Мини-лекции. Коммутирующие устройства

   Тема лекции о том, чем мы с Вами пользуемся практически каждый день. Конечно если Вы живёте в собственном доме или квартире , а не в шалаше и дремучем лесу?! Разговор о электрических контактах и том кто их замыкает-размыкает?! Помните стандартную отмазку пожарных дознавателей?.. Чуть-что, — короткое замыкание!!! И поди докажи, что замкнуло до того как, или после?! Итак про контакты замолвить слово!

   Для расширения Вашего кругозора на рис2а разновидности этих контактов (естественно пар.), тех самых которых Вы и замыкаете-размыкаете, пользуясь выключателями. Хотя справедливо их называть переключателями. Ну, дык! Заодно посмотрите на рис2е. Это при увеличении так выглядит тот самый контакт двух металлических поверхностей?!

   Казалось бы, что там такого в каких-то контактах? Соединил и всё! Всё, да не совсем всё!?! Как и видно из рис2е казалось бы такая большая площадь соприкосновения, а на самом деле? В лучшем случае 10% задействовано?! И что теперь? Нужно увеличить давление на контакты. Во-первых, частички металла будут сплющиваться, во-вторых, плёнка окислов металла начнёт разрушаться. Оба фактора приведут к увеличению площади и уменьшению так называемого переходного сопротивления, сопротивления слоя соприкосновения! А уменьшение сопротивления ведёт к уменьшению нагревания перехода. При высоких температурах процесс окисления ещё в большей степени начнёт развиваться. Вот почему на всех коммутирующих элементах указывают максимально допустимый ток.

   Чтобы снизить все риски, контакты изготовляют из сплавов менее подверженных коррозии, всяким окислениям. А для очень важной и точной аппаратуры применяют даже благородные металлы и их сплавы, в том числе и золото! Кроме того, чтобы каждый раз при переключении удалять плёнку окислов делают контакты скользящие и врубающегося типа как на рис1а,b,c применяемых в переключателях...

   ТУМБЛЕРА

   Это наверное самый популярный вид коммутационных элементов. Да, разве, что так называемые выключатели, хотя они всё-таки переключатели. Вот как пример на рис6,7 Вы их и видите эти тумблера. На рис7 слева, старого образца типа ТВ2-1, а рядом нового поколения. На рис6 микротумблер справа МТ-1, слева кнопка (тот же тумблер) КМ1-1. Контактное устройство одно и тоже. Разновидностей этих тумблеров множество, на все случаи жизни... Что характеризует его, тумблер от простых переключателей? Быстродействие и независимое от пользователя. По сути это триггерная система, переходящая из одного устойчивого состояния в другое и тоже устойчивое. В нашем случае либо: замыкание-размыкание, либо размыкание одной пары контактов и замыкание другой. Вот такой ископаемый экземпляр (ТВ2-1) мы и рассмотрим. Правда он не очень похож?.. Но главное Вам понять принцип этой триггерности.

   Итак рис2d. На «дне» корпуса лежит переключающий валик. В него через изолированную прокладку давит пружина. Другим концом она упирается в закруглённый конец рычага голубого цвета. При переводе рычага в левое положение, нижний конец начинает двигаться вправо. Пружина начинает сжиматься. В момент когда нижний конец рычага достигает точки [0], пружина до того прижимающая валик к контактам меняет своё положение и начинает отталкивать валик влево. В результате валик мгновенно перемещается до упора. В нашем случае замыкает левую пару контактов. Аналогично всё действует в обратном порядке.

   Для большей ясности на рис2с тот самый переключающий валик. Как видите по центру выборка с уменьшением диаметра. На рис2b чертёжик реального узла тумблера. Голубого цвета пластиковый стакан. На дне стакана как единое целое параллелепипед со скошенными гранями и выемкой на конце. Толщина параллелепипеда равна ширине выемки валика. Сверху, на пружину одет металлический колпачок с вогнутым дном. Так, что валик всё время находится под влиянием сжатой пружины. А, уж рычаг через верхний колпачок и пружину управляет всем этим замыканием-размыканием. Вот такой процесс.

   ГАЛЕТНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

   Галета, от французского galette «лепёшка». Ну, французам виднее... Для нас галета это основная составляющая галетных переключателей. Вот на рис1g Вы и видите эту галету. А, на рис1f и сам переключатель с одной галетой. Вообще-то их, этих галет может быть и больше. Так на моей радиостанции их 9 штук, а длина переключателя около 30см.! Но это так сказать, на заказ. Существуют переключатели и меньших размеров. Правда несколько в другом исполнении.

   Как это устроено? На рис1а показаны контакты того самого галетного. Они тпа врубающихся, как нож врезается между двух сферических контактов. На рис1b фрагмент, нож ещё не вошёл в контакты, а на рис1с уже вошёл. Пока конечно не совсем ясно, но... Но продолжим. Сама галета состоит из двух частей, основой которых является белая керамика. Неподвижная часть, сама галета имеет такую, несколько овальную форму. Представляет собой как бы кольцо с фигурными вырезами. По окружности кольца расположены те самые контакты со сферическими кончиками. Контакты разные по длине и их число (длинных) может быть разное. Всё зависит от того какие функции будет выполнять переключатель. Второй частью галеты, подвижной является диск из той же керамики. На диске закреплены металлические кольцеобразные контакты-посредники. На рис1g я их несколько высветил. Как видите это не кольцо, а отрезки кольца. Почему? Так надо. Если Вы внимательно посмотрите, то оказывается короткие контакты эти полуколец не касаются, а длинные всегда. А, вот коротких контактов полукольца касаются своими выступающими ножами как на рис1b,c. При вращении подвижной части ножи постоянно соединины с одним из длинных контактов, но по очереди они соеди няются с короткими. С лицевой стороны (для Вас) эти полукольца упираются на керамические выступы неподвижной части. А вот с тыльной их удерживаю гетинаксовые диски. Так, что удрать им просто так не получится!

   На рис1g только один вариант, вообще их по стандарту 4. Вот все варианты Вы и видите в условном отображении на рис1d. Первый вариант (слева-направо) Имеет 11 положений и только одно направление! То есть сигналы с каждого из 11 положений направляются только в одно направление. Контакты положений зелёные, направлений чёрные. Такой вариант обзывается как 11П1Н. Второй вариант наш. 5 положений и два направления 5П2Н. Следующий 3П3Н. И последний 2П4Н. Думаю Вы поняли систему?! Да по заказу могут сварганить всякие другие варианты, и не совсем стандартные.

   Перейдём к железячной части переключателя. На рис1f переключатель в сборе, а на рис1 железяка, вид снизу. По центру заклёпана втулка с резьбой. Через втулку проходит ось на которой жёстко закреплен фигурный диск фиксатора. На рис1е Вы и видите эту «ромашку». Справа в углубление «ромашки» упирается стальной шарик прижатый плоской пружиной. При повороте оси «ромашка» перекатывается через шарик, и фиксируется. Ограничение всех поворотов осуществляется выступом на «ромашке». Для Вас он слева, внизу. То есть при повороте оси против часовой стрелки он упрётся в держатель шарика. А если его нужно ограничить при повороте по часовой существует съёмный ограничитель. На рис1е в него упирается выступ «ромашки», а на рис1f на него указывает зелёная стрелка. Чёрная на держатель (пружину) шарика. Ограничитель можно переставлять и фиксировать в одном из специальных отверстий. Подвижные части насаживаются на ось посредством прорезей, фигурных отверстий. Либо непосредственно, либо с помощью пружинящих скобочек. Если внимательно вглядеться, то на рис1g они следка видны.

   ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

   Само слово РЕЛЕ пришло из Запада, точнее Франции и означало «сменить лошадей». Это сейчас в дальней дороге, на авто: залил на заправке карасину, пнул ногой по колесу и погнал дальше... А, в старину всё на лошаках... И стало быть отдых им нужен и тд! Поэтому их и меняли на релейных станциях. В современных понятиях это называется ехать на перекладных. То есть, с пересадками. А причём эти самые реле? Кто-то ВУМНЫЙ пришпандорил слово к железяке?! Она ведь тоже меняет что-то, где-то?! Причём быстро своим переключением, включением... Но, это так, к слову...

   Электромагнитные реле наверное самые первые из всех появились на свет?! Да, их сейчас превеликое множество как наших, отечественных так и импортных. Но как бы они внешне не выглядели всех их условно можно привести к одному виду на рис8. Да, это всего лишь чертёж, разрез, но нам ведь нужно понять, что есть, что? Итак на рис8a,е,f магнитопровод где:

 f — неподвижная часть;
 е — сердечник;
 а — подвижная часть (якорь).
 На сердечник одета катушка с обмоткой электромагнита рис8d. При включении электромагнита к источнику ПОСТОЯННОГО тока, якорь своим верхним плечом притягивается к вершине сердечника. На нижнем конце якоря прикреплен толкатель (изолятор) рис8b, который прижимает контакт с к другому контакту. Тем самым замыкая цепь и включает в работу какое либо устройство. В общем виде количество контактов может быть более чем на рисунке, в зависимости от предназначения реле? Вот на рис1f,g,h показаны виды контактов. На рис1f — контакты замыкающие (толкатель пурпурного цвета), рис1g — размыкающие, рис1h — размыкающие-замыкающие (переключающие). И вдобавок, на одном реле могут присутствовать все одновременно, в разных вариациях!

   А, как же быть с переменным током? Ведь пружинящий контакт всё время старается вернуть толкатель и якорь обратно, само-собой. А при переменном токе как раз при смене полярности, магнитное поле меняется... Стало быть дребезг якоря и разрыв контактов... Кроме того, в сердечнике (и вообще в магнитопроводе) возникают большие вихревые токи, приводящие к сильному нагреву самого реле! Вот тут изобретатели и пошли на хитрость рис8g,h. На рис8g, Вы видите решение, для уменьшения вихревых токов магнитопровод выполнен не сплошной, а набор из тонких листов. Кроме того, что важнее, на одном конце магнитопровода размещён виток медного, толстого проводника (кольцо). Это своего рода тормоз. Из-за его присутствия в этой части магнитопровода магнитный поток оказывается сдвинутым по фазе (из-за торможения) по отношению к основному. И как итог, — магнитное поле никогда не доходит до нулевого значения. Якорь держится постоянно в соединении с сердечником! Для лучшего восприятия торцы сердечника (магнитопровода) на чертеже высветлены. Такого типа, но большегабаритные реле называют пускателями. Как правило они рассчитаны на высокие напряжения и токи!

   И как пример на рис9, Вы и видите «старинное» реле РЭС-22. Внизу рис9а два вывода от обмотки электромагнита. В верхней части контакты переключений... Их, четыре группы переключающих контактов, таких как на рис1h. В зависимости от модификаций такие реле обеспечивают коммутацию напряжений до 300 В. (ток = 0,3А) или ток до 3А (напряжение 30В).

   ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ РЕЛЕ

   Такого типа реле несколько другого устройства, принципа и понимания для простого обывателя. Тот кто учился в школе (если конечно помнить о таком факте?), то помнит школьные звонки (шоб они сгорели)?! Вот такие громкие и есть те самые реле. Правда вместо переключений бьют молоточком по чашкам звонка. Аналогичные звонки и в телефонах-вертушках СССР-овских времён. В чём же отличие от простых и понятных электромагнитных? Посмотрите на рис3. Это функциональная схема одного из вариантов поляризованного реле. И вообще причём здесь поляризация? Если раньше (в электромагнитных), нет тока в катушке электромагнита, контакты в одном стабильном положении! Есть ток, — в другом! В поляризованном (в разных вариантах-модификациях) при отсутствие тока может находиться в нейтральном положении контакты вообще не при делах (сачкуют!) При появлении постоянного тока одной полярности замыкаются одни контакты, при смене полярности другие. Как это работает?

   Весь магнитопровод состоит из трёх частей: неподвижной в виде буквы П-оборотной; подвижной, якоря вращающегося на оси и магнита. Магнитное поле постоянного магнита разделено на два потока Фм1 и Фм2. Их направление показано стрелочками. Две катушки включены последовательно создают один поток ФL. Естественно при определённой полярности тока питающего электромагнит. Что мы имеем? В правом плече магнитопровода направление потока ФL и Фм2 совпадают, а в левом нет Они направлены в разные стороны. Поэтому сила общего магнитного поля правой половины сильнее левой и якорь притянется в правой части, по направлению красной стрелки. Общий контакт соединится с верхним контактом. При смене полярности тока, всё будет наоборот, сила левой части будет больше. Притяжение якоря по синей стрелочке. При отсутствии тока якорь будет находиться в безразличном состоянии, что ни есть хорошо?!! Поэтому якорь удерживают в нейтральном положении упругостью пружин. Да, конструкции могут быть разными, но принцип остаётся неизменным.

   Как пример, на рис4 два вида поляризованных реле «старинное» (телеграфное) РП4 и более современное РПС-45. Кому интересно зайдите в поисковик, там их мулльён фоток... Если подать переменный ток в катушки электромагнита, реле весело задребезжит. Поставив на месте крайних контактов чашечки звонка, получим модель нашего школьного звонка.

   ГЕРКОНОВЫЕ РЕЛЕ

   Геконовое от слова ГЕРКОН, а оно в свою очередь АКРОНИМ, своего рода аббревиатура от греческих слов: ВЫСШИЙ, КРАЙНИЙ и ИМЯ. По-русски и без мата, всего лишь герметичный контакт! Стеклянная колбочка с упругими контактами из ферромагнитных материалов. В исходном состоянии они разомкнуты. При помещении их в магнитное поле контакты намагничиваются и притягиваясь друг к другу «слипаются» в смысле замыкаются. На рис5 Вы и видите условную схему такого реле и ниже сам геркон с двумя выводами. В схеме показан постоянный магнит, это для реле с размыканием. Пока в катушке электромагнита отсутствует ток, магнитное поле магнита заставляет контакты геркона оставаться замкнутыми. При включении тока способного создать магнитное поле противоположное магниту, контакты разомкнутся. Есть и переключающиеся реле и всякие другие электро-магнитные извращения... На рис5а, в разных эротических позах классика, — герконовое реле РЭС-55А. Оно переключающееся (5 контактов!). В разных модификациях рабочее напряжение для обмоток электромагнита управления от 3 до 48 вольт. Без всяких электронных схем такие герконовые штучки Вы могли видеть в роли датчиков охранной сигнализации на дверях или окнах объектов охранения. Сам геркон в пластиковой коробочке на оконной (дверной) коробке. На самой двери магнит. Пока дверь закрыта, контакты замкнуты. Как только, так сразу, сигнализация сработала!

   Довелось мне работать в одной полувоенной конторе. Однажды хозяин оружейной (по-русски) комнаты убыл к едрене-фене и сдал комнату под охрану (милиции наверное?)! Но пришёл к нам официальный идиот... Есть такие, считающие себя пупом земли и ваааще!!! Дёрнулся в комнату , а она закрыта. А так как он идиот, саданул по верху двери типа: «Открывай собака!!!» Дверь старая с люфтиком и слегка отошла... ГЕРКОН сработал... Через пять минут охрана приехала. И не просто так, а с автоматиками... Положила всех мордой на пол и того идиота тоже!!! Бурные, продолжительные аплодисменты!!!

   Тут и сказке конец, а кто слушал, надеюсь хоть что-то полезное для себя узнал?!!