лицевой панелью и без.

Селекторные переключатели обычно имеют от 10 до 16 позиций с переключением по линейному закону. По заказу можно изменить функцию работы переключателя на нелинейную, также заказать подсветку либо поставку дополнительной печатной

Таблица 2. Селекторные переключатели типа PA, PB, PE

Рис. 9. Серия DK

Рис. 12. Серия ЭИ

В большинстве случаев для приведенных выше минипереключателей могут быть использованы следующие типы рычагов: прямые, с роликом и с изгибом. Причем их длина может варьироваться от установки в соответствующее положение на корпусе переключателя. Рычаги могут быть изготовлены из нержавеющей стали, из стали с никелевым покрытием либо из пластика.

Производителем предлагается огромный выбор контактных площадок для переключателей: прямые, зигзагообразные, для крепления винтами, для пайки, для пайки с отвер-

Размер, мм PA - 15x7,62; PB - 18x6; PE - 24x7,62

Максимальная сила тока 1 А

Электрическое соотношение 0,1 А/50 В

Диэлектрическое напряжение 500 В перем.

Усилие нажатия, Н PA - 3; PB - 3; PE - 4

Сопротивление на контактах 0,1 Ом максимум

Изоляционное сопротивление 1000 МОм

Механическая гарантия 1 000 000 операций

Рабочая температура -20...+80 °С

Корпус PPO (Noryl)

Контакты WE сплав № 2

Рис. 14. Разъемы для селекторных переключателей