Конструктивно-технологическое устройство слаботочных ЭМР
Конструкции современных слаботочных ЭМР, отличающиеся сравнительно большим многообразием, всегда содержат два основных узла: электромагнит с якорем, который, перемещаясь, воздействует на подвижную часть контактной группы, входящую во второй узел — контактную систему. Современные ЭМР, особенно реле, применяемые в аппаратуре подвижных объектов, имеют внешний уравновешенный или почти уравновешенный якорь, на который действует сбалансированные силы магнитной системы.
В качестве примера на рис. 1 показана конструкция однокатушечного неполяризованного ЭМР РЭК80 с двумя переключающими контактными группами. Это реле содержит два полюсных наконечника 7 L-образной формы, плоские сердечник 5 и якорь 4 с полуосями—цапфами, расположенными вдоль короткой оси симметрии якоря. Детали магнитной системы реле изготавливают из электротехнической стали. При сборке якорь и полюсные наконечники плотно прижимаются друг к другу своими плоскостями, после чего полюсные наконечники своими торцами (в расширенной части) соединяются с помощью сварки со стойкой 10 и планкой 8, которые обычно изготовлены из нейзильбера. При сборке цапфы якоря входят в отверстия в стойке и планке. В исходном положении якорь удерживается у ограничительного упора на планке усилием возвратной пружины 9. После сборки якоря с полюсными наконечниками между удлиненными свободными концами наконечников устанавливается сердечник с предварительно надетой на него катушкой с обмоткой 6.
Выступающие из катушки концы сердечника привариваются к свободным концам полюсных наконечников.
Контактная система состоит из двух переключающих контактов. Каждый из них содержит неподвижную размыкающую пружину 2, подвижную контактную пружину 12 и неподвижную замыкающую пружину 11. Неподвижные размыкающий и замыкающий контакты и подвижная контактная пружина изготовлены из контактно — пружинного сплава и не имеют прикрепленных к ним сосредоточенных контактов.
Все детали контактной системы прикреплены к выводам преимущественно лазерной сваркой. Выводы изолированы от цоколя 1 теклоизоляторами. Для возможности коммутации токов и напряжений низких уровней контактные пружины покрыты тонким слоем золота.
После регулировки контактного узла на цоколь устанавливается магнитная система. Отогнутые под прямым углом три выступа на концах стойки вставляются в пазы на цоколе и привариваются к нему.
Переключение контактов при срабатывании реле и повороте якоря производится стеклянными шариками на толкателях 3, приваренных к якорю на его концах.
Регулировка реле производится путем изменения свободного хода якоря и изгиба толкателей.
Реле после регулировки проходит финишные операции очистки, закрывается кожухом, который в месте сопряжения с цоколем герметизируется преимущественно сваркой. Далее реле через имеющееся в кожухе откачное отверстие дегазируют, заполняют осушенным газом и окончательно герметизируют бесфлюсовой заплавкой или заваркой отверстия.
Рис. 1. Конструкция реле РЭК80
На рис. 2 показана конструкция двухкатушечного поляризованного ЭМР РПС45 с двумя переключающими контактными группами. Двустабильное реле РПС45 спроектировано на мостовой магнитной схеме. Магнитная система содержит цилиндрический сердечник 1 круглого сечения с катушкой, имеющей две обмотки 2. Одна обмотка используется для прямого включения, а другуя для обратного (отбоя). В магнитную систему входят также полюсные наконечники 3 П-образной формы, запрессованные с обеих сторон на концах сердечника, и якорь 4 Н-образной формы. Якорь состоит из постоянного магнита 5 и прикрепленных к нему двух стальных пластин 6 с двумя отверстиями 7.
При сборке магнитной системы якорь располагают между полюсами наконечников и в его отверстия вставляют цапфы планки 8 и накладки 9, после чего детали магнитной системы скрепляются между собой с помощью сварки. На концах якорных пластин расположены четыре толкателя со стеклянными шариками на концах. Контактная система реле, состоящая из двух контактных узлов, размещена на выводах цоколя 13, закрепленных с помощью стеклоизоляторов. Каждый контактный узел содержит два. неподвижных контакта 11 и подвижную контактную пружину 12 V-образной формы, которая в месте перегиба припаяна к выводу цоколя, а свободными концами опирается на неподвижные контакты.
Рис. 2. Конструкция реле РПС45
При работе реле каждый по диагонали расположенный на якоре толкатель своим шариком размыкает один из концов контактной пружины и неподвижный контакт. Размыкание обоих концов подвижных контактных пружин и неподвижных контактов происходит поочередно в зависимости от направления поворота якоря, т. е. от направления тока в обмотках, или в зависимости от включения прямой или отбойной обмоток.
Цоколь соединяется с магнитной системой путем сварки с отростками 10 в планке (накладке), входящими в пазы на цоколе. Сверху реле закрывается металлическим немагнитным кожухом и герметично запаивается. Производится также конструктивная модификация РПС45-1 с планарными выводами для их поверхностного монтажа на печатной плате.
Конструкция и технология производства ЭМР АООТ «Северная заря» постоянно совершенствуются, базируясь на современных контактных и конструкционных материалах, прогрессивных технологических процессах сварки, лазерной обработки, термовакуумной очистки и дегазации, химической очистки с использованием особо чистой воды и др.
©2021 АО НПК «Северная заря».
Россия, Санкт-Петербург, Кантемировская ул. 7.
Телефон: +7 (812) 677-35-00.
Источник
Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле
Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле
Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле
Предисловие
Любое электромагнитное реле, как правило, состоит из трех основных частей (органов):
— воспринимающая часть (система) – это та часть реле, которая воспринимает управляющее воздействие (сигнал) и преобразует его в воздействие на промежуточный орган. В простейшем электромеханическом реле воспринимающей системой является катушка с обмоткой, надетая на ферромагнитный магнитопровод;
— промежуточный орган (передающая часть) – эта часть реле, которая при достижении управляющим воздействием заданной величины передает это воздействие исполнительному органу. В электромагнитных реле промежуточным органом, как правило, является якорь и связанные с ним толкатели;
— исполнительный орган – часть реле, осуществляющая, как правило, скачкообразное изменение управляемой величины. Исполнительным органом являются контакты реле.
В данной статье речь идет именно об исполнительном органе электромагнитных реле, а именно об электрических контактах. Если быть более конкретным, то в статье в краткой форме рассмотрены материалы, из которых изготавливаются контакты реле, которые непосредственно соприкасаются друг с другом. В статье не описаны материалы, из которых изготовляются контактные пружины, это отдельная большая тема, и о них я напишу в другой статье.
О параметрах (сопротивление, коммутируемые токи и т.д.), износе контактов, форме, конструкции и размерах контактов электромагнитных реле, а также о других частях электрических реле мы также поговорим в других статьях.
Электрические контакты, применяемые в электрических аппаратах, к которым относится реле, различаются между собой по принципу действия и конструкции и в соответствии с этим могут быть разделены на три основные группы:
— неподвижные;
— разрывные контакты;
— скользящие контакты.
Наибольшую группу представляют собой разрывные контакты, применяемые в электрических реле, контакторах, переключателях, включателях и других электрических аппаратах. В замкнутом, неподвижном состоянии разрывные и скользящие контакты, очевидно, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к неподвижным контактам.
Характер износа разрывных контактов существенно зависит от величины коммутируемых мощностей, тока и напряжения.
По величине коммутируемой мощности разрывные контакты разделяются на маломощные (слаботочные), средненагруженные и высоконагруженные (сильноточные).
К электрическим разрывным контактам предъявляются следующие основные требования: очень малое и постоянное по величине переходное сопротивление, малая эрозия и коррозия, большая износоустойчивость, малая склонность к иглообразованию и привариванию, высокая электро- и теплопроводность, высокая температура плавления, отсутствие искажений при работе (отсутствие дребезжания контактов), большая надежность и большой срок службы.
Таблица 1. Характеристики материалов, применяемых для изготовления контактов реле
| Наименование материала | Марка | Плотность γ, г/см 3 | Температура плавления θ,° С | Твердость по Бринеллю нВ, кг/мм 2 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Серебро | Ср999 | 10,5 | 961 | 0,0159 | 4,16 | 17-37 | 22-35 |
| Серебро-медь | СрМ900 | 10,35 | 778 | 0,020 | 3,45 | 27-58 | 62 |
| Платина | Пл99,8 | 21,45 | 1773 | 0,106 | 0,70 | 20-36 | 40-90 |
| Платина-иридий | ПлИ-10 | 21,54 | 1780 | 0,245 | 0,40 | 39-69 | 110-180 |
| Платина-иридий | ПлИ-20 | 21,63 | 1815 | 0,3 | 0,17 | 60-100 | 170-250 |
| Платина-иридий | ПлИ-25 | 21,7 | 1840 | 0,33 | 0,3 | — | 220 |
| Платина-родий | ПлР-10 | 20,0 | 1825 | 0,19 | — | 33 | 80 |
| Платина-осмий | ПлО-7 | 21,7 | 1820 | 0,40 | — | — | 250 |
| Палладий | Пд99,8 | 12,6 | 1554 | 0,107 | 0,71 | 20-37 | 40-100 |
| Палладий-иридий | ПдИ-10 | 12,74 | 1580 | 0,27 | — | 35-60 | 100-175 |
| Палладий-серебро | ПдСр-40 | 11,46 | 1335 | 0,40 | 0,27 | 39-72 | 120-175 |
| Палладий-медь | ПдМ-40 | 10,4 | 1200 | 0,35 | — | 63 | 130-220 |
| Золото | Зл999 | 19,3 | 1063 | 0,022 | 3,1 | 14-26 | 20-70 |
| Золото-никель | ЗлН-5 | 18,3 | 1000 | 0,123 | — | 30-70 | 100-170 |
| Золото-платина | ЗлПл-7 | 19,49 | 1080 | 0,102 | — | 20-60 | 40-120 |
| Вольфрам | Вч | 19,3 | 3400 | 0,056 | 1,7 | 130-280 | 250-400 |
| Рений | — | 21,0 | 3170 | 0,205 | 0,71 | 115-240 | 250-600 |
| Молибден | Мч | 10,2 | 2620 | 0,052 | 1,46 | 70-200 | 140-300 |
| Иридий | И99,7 | 22,4 | 2454 | 0,055 | 0,59 | 23 | 170-275 |
| Рутений | Ру99,7 | 12,2 | 2450 | 0,082 | — | — | 220-360 |
| Осмий | — | 22,6 | 2700 | 0,095 | — | — | 250-440 |
| Родий | Рд99,7 | 12,41 | 1966 | 0,049 | 0,88 | 40-100 | 115-390 |
| Никель | Н1 | 8,9 | 1452 | 0,08 | 0,83 | 40-50 | 68-78 |
Для контактов реле, работающих при небольших токах, меньше тока возникновения дуги (слаботочные контакты), применяются драгоценные металлы: серебро, платина, палладий, золото и сплавы на их основе.
Для контактов электрических реле, работающих при токах, превышающих ток возникновения дуги, наиболее подходящими являются твердые и тугоплавкие металлы и их сплавы типа твердых растворов: вольфрам, рений, молибден, платина-иридий, палладий-серебро и тому подобные материалы.
При больших токах металлы и их сплавы оказываются недостаточно износоустойчивыми, они быстро окисляются, оплавляются, имеют большой износ вследствие испарения и разбрызгивания и обладают способностью свариваться. В таких случаях обычно используются двухфазные системы, так называемые композиции.
Характеристики некоторых контактных материалов даны в таблице 1.
Далее рассмотрим конкретные материалы, используемые для изготовления контактов реле, их особенности, достоинства и недостатки.
Контакты реле из серебра и сплавов на его основе.
Благодаря низкому контактному сопротивлению, высокой электропроводности и теплопроводности, хорошим технологическим свойствам и невысокой стоимости серебряные контакты получили наибольшее распространение почти во всех типах электрических реле.
Драгоценный металл серебро для контактов реле в основном применяется нескольких марок:
— технически чистое серебро 99,9% (Ср99,99 или Ср999);
— серебряно-медный сплав 92,2-92,8% серебра – 6,98-7,69% меди (СрМ92.5);
— серебряно-медный сплав 89,7-90,3% серебра – 9,48-10,19% меди (СрМ90 или СрМ900);
— серебряно-палладиево-магниевый сплав 77,65-81,9% серебра – 18-22% палладия – 0,1-0,35% магния (СрПдМг20-0,3);
Контакты из сплава СрМ900 встречаются, например, у таких реле как РЭН-18, РЭН-19, РЭН-20, РКС-3, МКУ-48, РА-1, РА-2, РАД-4П и других.
Сплав СрПдМг20-0,3 пришел на смену более дорогому сплаву ПлИ-10 и стал применяться в реле РЭС-8, РЭС-9, РЭС-10, РПС-34, РПС-36, РКМП, РЭА-11, РПС-58, РЭС-90 и других.
Под действием электрических разрядов серебро окисляется (темнеет), но окислы серебра электропроводны и легко диссоциируют (растворяются) при невысокой температуре приблизительно 150-200° С.
Поэтому окисление почти не сказывается на величине (устойчивости) сопротивления серебряных контактов реле за исключением случаев с очень малым контактным давлением.
В присутствии кислорода и влаги серебро взаимодействует с сероводородом, следы которого всегда имеются в воздухе, образуя черно-серую пленку сернистого серебра, обладающего очень большим сопротивлением. Эта пленка может достигать достаточно большой толщины, чтобы нарушить проводимость контакта реле. Поэтому серебряные контакты не рекомендуется применять при малых контактных давлениях (менее 5 Г) и напряжении коммутации меньше 7-10 В.
Содержащие серу материалы (например, вулканизированная резина, эбонит и т. п.) не следует помещать вблизи серебряных контактов. Сухой сернистый газ не действует на серебро.
Недостатком серебра является его свариваемость при коммутации больших токов (> 20 А).
Примесь меди увеличивает твердость и понижает эрозию серебра, но при образовании дуги сплавы серебра с медью сильно окисляются, и контактное сопротивление при малых давлениях становится неустойчивым.
Контакты реле, изготовленные из сплава серебра с кадмием, предназначены для средних нагрузок. Применение сплавов серебра с кадмием для контактов малой мощности несколько уменьшает иглообразование, но не дает никаких преимуществ в отношении эрозии и сваривания.
Пружинно-контактные сплавы на основе серебра:
— серебряно-магниево-никелевый сплав 99% серебра – 0,15-0,32% магния – 0,1-0,25% никеля (СрМгН-99 — тройной сплав);
— золото-серебряно-магниево-никелевый сплав 1,5-2,0% золота – 98% серебра – 0,15-0,32% магния – 0,10-0,25% никеля (ЗлСрМгН-2-97 — четверной сплав);
— серебряно-магниево-никелево-циркониевый сплав 99% серебра – 0,15-0,32% магния – 0,1-0,25% никеля – 0,03 — 0,3 цирконий (СрМгНЦр-99 — четверной сплав).
Такие пружинно-контактные сплавы обладают хорошими пружинными и контактными свойствами. Эти сплавы применялись для изготовления контактов миниатюрных и сверхминиатюрных электромагнитных реле, например, таких как РЭК-21, РЭК-23, РЭС-47, РЭС-49, РЭС-53, РЭС-54, РЭС-59, РЭС-60, РЭС-79, РЭС-80, РЭН-34, РПС-42, РПС-43, РПС-45, РПС-46, РПА-14 и других реле.
Фотография 1. Контактная система реле РЭС-47, выполненная с применением пружинно-контактного сплава СрМгН-99
Пружинно-контактные сплавы используются для коммутации широкого диапазона токов и напряжений, обладают повышенной износостойкостью и обеспечивают более стабильное сопротивление цепи и контактов.
Применение пружинно-контактных сплавов позволяет отойти от традиционной конструкции контактов реле, состоящих, как правило, из контактной пружины с вклепанными или приваренными контактами.
Вместо этого изготавливается одна деталь, совмещающая в себе функции контакта и пружины. При этом уменьшаются габариты контактных систем и повышается их устойчивость к внешним механическим воздействиям.
Контактные пружины, изготовленные из этих сплавов, приобретают максимальные упругие свойства после термообработки на воздухе при температуре 700-730° С (внутреннего окисления). При температуре окисления ниже 650° С сплавы склонны к хрупкому разрушению. Повышение пластичности сплава (отпуск) достигается нагревом при 800° С в течение 10 минут.
При длительном нахождении на воздухе пружины из этих сплавов становятся хрупкими, поэтому их следует применять в герметичных реле, заполненных инертным газом.
Твердость внутриокисленных сплавов сохраняется при температурах до 400° С, в то время, когда твердость негартованных материалов резко падает уже при температуре 200° С. Релаксационная стойкость внутриокисленных сплавов при 200° С в течение 100 часов выше, чем у бериллиевой бронзы, применяемой для изготовления контактных пружин обычных электромагнитных реле.
Сплавы, содержащие золото (ЗлСрМгН-2-97) и цирконий (СрМгНЦр-99), имеют меньшую релаксацию напряжений, больший предел прочности и меньшую склонность к хрупкому разрушению, но сплав, содержащий цирконий, непригоден для коммутации малых напряжений и токов и отличается повышенным распылением при нагрузке 0,3 ампера 250 вольт.
Сплавы на основе серебра, магния и никеля (СрМгН-99) не имеют склонности к иглообразованию, поверхность контактов реле из этих сплавов изнашивается равномерно, и поэтому они позволяют коммутировать сравнительно большие токи (1,2 А и 30 В) при очень малых расстояниях между контактами (0,05-0,15 мм).
Удельное сопротивление этих сплавов в два раза меньше, чем у бериллиевой бронзы, поэтому пружины из сплава СрМгН-99 допускают в 1,4 раза больший предельный ток.
Источник