Жидкометаллический замыкатель

 

1. ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЗАМЫКАТЕЛЬ, содержащий изоляционный корпус, в полости которого расположены кoммyтиpye 1Ь e жидким металлом два неподвижных электрода, установленных с зазором одкн в другом, причем обращенные одна к другой поверхности обоих электродов выполнены в виде поверхностей вращения, и катушку индукционно-динамического привода, отличающийся тем, что, с целью повьт1ения КПД индукционно-динамического привода жидкометаллического замыкателя в широком диапазоне кo 1мyтиpyeмыx токов, обраиенные одна к другой поверхности обоих электродов выполнены с диаметрами в верхней части большими , чем соответствующие диаметрыв основании. 2. Заг лкатель по п. 1, отличающийся тем, что обращенные одна к другой поверхности электродовJ выполнены в виде криволинейных поСО верхностей вращения. со ю ел СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3151) Н 01 Н 29/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3567979/24-07 (22) 28.03.83 (46) 15.05.84. Бюл. )) 18 (72) В.Г.Бакута, Л.Н.Карпенко и В.А.Скорняков (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. N.È.Êàë).нина (53) 621.316.542 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 902090, кл. Н 01 Н 29/22, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 708428, кл. Н 01 Н 29/22, 1978. (54)(57) 1. ЖидкьметАллический

ЗАМ61КАТЕЛБ, содержащий изоляционный корпус, в полости которого расположены коммутируемые жидким металлом два неподвижных электрода, установленных с зазором один в другом, причем обращенные одна к другой поверхности обоих электродов выполнены в виде поверхностей вращения, и катушку индукционно-динамического привода, о т л и ч а ю и и и с я тем, что, с целью повышения КЧД индукционно-динамического привода жидкометаллического замыкателя в широком диапазоне коммутируемых токов, обращенные одна к другой поверхности обоих электродов выполнены с диаметрами в верхней части большими, чем соответствующие диаметры в основании.

2. Замыкатель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что обращенные одна к другой поверхности электродовЯ выполнены в виде криволинейных поверхностей вращения.

1 092:>91

Изобретение относится к электроаппаратостроению, в частности к жидкометаллическим замь>кателям, и может быть использовано при создании

«соммута«,ионнь>х устройств на большие токи.

Известен жидкометаллический замы-. катель, содержащий два неподвижных электрода, разделенных диэлектриком, и подвижную часть, позволяющую производить замыкание электродов с помошью жидкого металла « 1 1„

Недостатком этого устройства является невысокий КПД его ускоряюшей индукционно-динамической системы при коммутации больших токов. «5

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является импульсный жидкометаллический замыкатель, состояший из изоляционного корпуса, жидкого металла, катушки индукционно-динамического привода и двух неподвижных электродов. Электроды выполнены в виде поль>х циличдров разного диаметра, подсоединенных к источнику тока в нижней своей части, и расположены вертикально один в другом.

Электроды изолированы друг от друга.

Внутренняя стенка наружного цилиндра вьполнена в виде усеченного конуса

Г2 3.

Недостатком этого устройстваявляется уменьшение КПД устройства при коммутации больших токов.

Целью изобретения является повы>5 шение КПД индукционно-динамического привода жидкометаллического замыкателя в широком диапазоне коммутируемых токов.

Поставленная цель достигается тем, что в жидкометаллическом замы-. 40 кателе, содержащем изоляционнь>й корпус, в полости которого расположены коммутируемые жидким металлом ,два неподвижных электрода, установленных с зазором один в другом, 4 причем обращенные одна к другой поверхности обоих электродов выполнены в виде поверхностей врашения, и катушку индукционно-динамического привода, обрагенные одна к другой поверхности обоих электродов выполнены с диаметрами в верхней части большими, чем соответствующие диаметры в основании.

Причем обращенные одна к другой поверхности электродов могут быть выполнены в виде криволинейных поверхностей врашения.

На Фиг. 1 изображен жидкометалличес:кий замыкатель, общий вид, ра эрез; на фиг. 2 — график зависимо, ти 6 г ", "Q

КПД ускорения от параметров Ь « р

;1<идкометаллическ««й замыкатель содержит катушку 1 инлукционно-динамического привода, Hç<»>ÿ««è<>«-.>««>é корпус ?, в пс>лости кс>торого распс>лс же- 6;

«-. и коммутируемые жидким металлом 3 лва неподвижных электрода 4 и 5, установленные с зазором один в другом. При этом поверхности обоих элек тродов, обра«««енные одна к другой, выполнены конусными с диаметрами в верхней части большими, чем соответствующие диаметры электродов в основании. ОбраШенные одна к дРуГой поверхности электродов могут быть и криволинейными. а зазор между ними — сужающимся.

Замыкатель работает следующим образом.

1>ри пропускании по катушке 1 индук« ионно-динамического привода импульсного переменного тока в слое жидкого металла 3 индуктируется ток с направлением, противоположным току в катушке 1. Вследствие взаимодействия токов противоположного направления, протекающих в катушке

1 и слое жидкого металла 3, возника— ет сила F=i >, где > — ток в кас) М «2 с1х тушке;, — ток в слое жидкого металла, АЙ)4/dx — производная взаимной индуктивности между катушкой и слоем жидкого металла по перемешению, вбрасываюшая жидкий металл 3 в зазор между электродами 4 и 5. ри этом между электродам» 4 и образуется жидкометаллический мостик, дальнейшее движение которого происходит как за счет сил инерции, так и за счет электродинамических сил контура тока, Электродинамические силы удерживают жидкометаллический мостик в верхнем положении, в результате чего электроды находятся в замкнутом состоянии в течение пропускания тока.

Слой >«сидкого металла (ж.м.) представляе-. собой дисковый проводник.

КПД при ускорении дисковых проводников зависит в основном от относительных величин: массы=>нD > V L, и

2 2 2 сопротивления у1й(«.

| где «> — масса ускоряемого проводника (в данном случае жидкого металла );

 — средний диаметр индуктора; емкость и напряжение источника энергии;

R,«., — активное сопротивление и индуктивность индуктора.

Величина эквивалентного начального зазора между индуктором и проводником в широком диапазоне изменения параметра Б незначительно влияет на

КГД. Для оценки влияния параметра.

a на КПД индукционно-динамической систе>.«ь> жидкометаллического замыкателя используются предс — àâëåííûå на фиг.2 графические данные для случая выполнения индуктора и проводника из с>динаковых материалов. «При "-.ûïолнеяии

P нач

/ б„,н, 6 /О 6npor /И

9 и/2 индуктора и проводника нз ма гериалов с разной электропроводностью характер зависимости КПД от параметра (Остается таким же, поэтому приведенные выводы будут верны и в этом случае ).

Пусть создана почти оптимальная с точки зрения I<"7 ускорения система, выполненная по конструкции прототипа с паРаметРами 1на„,Ь „,Р„ ч.Этим параметром соответствуют определенные геометрические размеры индуктора. )О

Причем при известной допустимой плотности тока в замыкателе())средний диаметр Рна„определяет величину допустимого тока в устройстве как нам=(j) ЪDнач а, где — глубина )5 проникновейия электромагнитного поля в жидкий металл на частоте коммутируемого тока.

Пусть необходимо создать, например, устройство на ток 3=43„а„. Это значит, что диаметр контактной системы (а следовательно, и средний диаметр индуктора в конструкции прототипа) должен быть равен 2= 43н, Выполнение конструкции с диаметром

1(= 4Эн „с точки зрения КПД устройства приведет к увеличению массы н =

=4го „,увеличению активного сопротивления индуктора (R -- 4RH ô увеличению индуктивности индуктора (L=

F(+>...) 1 а следовательно к изнс ч() менению величин Й и р нач (нач!

F(yg (нач

2 2 нсвт ч )

C ((4-L,„.„F(D

ВсIc че г индукгивнОсти прОРОдится - в то выражению). = -„— W )3F где F — функння, зависяюая От геометрических размеров индуктора (F = 1 — 0,023 А,— О, 227 !. — — 0,393«)3, где с = Ч, (г„-I-,);

/ = (г, — г, ) /(г Г, ); — средний диаметр индуктора;

I„,ã, — наружный и внутренний диаметры индуктора;

Н вЂ” высота индуктора.

Начальные значениями и о(соответственно равны 0,3 и 0,6.

По графику на фиг. 2 видно, что

КПД такого устройства снизится почти в два Раза по сРавненик с 1нач,ПРи выполнении замь|кателя на ток равный

10Зн „(по конструкции прототипа) КПД снизится примерно в 5 раз.

Выполнение предлагаемого устройства на большие токи приводит к необходимости увеличить массу жидкого металла, а герметические размеры индукторной системы останутся прежними и, следовательно, изменится только величина параметра 6. При этом на токи 43„а„и 103„ значения

- нач нсщпараметра ь соответственно будут равны 46 „и 10Б (у прототипа соответственйо 165ц „и 1006 „ ).Из графика на фиг. 2 видно, что КПД предлагаемого устройства(1) будет болы им по сРавнению с пРОтотипом(г )соответпр г ственно в 1г8 и 3 раза.

Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить КПД в широком диапазоне коммутируемых токов по сравнению с прототипом и расширить функциональные возможности.

ВНИИПИ Заказ 3265/37

Тираж 683 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4