Северная Заря | Реле


Слаботочные реле и «Северная заря»

Слаботочные реле

Анализ информации показывает, что в настоящее время в отечественной промышленности может применяться более 500 типов реле различного вида и назначения. Основными поставщиками реле военного назначения (ВН) для аппаратуры вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) являются российские предприятия, а рынок общепромышленных (народнохозяйственных) реле делят как отечественные, так и зарубежные производители.

Номенклатура разрешенных к применению реле ВН, включенных в Перечень МОП 44 001.13, насчитывает около 340 типов (с учетом новых разработок и восстановленного производства). Эти - преимущественно электрические реле - имеют десятки исполнений по электрическим параметрам, монтажу и климатическим условиям применения, а их производством с категориями качества «ВП» и/или «ОС», занимаются около 20-ти отечественных предприятий и 2 завода Украины.

Реле в Перечне МОП 44 001.13 классифицируются как:

1. Слаботочные реле1 (СР) межотраслевого применения, подразделяемые на:

2. Авиационные реле и контакторы.

3. Электротехнические реле, подразделяемые на реле средней мощности, реле контроля и защиты, тепловые реле, автоматические выключатели и переключатели, в том числе высоковольтные и вакуумные.

Основными разработчиками и производителями малогабаритных реле средней мощности и контакторов, в том числе авиационных, являются Кирово-Чепецкий ОАО «Электромашиностроительный завод «Вэлконт», ОАО «Тюменский электромеханический завод» и ЗАО «Чебоксарский электроаппаратный завод». Ведущим разработчиком вакуумных высоковольтных реле является Пензенский ФГУП «НИИ Электронномеханических приборов».

Действующая номенклатура СР ВН2, включенных в вышеупомянутый Перечень (с учетом новых разработок и восстановленного производства), насчитывает около 170 типов (рис. 1), что составляет примерно половину всех реле Перечня, и распределяется по видам реле следующим образом:

Рис. 1

Производством якорных СЭМР ВН для отечественной аппаратуры ВВСТ заняты (рис. 2) Санкт-Петербургское АО НПК «Северная заря» (более 50 % номенклатуры и более 70 % объемов продаж), Велико-Новгородское ОАО НПП «Старт» (12 % номенклатуры), Алатырьский «Завод «Электроприбор» (10 %), ОАО «Иркутский релейный завод» (6 %), ОАО «Порховский релейный завод» (3 %), а также ныне зарубежные предприятия – Харьковское ГП «Завод «Радиореле» (10 %) и Краснодонское ОАО «Юность» (4 %).

Следует отметить, что украинские предприятия могут изготавливать 25 типов якорных СЭМР, 11 из которых вначале 2000-х гг. были переосвоены или освоены российскими предприятиями. Однако 14 типов украинских реле не имеют прямых российских аналогов, но могут быть частично заменены на другие типы при разработке или модернизации техники.

Рис. 2.

Герконовые СЭМР ВН (29 типов) производят «Порховский релейный завод» (13 типов), ОАО НПП «Старт» (6 типов) и «Завод «Электроприбор» (6 типов). Кроме того, 4 типа герконовых реле изготавливает Велико-Новгородское СКТБ по релейной технике (СКТБ РТ), являющееся ведущим отечественным разработчиком как герконовых, так и статических реле.

Статические реле ВН изготавливают ОАО НПП «Старт» и СКТБ РТ (по 9 типов, включая по 2 типа реле времени). Статические реле времени ВН также производят АО НПК «Северная заря» (2 реле типа РВЭ), ЗАО «Чебоксарский электроаппаратный завод» (4 реле типа РВК) и ООО «ВНИИР-ПРОГРЕСС» (3 реле типа РВП и РСВ).

Как следует из представленного, герконовые и статические реле ВН пока не имеют широкого применения по сравнению с якорными СЭМР, что обусловлено различием характеристик и свойств этих реле, имеющих различные принципы действия и технологии изготовления.

Герконовые реле в отличие от якорных могут управляться меньшими токами и работать с большей частотой. Однако миниатюрные и даже малогабаритные герконы из-за магнитного влияния протекающего по ним тока имеют малую коммутируемую мощность и меньшую ударо- и виброустойчивость. Кроме того, относительно дешевые герконовые реле не достаточно герметичны, что приводит к электролизу медной обмотки при эксплуатации реле во влажной среде или перегреву обмотки при пониженном атмосферном давлении.

Статические реле изготавливаются в основном на базе полупроводниковых устройств (полупроводниковые реле) с релейной (ключевой) характеристикой управления. Эти реле также получили наименование «твердотельные реле» (англ. solid-state relays - SSR), поскольку в их конструкции обычно имеются только твердотельные элементы электроники.

В простых конструкциях твердотельных реле ТТР входным и гальванически с ним связанным бесконтактным выходным коммутирующим элементом обычно является та же полупроводниковая структура тиристора, симистора, биполярного или полевого транзистора и их разновидностей. Силовые ТТР обычно состоят из выходных ключей на полевых транзисторах типа металл-оксид-полупроводник (МОП, англ. MOSFET) или биполярных структурах с изолированным затвором (БТИЗ, англ. IGBT) и содержат трансформаторную или оптоэлектронную гальваническую развязку цепей управления и коммутации. Сложные ТТР могут быть построены на интеллектуальных силовых интегральных схемах (ИСИС, англ. SPIC) в одном кристалле или гибридном модуле, содержащем помимо ключей еще и схемы их управления, защиты, диагностики и т.п. ТТР ВН, как и аналогичные ЭМР, защищаются герметичным металлостеклянным или металлокерамическим корпусом.

Несмотря на то, что технологии производства ТТР и ЭМР принципиально различны, изготовлением ТТР, например, ВН (или контролем их производства) за рубежом занимается много фирм-производителей ЭМР, продажи которых по объемам и номенклатуре пока значительно превосходят продажи ТТР. Это объясняется, прежде всего, существенной разницей важнейших характеристик ЭМР и ТТР, влияющей на выбор реле разработчиком военной РЭА.

Разработчик РЭА обычно выбирает ТТР, если требуется более миллиона коммутаций или необходимо коммутировать высокие напряжения. Кроме того, ТТР обладают повышенной электропрочностью и значительной вибро- и удароустойчивостью.

Принципиальное различие реле с контактным и бесконтактным коммутирующим элементом заключается в характере его электропроводящего состояния.

В непроводящем состоянии через бесконтактный коммутирующий элемент и подключенную к нему нагрузку все равно протекает ток. Эта, хотя и малая (0,01–10 мА), величина тока для низкоуровневых и «сухих» нагрузок велика и обуславливает потенциальную связь нагрузки с источником. Таким образом, бесконтактные реле, в отличие от контактных, не могут выполнять полный (физический) разрыв цепи и, соответственно, безразрывную коммутацию независимых электроцепей.

В проводящем же состоянии на коммутирующем элементе ТТР возникает повышенное падение напряжения (до нескольких вольт, в отличие от долей вольта на металлическом контакте ЭМР), которое не только снижает напряжение на нагрузке, но и приводит к заметным потерям электрической мощности, идущей на нагрев ТТР. Последнее обстоятельство заставляет ограничивать пропускаемый ток, снижать окружающую температуру или применять радиаторы, вес и габариты которых более значительны, чем сами реле.

Очевидно, что ни ЭМР, ни ТТР не являются идеальными коммутаторами. При выборе реле разработчик аппаратуры должен учитывать различные обстоятельства. Определенным советчиком ему в этом вопросе может служить ниже приведенная оценочная таблица характеристик и свойств современных ЭМР и ТТР ВН, заимствованная из технических материалов фирмы Potter& Brumfield Relays (Tyco Electronics Corporation), производящей ЭМР и ТТР.

Таблица

Характеристика или свойство реле

ЭМР

ТТР

Способность противостоять неправильному применению и использованию

Хор.

Плох.

Соответствие военным и авиакосмическим требованиям

Хор.

Плох.

Физический размер\вес из расчета на контакт

Отл.

Удовл.

Стоимость в расчете на контакт

Отл.

Удовл.

Устойчивость к воздействию радиации

Хор.

Плох.

Восприимч. к электромагн. помехам, электростатич. разряду и повышен. напряж. напряжению

Нет

Да

Чувствительность к скорости изменения напряжения и тока на нагрузке

Нет

Да

Чувствительность к нагреву

Нет

Да

Уменьшение уровня вых. тока при превышении окружающей температуры 25°C

Нет

Да

Радиатор при коммутации максимальных нагрузок

Нет

Обычно Да

Радиатор при коммутации номин. нагрузок при окружающей температ. >70-80 °C

Нет

Да

Восприимчивость к удару, вибрации или ускорению

Да

Нет

Способность коммутации переменного и постоянного тока

Да

Некотор.

Способность коммутировать нагрузки низкого уровня

Да

Некотор.

Способность коммутировать нагрузки «сухих цепей»

Да

Нет

Способность коммутировать коаксиальные нагрузки (радиочастотные)

Да

Нет

Способность к точной синхронной коммутации в цепях переменного тока

Нет

Да

Способность включать нулевое напряжение/отключать нулевой ток

Нет

Да

Совместимость входа с ТТЛ-схемами и КМОП-структурами

Удовл.

Отл.

Типичное количество и вид контактов (выходов) на одно реле

(1-4) П

1 З

Способность работать нескольким выходами от одного входа

Да

Некотор.

Сопротивление в цепи контактов в отключенном состоянии

>1 МОм

>20 КОм

Сопротивление в цепи контактов во включенном состоянии

<.05 Ом

<1 Ом

Время срабатывания и возврата (отпускания)

1-20 мс

0,25-10 мс

Типичный способ отказа (на выходе)

Незамык.

Неразмык.

Механизм, который обычно изнашивается или снижает основные характерист.

Контакт

Светодиод

Электрический срок службы (срабатываний)

До 106

>108

Электрическая дуга размыкания

Да

Нет

Дребезг контактов

Да

Нет

Слаботочные электромагнитные реле «Северной зари»

Главенствующее положение АО НПК «Северная заря» в области якорных СЭМР объясняется тем, что предприятие изготавливает на высоком качественном уровне не только устаревшие, хотя и востребованные, типы реле, но также постоянно расширяет номенклатуру изделий, производя новые реле, в том числе и малыми сериями. В настоящее время при разработке отечественной РЭА ВН серьезной необходимости в применении импортных СЭМР нет!

По своим техническим характеристикам и условиям применения реле АО НПК «Северная заря» соответствуют изделиям ведущих зарубежных фирм (Allied Controls, American Zettler, Babcock, CII Relays, Deutsch Relays, Leach International, Magnecraft, Potter& Brumfield Relays, Teledyne Relays и др.), чему в значительной мере способствует постоянное техническое перевооружение и совершенствование технологии производства реле, а именно:

Рис. 3. Лазерные технологии в производстве реле

Конструктивно-технологические особенности СЭМР

Конструктивно СЭМР представляют собой газонаполненные высокогерметичные электромеханические устройства весом от 2 до 70 г, объемом от 0,6 до 30 см3, содержащие от нескольких десятков до более сотни пластмассовых, стеклянных и преимущественно металлических деталей весом от 1 мг до нескольких граммов. Внутренний рабочий объем таких реле не должен содержать посторонних частиц, газов, влаги, органических и других веществ, приводящих к нарушению работоспособности реле в процессе эксплуатации. Эти реле характеризуются высокой надежностью работы при желательном сроке службы до 30 лет в самых жестких условиях эксплуатации (тропический климат, любые газовые среды, включая открытый космос, окружающие температуры от -60°С до +125°С), обеспечивая при этом номинально 105 коммутаций электричества с удельной мощностью до 200 Вт/см3 при вибровоздействиях на реле до 5000/30 Гц/g и ударах до 500 g.

Некоторое представление об уникальности конструкций СЭМР «Северной зари» дают рис. 4-6, где показаны сверхминиатюрные реле весом около 2 г. и объемом около 0,6 см3, и миниатюрное реле весом 16 г. и объемом 3,6 см3, имеющие удельную коммутирующую способность до 1 А/г при температуре окружающей среды до + 125 °С. При этом все соединения деталей в реле выполнены лазерной или контактной сваркой, а корпус реле может иметь повышенную степень герметичности (протекание эквивалентного нормализованного потока не более 10-8 атм·см3·с–1с или 10-9 Па·м3·с–1).

Рис. 4. Эскиз конструкции разрабатываемого сверхминиатюрного неполяризованного реле с осевым уравновешенным якорем и контактами на цоколе. (Цифрами обозначены основные детали и узлы). Рис. 5. Рентгенография сверхминиатюрного поляризованного двустабильного реле с осевым уравновешенным якорем и контактной системой на цоколе.

Рис. 6. Типовые узлы современного миниатюрного поляризованного одностабильного реле с уравновешенной силой притяжения якоря, несущем подвижные контакты

Современная номенклатура наиболее востребованных якорных герметичных СЭМР ВН приведена в соответствующей таблице «Кратких технических характеристик …» этих реле, где зеленым цветом выделены изделия, производимые АО НПК «Северная заря». Более подробные характеристики этих реле можно найти в подпапке «catalog» папки «files».