Магнитоуправляемый жидкометаллический выключатель
магНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ ЖИДКО МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТ, содержащий герметизированный баллон,твердометаллические электроды, намагничивающиеся шарики, расположенные в жидком металле, и источник магнитодвижущей силы, расположенный вне герметизированного баллона, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, коммутационной и нагрузочной способности, он снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердсметаллические электроды выполнены подковообразными и установлены так, что образуют межэлектродные зазоры в форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами, намагничивакщиеся шарики и жидкий металл размещены в направлягацих трубках, § которые установлены соосно с межэлектродными зазорами.ГЛ эо эо
(19) (П>
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН 3(59 H 01 H 29 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К ABTOPCHOhNf СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3352620/24-07 (22) 16.11.81 (46)- 30.03.83. Бюл. е 12 (72) В.А. Бардин, Л.T. Николаева, О.Я. Новиков, В.Й. Приходченко, A.Â. Рощин и В.В. Танаев (71) Куйбьыевский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева . (53) 621.316.546.3(088.8) (56) 1. Заявка Японии Р 48-44984, кл. Н 01 Н .51/28, 1970.
2. Заявка Японии Р 48-44985, кл. Н 01 Н 51/28, 1970.
3. Патент ФРГ Р 1515775, кл. Н 01 Н 29/00, 1974. (54)(57) ИАГНИТОУПРАВЛЯЕИЫЙ ЖИДКО МБТАЛЛИЧКСКИй ВЫКЛЮЧАТ ПЬ, содержащий герметизированный баллон, твердометаллические электроды, намагничивающиеся шарики, расположенные в жидком металле, и источник магнитодвижущей силы, расположенный вне герметизированного баллона, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, коммутационной и нагрузочной способности, он снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердометаллические электроды выполнены подковообразными и установлены так, что образуют межэлектродные зазоры в форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами, намаг-ничивающиеся шарики и жидкий металл размЕщены в направляющих трубках, ю которые установлены соосно с межэлектродными зазорами.
1008810
Цель изобретения — повышение быстродействия, коммутационной и нагрузочной способности магнитоуправляемого выключателя ° 60
Указанная цель достигается тем, что магнитоуправляемый жидкометаллический выключатель, содержащий герметизированный баллон, твердометаллические электроды, намагничивающиИзобретение относится к технике коммутирования сильноточных электрических цепей постоянного тока, а именно к коммутационной аппаратуре с жидким металлом.
Известны магнитоуправляемые переключатели, в которых в качестве контакта используется электропроводяцая жидкость, в которой взвешены магнитные частицы. При наличии магнитного поля происходит перемещение жидкости и замыкание контактов, а при исчезновении поля жидкость занимает свое первоначальное состояние за счет силы поверхностного натяжения (1) и (21 .
Данные магнитоуправляемые переключатели слаботочные и предназначены для бездуговой коммутации.
Известен магнитоуправляемый ртутный выключатель, который содержит 20 частично заполненный ртутью корпус, а также плавающий на поверхности ртути намагничивающий шарик, покрытый ртутной пленкой. Под действием магнитного поля шарик перемещается внут-25 ри корпуса в продольном направлении, что приводит к замыканию или размыканию двух неподвижно закрепленных в корпусе контактов.Для образованиямагнитного поля используется постоянный магнит, а для изменения магнитного потока в зоне перемещения шарика — перемещаемый намагничивающий управляющий элемент (3) . указанный выключатель имеет невысокое быстродействие из-за инертности подвижной электромагнитной системы управляющего элемента. К тому же у выключателя низкие коммутационная и нагрузочная способности.
Это объясняется тем, что один из электродов контактирует с шариком малой поверхностью (по суцеству одной точкой), вследствие чего подходящие к точке соприкосновения и отходяцие от нее токи, взаимодействуя 45 между собой, отталкивают шарик от поверхности электрода, лричем сила отталкивания увеличивается с увеличением нагрузочного тока через выключатель. Поэтому возможен дребезг 50 контактов. Выключатель не имеет устройства, способствующего дугогашению, поэтому он может применяться только для бездуговой коммутации в слаботочных цепях низкого напряжения порядка 10 В. еся шарики, расположенные в жидком металле, и источник магнитодвижущей силы, расположенный вне герметизированного баллона, снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердометаллические электроды выполнены подковообразными и установлены так, что образуют межэлектродные зазоры в форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами, намагничивающиеся шарики и жидкий металл размецены в направляющих трубках, которые установлены соосно с межэлектродными зазорами.
При подаче напряжения на катушку электромагнита, расположенного между электродами, намагничивающие шарики, смоченные жидким металлом, под действием электромагнитных сил втягиваются в конусообразный зазор (межэлектродный) и замыкают электроды. При этом силы взаимодействия двух проводников с током, направленных в одинаковом направлении, способствуют лучшему вхождению шариков в межэлектродные зазоры с увеличением нагрузочного тока и увеличиваются, что повышает надежность контакта. Отсутствие подвижной электромагнитной системы повышает быстродействие аппарата, а надежный контакт. способствует повышению нагрузочной способности. Кроме того, электроды можно выполнить таким образом, что межэлектродных конусообразных зазоров может быть rl количество. Для отключения цепи напряжение подается . на внешнюю электромагнитную систему, под действием электромагнитных сил шарики выбираются из межэлектродных зазоров, возникающая дуга отключения гасится в трансформаторном масле.
На фиг. 1 показан магнитоуправляемый жидкометаллический выключатель, вид спереди (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 — то же(разрез
В-В на фиг. 1).
Конструкция выключателя состоит из твердометаллических электродов 1 и 2, установленных в герметизированном корпусе (баллоне) 3, катушки 4 электромагнита включения, расположенной между электродами 1 и 2, трубок 5 и 6, установл рных в баллоне 3 с углублениями, заполненными жидким металлом-7 и 8 и намагничивающимися шариками 9 и 10, а также имеется внешняя электромагнитная система (не показана). Трубки 5 и б установлены соосно с межэлектродными зазорами, имеющими форму усеченных конусов.,Корпус 3 заполнен трансформаторным маслом 11.
Выключатель работает следующим образом.
1008810
U = 2aU + 2EE.
u - 2ьО
-------- °
2Е
+F -Р =О ам
Ю зм совр
0 3;0 01 с с -= 0 0б Mñ
50 10> 10-
Таким образом, предлагаемый выключатель позволяет повысить быстродействие, коммутационную и нагрузочную способность аппарата.
При подаче электрического импульса на внутреннюю катушку 4 электромагнита включения создается электромагнитное поле и шарики 9 и 10, находящиеся в трубках 5 и б, притягиваются к электродам 1 и 2 и перекры.— вают собой межэлектродный зазор, темсамым замыкая электрическую цепь (включенное состояние выключателя).
Сила притяжения электромагнитного поля, создаваемого катушкой 4 электромагнита включения, должна быть определенной,а именно необходимой для притяжения только крайних шари-ков 9 и 10. При увеличении нагрузочйого тока исключается дребезг шари- 15 ков в трубках 5 и б, наоборот они плотней притянутся к электродам 1 и
2 под действием кондукционных сил.
Отключение электрической цепи производится путем подачи напряжения 2р на внешнюю электромагнитную систему отключения. Создавшееся электромагнитное поле выбивает шарики 9 и 10 из углублений в межэлектродном за- . зоре и они падают на дно баллона 3 (отключенное состояние выключателя).
Возникающая при этом дуга отключения гасится в трансформаторном масле.
Так как в трубках 5 и 6 имеется еще некоторое количество шариков (целесообразно заполнить трубки 5 и б парами шариков, число которых равно числу циклов работы выключателя), то выключатель готов к следующему циклу работы. При отработке заданного цикла коммутаций выключатель можно вновь подготовить к работе, заполнив трубки намагничивающимися шариками и жидким металлом.
Быстродействие данного типа аппарата характеризуется отношением 40 силы сопротивления, оказываемой средой 11. движению шарика, и электромагнитной силы. Электромагнитная сила возникает за счет возникновения тока цепи и внешнего Магнитного поля. 45
Чем больше превыаение электромагнит ной силы над силой сопротивления, тем быстрее быстродействие аппарата.
Время отключения может быть рассчитано из следующих соображений.
Для отключения электрической цепи должно выполняться условие
Q Š— напряженность электрического поля е-ой дуги, Я вЂ” длина m-ой дуги. В предложенной конструкции можно считать, что возникающие дуги находятся в одинаковых условиях. В связи с этим выражение (1) запишется Таким образом, величина Е, на которую растягивается дуга, должна быть Или для напряжения 0 равного 100 В получим, учитывая, что дпя A c6-Sq )медь, а 0=20 В, а Е дуги в масле 100 В/см, 100-2 20 0 3 (см). 2 ° 100 Запишем уравнение дуги (движение равномерное) 1 - сд.р сопр . ч=а4., где с — время движения шарика по металлическим направляющим электродов 1 и 2 без сопротивления контакта. Контакт в данном случае не испытывает сопротивления трению за счет образования пленки жидкого металла между шариками и поверхностями электродов. Таким образом, время отключения для данного случая может быть определено из выражения В 0 о Ек -В-Ус (Ч .Время срабатывания зависит от диаметра шарика. Максимальное время будет при стремлении диаметра шарика к нулю Для случая протекания тока равного i> = 50 кА, времени скольжения по межэлектродному промежутку t =1 ° 10 c, И = 0,01 и В = 1T имеем 1008810 Р г. Z Составитель Е. Сафонова Редактор 10. Ковач Техред М.Костик КорректорЮ. Макаренко Тираж 701 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 2349/63 филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул. Проектная, 4
