Главной движущей силой развития релестроения является создание и производство изделий, соответствующих перспективным требованиям аппаратуры потребителя. Увеличение энергопотребления объектов приводит к необходимости использования коммутирующей аппаратуры с увеличенной коммутируемой мощностью.

Изделия с поляризованной магнитной системой занимают особое место среди коммутационной аппаратуры, благодаря ряду преимуществ: уменьшению тока потребления, увеличению коммутируемой мощности, повышению ресурса и срок службы реле.

Из 30 магнитных схем поляризованных реле, приведенных в разделе 1.2 [1] только в трёх схемах 1-7м, 1-7ф, 1-7х применены литые магниты типа ЮНДК35Т5 с эффективным использованием их объема, с соотношением площади полюсной грани к высоте магнита около 5 мм. Жизнеспособной из них оказалась только схема 1-7ф (рис.1) с «активным якорем» применённая в реле РПС45 и РПС46. Эти реле являются одними из самых распространенных в России поляризованными двустабильными реле и серийно выпускаются более 30 лет. Схема 1-7м (рис.1) не допускает использования типовой технологии изменения магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами их многократным размагничиванием, подмагничиванием в составе готового изделия с целью согласования магнитного потока постоянных магнитов с МДС обмотки и с механической характеристикой изделия. Схема L (рис.1) похожа на схему 1-7м, но с одним постоянным магнитом, широко применяется в современных реле производимых как в России, так и за рубежом.

Рис.1 Магнитные схемы поляризованных реле

Одним из главных условий жизнеспособности схем и конструкций реле оказалась возможность применения указанной выше типовой технологии или аналогичной ей по эффективности регулировки реле.

На сайте ОАО НПК «Северная заря» на рис.6 [2] представлена типовая конструкция поляризованного реле, которая на момент первого применения в России широко использовалась в реле и контакторах фирмы LEACH (США, Франция) [3], доминирующей на западном рынке реле и контакторов аэрокосмического и военного назначения. С начала 90-х годов XX века LEACH активно, и достаточно успешно продвигала свою продукцию и в России, что породило многочисленные программы импортозамещения, проводимые по типу экстенсивного воспроизводства.

В результате не всегда уровень тактико-технических характеристик (ТТХ), разработанных реле, соответствовал характеристикам иностранных аналогов, чему способствовало отсутствие близких по параметрам отечественных материалов, комплектующих и технологий.

Действующие в настоящий момент западные санкции в отношении России подтверждают актуальность проведения программ импортозамещения. Однако, зачастую, потребители предпочитают не проводить замену импортных реле на разработанные отечественные аналоги, указывая на их недостатки.

Для преодоления таких тенденций назрела необходимость модернизации конструкции приведённой на рис.6 [2] с получением ТТХ гарантированно превышающих характеристики реле фирмы LEACH. Основой проводимой модернизации реле может стать применение конструктивных и технологических решений на основе редкоземельных магнитов.

Первым применением редкоземельных магнитов (тип КСП37 по ГОСТ 21559-76), в коммутационном устройстве серийно выпускаемом в СССР, стала разработка под руководством Гордона А.В. серии одностабильных контакторов типа 03ОДА и 01ОДА [4, 5]. Однако дальнейшего применения в коммутационной технике высокоэнергетические, закритические магниты на основе редкоземельных элементов не получали более 30 лет, несмотря на очевидные их преимущества по отношению к литым магнитам альнико (сплав ЮНДК).

В открытом доступе, в печати и на сайтах предприятий, отсутствуют сведения о применении в отечественных реле и контакторах таких магнитов. Тем не менее, анализ конструкций отечественных реле показал, что в поляризованных двустабильных реле типов РЭП33, РЭП43 и РЭП44 [6-8] разработки начала 2000-х годов ОАО «ВНИИР» применяются высокоэнергетические постоянные магниты Nd-Fe-B.

ООО «КБЭА» рассматривались и оригинальные электромагнитные схемы с «активным», уравновешенным якорем с редкоземельными магнитами, позволяющие в несколько раз увеличивать межконтактый зазор, но не нашедшие пока инженерного воплощения.

Интенсивный поиск инженерами ООО «КБЭА» решений по применению высокоэнергетических постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов, позволяет сделать вывод о необходимости разработки новых поляризованных устройств специального применения, соответствующих ГОСТ РВ 5945-002 с увеличенной с 750 Вт до 4000 Вт и с 3000 ВА до 10000 ВА коммутируемой мощностью за счет повышения рабочих напряжений. При этом в остальном разрабатываемые исполнения реле на номинальные токи до 25 А должны соответствовать требованиям этого стандарта.

Общепромышленные реле, унифицированные, в части электромагнитной системы с реле специального применения, в герметичных корпусах из современных термопластичных материалов должны быть способны к коммутации увеличенных до 10 Iн перегрузок и токов короткого замыкания до 20 Iн.

На этапе до 2022 года целесообразно планирование проведения ОКР по разработке переключающих реле в пластиковых, герметичных корпусах с исполнениями по номинальным токам 10; 25; 50; 75; 100; 150 А и одновременно устройств с выполнением функций защиты от перегрузок и токов короткого замыкания с возможность включения резервной цепи. Вспомогательные контакты могут иметь модульную конструкцию и коммутировать токи от 5 мкА до 1 А, 27 В, например, герконовые контакты.

В настоящее время специалистами ООО «КБЭА» проводятся исследования на предмет увеличения коммутируемой мощности, напряжения. В статье [9] «Реле постоянного тока G9E OMRON- дугогасящая конструкция для расцепления силовых цепей» демонстрируется актуальность этой темы применительно к современному автомобилестроению. Достигнута коммутируемая мощность реле 6000 Вт на 30000 циклов и 50000 Вт на 200 циклов включения, отключения.

Аналогичные технические решения (магнитное дутье с постоянными магнитами из закритических магнито-твердых ферритов, герметизация с заполнением внутреннего объема сухим азотом) в России не вызовут затруднений, более того применение вместо ферритов современных магнитопластов, может в 3 раза увеличить напряженность магнитного поля в зоне горения дуги и снизить себестоимость реле. Однако, применение магнитного дутья для гашения дуги в поляризованном реле может осложнить работу самой электромагнитной системы, также как и сама магнитная система реле в некоторых поляризованных схемах может оказывать воздействие на процесс горения дуги.

Для проверки всех аспектов, влияющих на стабильную работу реле, необходима тщательная опытная отработка применения современных технических решений.

ООО «КБЭА» будет радо замечаниям коллег по изложенному материалу и предлагает сотрудничество потенциальным потребителям и другим заинтересованным организациям.

Литература: 

1. Ройзен В.З. Электромагнитные малогабаритные реле. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.

2. Малащенко А. А. Слаботочные реле и «Северная заря».- https://relays.ru/relay.html

3. Short form catalog. Components & Solutions.- https://www.esterline.com/Portals/3/Literature/EPS_Relay_Short_Form_Catalog.pdf

4. Электромагнитные контакторы однополюсные с замыкающими контактами серия 01ОДА.- http://www.aeroem.ru/products/jelektromagnitnye-kontaktory/elektromagnitnye-kontaktory-odnopolyusnye-s-zamykayushchimi-kontaktami-seriya-01oda/

5. Электромагнитные контакторы трехполюсные с замыкающими контактами серия 03ОДА.- http://www.aeroem.ru/products/jelektromagnitnye-kontaktory/elektromagnitnye-kontaktory-trekhpolyusnye-s-zamykayushchimi-kontaktami-seriya-03oda/

6. Реле электромагнитное двустабильное РЭП33.- http://www.vniir-progress.ru/production/equipment/rele-elektromagnitnoe-dvustabilnoe-rep33/

7. Реле электромагнитные двухстабильные типа РЭП43-300.- http://www.vniir-progress.ru/production/equipment/rele-elektromagnitnye-dvuxstabilnye-tipa-rep43-300-2/

8. Реле промежуточные серии РЭП44.- http://www.cheaz.ru/upload/uf/f2b/f2bc5a62ba1d8374e85bda010bc1b2b2.pdf.- С.30.