Быстродействующее коммутационное устройство с жидким металлом

 

Изобретение относится к электроаппаратостроению. Целью изобретения является увеличение надежности устройства и расширение его функциональных возможностей . Устройство содержит изоляционный корпус 1 с жидким металлом, два неподвижных электрода 2 и 3 и исполнительные элементы приводных устройств 9 и 10.. Два неподвижных электрода 2 п 3 установлены в корпусе с зазором один относительно другого, причем контактные поверхности электродов выполнены в виде поверхностей вращения. Образующие контактных поверхностей обоих электродов имеют форму кривых , содержащих но одной точке 6 и 7, которые лежат выше всех других точек данной кривой, расположенных по обе стороны от этой точки, исполнительные элементы приводных устройств 9 и 10 установлены по концам межэлектродного зазора. При срабаты вании исполнительного элемента одного из двух приводных устройств жидкий Moi-a.i,i приходит в движение и, перемспи1ясь по межэлектродному зазору, замыкает ч.юктро ды. попадая при этом как бы в карман, из которого самопроизвольно вытечь не может. Возврат жидкого металла в 1 сходное поло жение осуществляется исполнительным элементом второго приводного устройства. 5 ил. « (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1410125 А 1 (Su 4 Н 01 Н 29 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4022609/24-07 (22) 14.02.86 (46) 15.07.88. Бюл. № 26 (71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) В. Г. Бакута и Л. Н. Карпенко (53) 6" 1.316.542 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 902090, кл. Н 01 Н 29/22, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1108526, кл. Н О1 Н 29/22, 1984. (54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ЖИДКИМ

МЕТАЛЛОМ (57) Изобретение относится к электроаппаратостроению. Целью изобретения является увеличение надежности устройства и расширение его функциональных возможностей. Устройство содержит изоляционный корпус 1 с жидким металлом, два неподвижных электрода 2 и 3 и исполнительные элементы приводных устройств 9 и 10. Два неподвижных электрода 2 и 3 установлены в корпусе с зазором один относительно другого, причем контактные поверхности электродов выполнены в виде поверхностей вращения. Образующие контактных поверхностей обоих электродов имеют форму кривых, содержащих по одной точке 6 и 7, которые лежат выше всех других точек данной кривой, расположенных по обе стороны От этой точки. Исполнительные элементы приво;1ных устройств 9 и !О установлены по концам межэлектродного зазора. При сраб1Ttlвании исполнительного элемента одного из дВух приводных устройстВ жидкии мст11, 1,1 приходит в движение и, псремепгиясь ИО межэлектродному зазору, замык11е1 -i,li кг1(l дъ|, попадая п ри этом KB K б1.1 В к11рх1 <111, и;

КОтОрОГО СаМОПрОИЗВОЛЬНО ВЫТЕЧЬ Нс Можст.

Возврат жидкого металла в исходнос 1И1ложение осуществляется исполнительнь1м э.кмснтом второго приводного устройства.

5 ил.

1410125

Изобретение относится к электроаппара тостроению, в частности к быстродействующим жидкометаллическим коммутационным устройствам, и может быть использовано ,при создании коммутационных устройств на большие токи. ! Цель изобретения — увеличение надеж-! ности устройства и расширение его функ-! циональных возможностей.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты выполнения устройства, отличающиеся типом используемых приводных устройств; на фиг. 3 и 4 — участки электродов, замкнутых жидким металлом согласно известного и предлагаемого устройства; на фиг. 5— график электродинамических сил и величины .оставляющей силы тяжести.

Устройство содержит изоляционный корус 1, в котором с зазором один относительно другого установлены два неподвижиых электрода 2 и 3. Обращенные друг к чругу контактные поверхности 4 и 5 электродов 2 и 3 являются поверхностями вращения. На образующих контактных поверхостях 4 и 5 обоих электродов, имеются очки 6 (лежит на образующей контактной оверхности электрода 2) и 7 (лежит на обазующей контактной поверхности электроа 3) такие, что каждая из этих точек расоложена выше всех других точек своей обазующей, лежащей по обе стороны от нее. идкий металл 8,с помощью которого просходит коммутация электродов 2 и 3, распоожен в полости изоляционного корпуса 1 в азор между электродами. По концам зазора асположены исполнительные элементы 9 и

0 приводных устройств, предназначенные ля перемещения жидкого металла. Приводые устройства могут быть различного типа, ри этом различаются и их исполнительные лементы. На фиг. 1 показаны исполнительые элементы 9 и 10, принадлежащие ин) укционно-динамическому приводу, выполенные в виде катушек. Действие такого приводного устройства основано на воздей(твии на жидкий металл импульсным электромагнитным полем. На фиг. 2 показан исполнительный элемент 9, принадлежащий механическому приводному устройству, выполненный в виде поршня.

При срабатывании приводного устройства .Любого типа (не показано) посредством исполнительного элемента 9 приводного устрой:тва жидкий металл 8 вбрасывается в зазор одежду электродами 2 и 3 и замыкает их. !

1еремещаясь по зазору, жидкий металл 8 конгактирует с контактными поверхностями 4 и 5 электродов 2 и 3. Перемещение жид ого металла 8 по зазору происходит как

: а счет сил,инерции, так и за счет дополнительных электродинамических сил, действующих на жидкий металл и обусловленных .",еометрией токопроводящего контура. Обогйув при своем движении точку 6 перегиба, жидкий металл 8 попадает в «карман» и остается там. При этом как электродинамические силы (при прохождении тока), так и гравитационные силы (сила тяжести) действуют. в направлении дна «кармана». Это исключает самопроизвольное вытекание жидкого металла из рабочего зазора. Возврат жидкого металла в исходное (разомкнутое) положение осуществляется с помощью оси исполнительного элемента 10 второго привод10 ного устройства, которое также, как и первое приводное устройство, может быть любого типа.

Основными техническими преимуществами предлагаемого устройства по сравнению

15 с известным является более высокая его надежность и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 3 и 4 изображены участки электродов, замкнутых жидким металлом, и показаны силы, действующие на жидкий металл (P -- сила веса, Fe — составляющая силы тяжести, способствующая вытеканию жидкого металла, Fai — электродинамическая сила) и направление силовых линий магнитного поля. На фиг. 5 приведен график электродинамических сил Р (кривая 1), действующих на жидкий металл при протекании синусоидального перемещенного тока, а также показана величина составляющей силы тяжести, способствующая вытеканию жидкого металла из зазора F. (кривая 2).

В контактной зоне известного устройства, как это видно из фиг. 3, составляющая сила тяжести F. направлена против силы F, и способствует вытеканию жидкого металла, а в контактной зоне предлагаемого устройства (фиг. 4) сила тяжести P действует в одном направлении с электродинамической силой F». — в направлении дна

«кармана», что препятствует вытеканию жидкого металла.

Конфигурация (фиг. 3), соответствую40 гцая контактной зоне известного устройства, относится к нестабильным конфигурациям, в которых начальное слабое возмущение поверхности жидкого металла возрастает экспоненциально, т.е. не будет стабилизиро45 ваться. Это приведет к выбору жидкого металла из рабочего зазора.

Конфигурация (фиг. 4), соответствующая контактной зоне предлагаемого устройства, относится согласно теории магнитогидродинамических неустойчивостей к ста50 бильным конфигурациям.

Таким образом, одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с известным является исключение условий, способствующих развитию неустойчивости

Релея-Тейлора, развитие которой в известном устройстве приводит к выбросу жидкого металла из контактной зоны, нарушению работоспособности устройства и снижению его надежности.

1410125

П (1 — Ч,) =1 — Ч"„„

7 б

Из графиков (фиг. 5) видно, что при протекании синусоидального переменного тока через известное устройство существуют промежутки времени (ti — tz 1з — t4, t — te и т.д.), когда величина силы Fs превосходит величину электродинамической силы Fs, удерживающей жидкий металл в зазоре.

В эти промежутки времени в конструкции известного устройства происходит вытекание жидкого металла под действием силы

FB из рабочего зазора. Это приводит в конечном счете к нарушению контакта между электродами и потере работоспособности, что снижает его надежность. В предлагаемом устройстве вытекание жидкого металла невозможно (так как он расположен на дне межэлектродного зазора), что повышает его надежность по сравнению с известным. Функциональные возможности известного устройства ограничены, так как он не может быть использован для обеспечения длительного пропускания как переменного, так и постоянного токов (из-за возможного вытекания жидкого металла из зазора и из-за возможности развития неустойчивости Релея-Тейлора). Предлагаемое устройство может быть использовано в этих режимах пропускания серии импульсов тока с большой скважностью.

Кроме того, в предлагаемой конструкции устранены две основные причины, приводящие к нарушению работоспособности, а именно: исключена возможность развития неустойчивости Релея-Тейлора и исключено вытекание жидкого металла из рабочего зазора.

Если вероятность выхода из строя устройства по какой-то одной причине обозначить за Ч ;, тогда вероятность отсутствия выхода из строя равна 1 — Ч";. Вероятность того, что устройство не выйдет из строя может быть определена как где Чт„, — вероятность выхода из строя всего устройства;

m — число элементов (причин), способных привести к выходу устройства из строя.

3а счет устранения возможности вытекания жидкого металла и устранения возможности неустойчивости Релея-Тейлора повышается надежность устройства, следовательно, снижается вероятность выхода его из строя примерно в 2 раза (при m = 4, (1 — Ч ;) = 0,99).

Формула изобретения

Быстродействующее коммутационное устройство с жидким металлом, содержащее изоляционный корпус, в котором расположе20 ны коммутируемые жидким металлом, размещенные с зазором один относительно другого два неподвижных электрода, контактные поверхности которых обращены друг к другу и выполнены в форме поверхностей вращения, причем образующие контактных поверхностей обоих электродов криволинейны, и исполнительные элементы приводных устройств, установленные по концам вышеупомянутого зазора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности быстродей3Q ствующего коммутационного устройства с жидким металлом и расширения его функциональных возможностей, образующие контактных поверхностей обоих электродов имеют форму кривых, которые содержат по одной точке, лежащей выше всех других точек данной образующей, расположенных по обе стороны от нее, причем указанная точка не лежит на оси вращения.

1410125 стремя)

Составитель Н. Кухарева

Редактор М. Недолуженко Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3488/50 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР llo делам изобретений и открытий

113035, Москва. )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4