Современная электроника №3/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 83 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 имного магнитного притяжения, а сами контакты не расходятся на значитель- ное расстояние. В связи с этим логично потребовать выполнения условия i ( t ) ≥ I з при 0 ≤ t ≤ t пк . Однако это условие оказы- вается избыточным и приводит к увели- чению скорости первого соударения и, соответственно, количества отскоков, поскольку контакты, как следует из фор- мулы (6), в начальный момент времени подвергаются действию силы импульс- ного характера, предающей им избы- точную скорость. Если считать, что соответствующие друг другу значения t пк и I з = (1,1…1,2) × I с были определены на основе экспери- мента, то следует потребовать выпол- нения условия: , откуда с учётом (6) получаемформулу (7). Результаты моделирования показы- вают, что в типовом случае t пк ~ 5, и без значимого ущерба для точности можно, подставляя выражения для I п и I у , получить следующую оценку зна- чения τ С (см. формулу (8)). Значение R l определяется собствен- ными свойствами катушки, создающей магнитное поле для геркона, значе- ние E обычно определено свойствами источника электропитания. Подстав- ляя выбранное значение R в формулу, можно получить необходимое значе- ние ёмкости C (см. формулу (9)). Номиналы С и R в схеме на рисун- ке 9 следует выбирать из стандартных рядов таким образом, чтобы значение постоянной времени было не менее рассчитанного по формуле (8). Если вернуться к гипотетическому герко- ну, для которого выше проводилось моделирование, то исходными дан- ными для расчёта параметров цепи будут значения I с = 0,803 А, I з = 0,9 А, t пк = 6,88 мс, R l = 1 Ом (поскольку при малом количестве витков обмоточ- ный провод не будет иметь значи- тельного сопротивления), E = 2,4 В, I з / I у = 2. Согласно результатам расчётов, R = 4,33 Ом, τ С =1,143 мс, С = 1409 мкФ. Переходя к стандартным значе- ниям, следует принять R = 4,3 Ом, С = 1500 мкФ, тогда τ С =1,137 мс. Оценка энергетической эффективности управления м.д.с. в устройствах на основе герконов Исследуя управление м.д.с., нельзя обойти стороной и вопрос повышения энергетической эффективности, кото- руюможно охарактеризовать параме- тром α , равным отношению тепловых энергий, за равное время рассеянных в катушке с сопротивлением R l и в схеме на рисунке 9 (см. формулу (10)), где ток через сопротивление R , согласно упро- щённому уравнению (6), составляет: . Введём параметр W = I з / I у . Опуская элементарные, но громоздкие преоб- разования, можно привести уравнение (10) к виду (11). Полагая, что время пребывания кон- тактов геркона в замкнутом состо- янии значительно превышает дли- тельность его включения, рассмотрим предел . В этом случае пре- дельная оценка выигрыша по энерге- тике составит α 0 = W 2 × R l / ( R + R l ). Для гер- конов типовой конструкции обычно W = 1,2…5, и, например, при R = R l повы- шение энергетической эффективности за счёт снижения тока в катушке может составить около одного порядка. Заключение Такимобразом, измерения, результа- ты которых были представлены выше, подтвердили состоятельность модели сближения контактов геркона до перво- го соударения, и эта модель может быть использована для оценочного сопостав- ления режимов срабатывания. При этом должны учитываться ограничения по области её адекватности. Разумный подход к управлению формированием магнитного поля позволяет создать оптимальные условия для работы контактных пар в составе герконов, что способству- ет повышению ресурса по количе- ству срабатываний в 2…3 и более раз. Для достижения такого результата в соответствии с продемонстриро- ванным выше подходом необходимо провести несложные исследования с помощью средств с реализованной функцией автоматических измерений. Выбор оптимального тока в катушке также соответствует повышению энер- гетической эффективности узлов на основе герконов. Литература 1. Козлов Б. А., Ушаков И. А. Справочник по расчёту надёжности аппаратуры радио- электроники и автоматики. М.: Советское радио, 1975. 472 с. 2. Левшина Е. С. , Новицкий П.В. Электри- ческие измерения физических вели- чин. Измерительные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1983. 320 с. 3. Хольм Р. Электрические контакты. М.: Издательство иностранной литерату- ры, 1961. 464 с. 4. ТрофимоваТ. И. Курсфизики, 11-е изд. М.: Издательскийцентр «Академия», 2006. 560 с. 5. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. 9 изд. М.: Высшая школа, 1996. 638 с. 6. Цопов Г. И., Сергеев Г. А. , Овсянников В. Н . Проектирование и расчёт электромаг- нитного устройства низкого напряже- ния. Учебно-методическое пособие. Самара: Самарский ГТУ, 2013. 53 с. 7. Контакт магнитоуправляемый герметизи- рованныйМКА-14103. Информационный лист. Ред. от 29.04.2015. Интернет-ресурс www.chipdip.ru (дата обращения 30.10.19). 8. Техническое описание к герконам мар- ки КЭМ. Интернет-ресурс www.chipdip. ru (дата обращения 20.11.19). 9. Лемешко Н. , Струнин П . Повышение ресурса герконов за счёт оптимизации воздействующей магнитодвижущей силы. Часть 1. Современная электрони- ка. 2020. № 2. (7) (8) (9) (10) (11)