Современная электроника №3/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 82 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 ную рекомендациюможно считать уни- версальной и пригодной для герконов любого типа. На основе построенных графи- ков [9], в соответствии с изложен- ным в теоретической части рабо- ты подходом, определим значение I з и особенности режима срабатыва- ния для исследуемого образца гер- кона. Ему будет соответствовать ток I з =1,1 × I c = 0,97 А, t пк = 0,8 мс, t зк = 1 мс, Э зк = 1,22 А 2 •мс. Представленный пример демонстри- рует общий подход к эксперименталь- ному определению оптимального тока срабатывания геркона по критерию минимизации отскоков контактов и энергетических затрат на единичное срабатывание. Оптимизация управления м.д.с. при коммутации контактной пары в герконе Очевидно, что после завершения смыкания контактов геркона нет необ- ходимости поддерживать м.д.с., т. е. ток в катушке, на уровне, необходимом для срабатывания, т. к. это не даёт реши- тельно никаких преимуществ, но тре- бует затрат энергии и повышает общее тепловыделение в аппаратуре. Сокра- щение энергопотребления может быть достигнуто, если после замыкания кон- тактов ток катушки будет с некото- рым запасом превышать значение I o , гарантирующим сохранение их сце- пления за счёт магнитных сил, в т. ч. при воздействии вибрации и ударов. В нормальных условиях применения этот запас можно оценить на уровне 20…25%, что согласно (2) [9] соответ- ствует полуторакратной избыточно- сти силы взаимного притяжения кон- тактов. Таким образом, ток удержания целесообразно выбирать на уровне I у = (1,2…1,25) × I o . Оптимизация управления м.д.с. должна быть реализована так, чтобы достигался выигрыш по энергети- ке. При этом не должны проявлять- ся какие-либо негативные эффекты, нивелирующие достоинства управ- ления м.д.с. Ясно, что изменение зна- чения тока в катушке с I з на I у через время t зк может быть осуществлено по схеме, содержащей как минимум таймер и твердотельный переключа- тель, но такое решение ведёт к сни- жению надёжности и стоит намно- го больше, чем катушка и геркон. Для разрешения данного противоре- чия следует учесть, что в ходе сближе- ния контактов ток может меняться во времени, как это, например, показано на рисунке 2в, когда он был отключён ещё до их первого касания. С учётом этого для управления м.д.с. может быть использована сравнительно простая схема, представленная на рисунке 9. В этой схеме использован необхо- димый минимум элементов, причём резистор R l задаёт активное сопро- тивление катушки геркона с индук- тивностью L . Используя операторныйметод расчёта переходных процессов [5], можно пока- зать, что при внезапном приложении напряжения E к такойцепи ток в катушке будет определяться уравнениемвида (5). Можно считать, что рассматриваемая цепь характеризуется двумя посто- янными времени – индуктивной τ L и ёмкостной τ С . Условие i ( t ) > I з долж- но выполняться в течение времени, исчисляемого единицами и десятка- ми миллисекунд, что должно быть обе- спечено значительной ёмкостью кон- денсатора C , причём τ С =C × R × R l /( R + R l ). С другой стороны, значение L при отсутствии в катушке магнитопровода оказывается малым, порядка 10 –5 …10 –4 Гн, и поэтому при характерных зна- чениях параметров цепи τ С >> τ L . Это позволяет перейти к существенно более простому, но приближённому уравнению вида: , где I п = E / R l – пиковое значение тока в катушке без учёта инерционности его нарастания; I у = E /( R + R l ). На основе уравнения (6) могут быть оценены номиналы элементов в схеме на рисунке 9. Если в процессе срабаты- вания геркона условие I з = (1,1…1,2) × I с выполняется, то, как это было показано в эксперименте, после достижения вре- мени t пк контакты претерпевают отско- ки и повторные соударения. Однако за счёт пониженной скорости первого соу- дарения этот процесс длится не более 0,4 × t пк , т. е. t зк ≈ 1,4 × t пк . В ходе таких соуда- рений на контакты действуют силы вза- ∅ ∅ R Катушка, формирующая магнитное поле для геркона R l E (t ≥ 0) L C i R (t) i(t) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0 0,8 0,8 1,05 мс t зк ( I k ) t р ( I k ) t пк ( I k ) 1,55 2,05 2,55 I k , А 1,3 1,8 2,3 2,8 0,6 0,4 0,2 I k , А 0,8 A 2 , c Э пк ( I k ) Э зк ( I k ) A 2 , c 1,3 1,8 0,01 2,3 2,8 0 1,05 2,5 × 10 –3 2 × 10 –3 2,25 × 10 –3 1,5 × 10 –3 7,5 × 10 –4 5 × 10 –4 1,75 × 10 –3 7,5 × 10 –3 2,5 × 10 –3 5 × 10 –3 1,25 × 10 –3 1 × 10 –3 1,55 2,05 2,55 Рис. 8. Зависимости, полученные по результатам измерений: а) t пк ( I k ), t зк ( I k ), t р ( I k ); б) Э пк ( I k ), Э зк ( I k ) Рис. 9. Простая схема для управления м.д.с. катушки геркона (6) (5) а б