Логическая часть схем управления может быть выполнена на обычных контактных электромагнитных реле. Этот вид аппаратуры наиболее распространен в системах управления компрессорными станциями. Многолетний опыт эксплуатации показал, что контактная аппаратура обладает существенными недостатками, что в ряде случаев делает желательной замену ее более надежными бесконтактными элементами. К числу этих недостатков относятся: 1) необходимость систематического обслуживания (чистка, промывка, регулировка контактов, замена изношенных); 2) износ подвижных частей реле; 3) сравнительно большие размеры; 4) большие времена срабатывания и отпускания якоря; 5) критичность к вибрациям и ударам; 6) недопустимость установки открытых контактных устройств во взрывоопасных и запыленных помещениях.
С другой стороны, контактные электромагнитные реле привлекают простотой схем, дешевизной, а также наглядностью, что особенно важно при малоквалифицированном обслуживающем персонале. Кроме того, эти реле позволяют: 1) кондуктивно разделять входные и выходные цепи; 2) осуществлять при помощи одного реле коммутацию нескольких независимых цепей; 3) обеспечивать большой коэффициент усиления по мощности; 4) обеспечивать кратность тока близкую к бесконечности; 5) создавать системы управления достаточно устойчивые к внешним электрическим помехам.
Контактные электромагнитные реле выпускаются промышленностью в широком ассортименте, удовлетворяющем практические потребности многих систем управления.
Недостаточная надежность открытых контактных групп у обычных электромагнитных реле привела к попыткам улучшения этого наиболее уязвимого узла. Было ясно, что существенное усовершенствование может быть достигнуто при герметизации контактов. Однако здесь возникли и значительные конструктивные трудности. Были предприняты попытки герметизировать весь электромагнитный механизм, включая обмотки, магнитопровод, изоляцию и т. д. (например, реле РМУГ). При этом быстро убедились, что срок службы контактов практически не возрастает, так как абсорбированные в обмотках, изоляции и магнитопроводе газы, выделяясь в ограниченном герметизированном пространстве, создают концентрации, достаточные для возникновения коррозии контактирующих поверхностей, и приводят к разрушению контактов. Потерпели также неудачу попытки герметизировать только контакты, главным образом из-за конструктивных трудностей передачи движения от якоря.
После упорных поисков было найдено принципиально новое решение, заключающееся в том, что контактные пружины одновременно являются и магнитопроводом. Для этого их стали выполнять из ферромагнетиков, что позволило герметизировать контактную систему и одновременно избавило от механической передачи для приведения в движение контактирующих тел. Эти контактные устройства были названы магнитоуправляемыми контактами (МУК) или герконами, они получили широкое распространение во всех промышленноразвитых странах.
Своим успехом МУК обязаны преимуществам по сравнению с открытыми контактными системами: 1) увеличением срока службы контакта до 107—108 циклов срабатываний, т. е. в 10—100 раз; 2) сокращением времен срабатывания и отпускания до 0,5—1 мсек, т. е. примерно в 10 раз. Таким образом, МУК по своим свойствам занимают промежуточное место между обычными контактными и бесконтактными элементами.
Конструктивно МУК выполняется в форме цилиндрического баллона (колбы) из кварцевого стекла диаметром от 2,5 до 5 мм и длиной от 20 до 50 мм. В баллон с торцов впаиваются электроды из пермаллоевой ленты, образующие контактные пружины. Состав стекла и марка пермаллоя (низконикелевый, В = 1,3 тл, Нс = 6,5-10 а/м) подбираются так, чтобы их коэффициенты линейного расширения были одинаковы. Это обеспечивает герметизацию в местах впая электродов. Контактирующие концы электродов покрываются слоем диффузного золота, родия, серебра или сплавов, обеспечивающих малое переходное сопротивление контакта при небольших контактных давлениях. Баллон заполняется чистым азотом, водородом или смесью азота с водородом (3%).
Рис. ΙΙΙ.3. Замыкающие магнитоуправляемые контакты, работающие в продольном (а) и в поперечном (б)
Схематически МУК представлен на рис. III.3, а. При обтекании обмотки w током возникает магнитный поток, замыкающийся через контактный зазор. Под действием силы магнитного притяжения в рабочем зазоре пермаллоевые контактные пружины замыкаются, образуя надежный контакт. Обесточивание обмотки приводит к размыканию контактных пружин под действием сил упругости. В рассматриваемом МУК магнитное поле направлено параллельно оси баллона (продольное поле). МУК может управляться и с помощью обмоток, расположенных на выходах электродов, но форма контактных пружин в этом случае изменяется (см. рис. ΙΙΙ.3, б). В рабочем зазоре магнитное поле направлено перпендикулярно к оси баллона (поперечное поле). Обычно в большинстве современных МУК используется продольное поле и только в некоторых специальных видах контактов, например поляризованных и дифференциальных (шариковых), применяется поперечное поле.
Размыкающий контакт представлен на рис. III.4, а. При возникновении магнитного поля продольный поток проходит по обоим электродам, обусловливая их взаимное отталкивание и размыкание контакта. Переключающий контакт (см. рис. III.4, б) имеет один немагнитный неподвижный электрод 1, к которому при отсутствии тока в обмотке прижимается подвижный 2, образуя размыкающий контакт. Замыкающий контакт 3 по своему действию не отличается от контакта, показанного на рис. III.3, а.
Рис. III.5. Управление несколькими МУК от одной общей обмотки.
Рис. III.4. Размыкающий (а) и переключающий (б) МУК.
При помощи одной обмотки можно управлять одновременно несколькими магнитоуправляемыми контактами. Внутрь катушки помещают обычно два или три контакта, получают многоконтактное магнитоуправляемое реле с внутренним расположением контактов. На рис. III.5 представлена одна из разновидностей реле с внешним расположением контактов. На цилиндрический сердечник 1 надета обмотка 4, создающая при включении поток Фэ, замыкающийся через несколько МУК 3, расположенных по окружности между ферромагнитными фланцами 2.
В многоконтактных магнитоуправляемых реле магнитодвижущую силу, приходящуюся на каждый МУК, нужно увеличить по сравнению с одноконтактными, так как при некоторой разновременности замыканий отдельных контактов ранее замкнувшийся шунтирует магнитную цепь, уменьшая тем самым величину магнитного потока, проходящего через остальные.
На рис. III.6, а показан поляризованный МУК. Он требует наличия одновременно как продольного Ф2, так и поперечного Φ1 потоков. Один из них имеет постоянное направление, а направление другого (Φ1) можно менять на обратное. Продольный и поперечный потоки, проходя через рабочий зазор, взаимодействуют, складываясь в одной половине зазора и вычитаясь в другой. Благодаря этому в зависимости от направления потока Ф1 язычок будет притягиваться либо к левому, либо к правому неподвижному контакту.
Дифференциальные МУК известны в двух исполнениях: плунжерном (рис. III.6, в) и шариковом (рис. III.6; в). В плунжерном предусмотрены две отдельные обмотки (по одной для каждой из сторон). В зависимости от того, какая из обмоток обтекается током, плунжер втягивается в нее и замыкает соответствующий контакт. Шариковое исполнение требует наличия поперечных полей, создаваемых обмотками на выводах.
Рис. III.6. Поляризованный (а) и дифференциальные плунжерный (б) и шариковый (в) МУК.
Шарик выполнен из ферромагнетика и притягивается к левым или правым электродам, обмотки которых обтекаются током (независимо от его направления). Чтобы исключить влияние силы тяжести, дифференциальные МУК надо устанавливать горизонтально.
У большинства типов МУК коммутируемая на контакте мощность составляет в зависимости от типоразмера От 3 до 20 вт. Для более мощных цепей разработаны и производятся магнитоуправляемые контакты с ртутным заполнением, способные коммутировать мощность до 200 вт. Токи контактов сухого типа лежат в пределах от 0,1 до 1 а, напряжения — от 25 до 250 в. По литературным данным, имеются высоковольтные МУК, способные работать при напряжениях до 5000 в.
Кроме рассмотренных МУК, на которых могут быть осуществлены режимы повторителя или инвертора, имеются предназначенные для работы в режиме триггера специальные магнитоуправляемые реле, получившие название ферридов. Триггерный режим достигается изготовлением внешнего магнитопровода из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса, благодаря чему магнитопровод сохраняет состояние намагниченности и после снятия внешнего поля. Получили распространение две разновидности ферридов: последовательные (рис. ΙΙΙ.7, а, б) и параллельные (рис. III.7, а, г).
Последовательный феррид снабжен внешним магнитопроводом с двумя обмотками: подмагничивающей w2 и управляющей w1,причем направление тока в последней может меняться. Величины м. д. с. этих обмоток рассчитаны таким образом, что при совпадении потоков Φ1 и Ф2 (см. рис. III.7, б) сердечник насыщается, и в силу прямоугольности гистерезисной петли индукция насыщения практически сохраняется после отключения обмоток. Это обеспечивает замкнутое положение контакта. Для отключения необходимо изменить направление тока в управляющей обмотке.
Потоки станут встречными, сердечник размагнитится, контакт разомкнется и после прекращения тока в обмотках останется в этом состоянии (см. рис. III.7, а).
Параллельный феррид требует наличия двух сердечников, обладающих прямоугольной петлей гистерезиса, причем МУК является общей частью магнитопровода для обоих сердечников. На один из сердечников нанесена подмагничивающая обмотка, а на другой — управляющая. На рис. III.7, в показано направление потоков, отвечающее разомкнутому состоянию контакта, а на рис. II 1.7, г — замкнутому. Сердечник с подмагничивающей обмоткой может быть заменен постоянным магнитом.
Магнитоуправляемые контакты значительно расширяют возможность применения контактных устройств в системах управления ГТУ, ио вопрос об их широком внедрении должен решаться с учетом наличия более надежных, хотя и более сложных и дорогих, бесконтактных элементов, выпускаемых в широком ассортименте.
